【金牌学案】高中物理 第四章 第四节 机械能守恒定律课件 粤教版必修2.ppt

第四节机械能守恒定律 一 动能与势能之间的相互转化1 机械能 与势能 包括 和 统称为机械能 动能 重力势能 弹性势能 2 动能和势能的相互转化是通过 或 做功来实 现的 重力 弹力 蹦极是非常刺激的户外休闲活动 深受年轻人的喜爱 跳跃者站在约40米以上高度的桥梁 塔顶 高楼甚至热气球上 人在蹦极时可在空中享受几秒钟的 自由落体 当人体下落到一定高度时 橡皮绳被拉开 绷紧 阻止人体继续下落 当到达最低点时橡皮绳再次弹起 人被拉起 随后 又落下 这样反复多次直到橡皮绳的弹性消失为止 这就是蹦极的全过程 你能简单说说人从最高处下落到最低点时 的能量转化过程吗 图4 4 1 答案 人从最高点下落到绳恰好伸直的过程 重力势能转化为动能 从绳恰好伸直到绳的弹力f mg的过程 重力势能转化为动能和弹性势能 从绳的弹力f mg到最低点的过程中 重力势能和动能转化为弹性势能 整个过程可看成重力势能与弹性势能间的相互转化 二 机械能守恒定律1 机械能守恒定律 在只有重力 或弹力 做功的情形下 物体的动能和 或弹性势能 发生相互转化 而总 的机械能保持不变 重力势能 ek2 ep2 2 表达式 ek1 ep1 或 ep ek 0 要点1 机械能是否守恒的判断 1 从能量特点看 只有系统动能和势能相互转化 无其他形式能量之间 如内能 转化 则系统机械能守恒 如果物体间发生相互碰撞或相对运动 又有相互间的摩擦作用时有内能的增加 机械能一般不守恒 2 从机械能的定义看 若动能与势能之和不变化 则机械能守恒 如果一个物体沿斜面匀速 或减速 滑下 动能不变 或减小 势能减小 则机械能减小 一个物体沿水平方向匀速运动时机械能守恒 沿竖直方向匀速运动时机械能不守恒 3 从做功特点看 只有重力和系统内的弹力做功 系统机 械能守恒 具体表现在 1 只受重力 或系统内的弹力 作用 如 所有做抛体运动 的物体 不计阻力 2 还受其他力 但只有重力 或系统内的弹力 做功 如图 4 4 2甲所示 图4 4 2 3 有系统的内力做功 但是做功代数和为零 如图4 4 2乙所示 a b间及b与地面之间均光滑 a自b的上端自由下滑时 b沿地面滑动 a b之间的弹力做功 对a或b机械能均不守恒 但对a b组成的系统机械能守恒 例1 双选 如图4 4 3所示 下列关于机械能是否守 恒的判断正确的是 图4 4 3 a 甲图中 物体a将弹簧压缩的过程中 a机械能守恒b 乙图中 a置于光滑水平面 物体b沿光滑斜面下滑 物体b机械能守恒 c 丙图中 不计任何阻力时 a加速下落 b加速上升过 程中 a b组成的系统机械能守恒 d 丁图中 小球沿水平面做匀速圆锥摆运动时 小球的 机械能守恒 解析 甲图中 重力和弹力做功 物体a和弹簧组成的系统机械能守恒 但物体a机械能不守恒 选项a错 乙图中 物体b除受重力外 还受弹力 弹力对b做负功 机械能不守恒 但从能量特点看 a b组成的系统机械能守恒 b错 丙图中 绳子张力对a做负功 对b做正功 代数和为零 a b组成的系统机械能守恒 c对 丁图中动能不变 势能不变 机械能守恒 d对 答案 cd 1 双选 2011年东山中学期末 关于机械能是否守恒 下 列叙述中正确的是 bd a 做匀速直线运动的物体的机械能一定守恒b 做匀变速运动的物体的机械能可能守恒c 外力对物体做功为零时 机械能一定守恒d 只有重力对物体做功 物体机械能一定守恒 要点2 机械能守恒定律的运用 1 机械能守恒定律的三种表达式 1 ek1 ep1 ek2 ep2 即初状态的动能与势能之和等于末状态的动能与势能之和 选用该表达式时 应恰当选取参考平面 2 ek ep或 ep ek 即动能 或势能 的增加量等于势能 或动能 的减少量 3 ea eb 即a物体机械能的增加量等于b物体机械能的减少量 2 解题步骤 1 根据题意 先选取研究对象 物体或系统 2 明确研究对象的运动过程 分析对象在过程中的受力情况及各力做功情况 判断是否满足机械能守恒的条件 3 选取恰当的表达式列方程求解 3 机械能守恒定律和动能定理的比较 例2 如图4 4 4所示 一固定的楔形木块 其斜面的倾角为 30 另一边与地面垂直 顶上有一个定滑轮 一根柔软的不可伸长的细线跨过定滑轮 两端分别与物块a和b连接 a的质量为4m b的质量为m 开始时将b按在地面上不动 然后放开手 让a沿斜面下滑而b上升 物块a与斜面间无摩擦 求当a沿斜面下滑距离s时 a b的速度大小为多少 图4 4 4 解 因软绳不可伸长 可知a下滑了s b上升的距离也为s 且a b的速度大小相等 设其速度为v 把a b看做一个 系统 系统中仅有重力做功 机械能守恒 方法一 假设地面为零势能面 未下滑时a到斜面底端距 离为l 有 ek1 0 ep1 epa1 4mglsin 当a沿斜面下滑距离s时 有 2 如图4 4 5所示 质量为m的木块放在光滑的水平桌面上 用轻绳绕过桌边定滑轮与质量为m的砝码相连 让绳拉直后使砝码从静止开始下降h h小于桌面的高度 的距离 木块仍在桌面上 则砝码的速度大小为多少 图4 4 5 从能量转化观点解决机械能守恒问题 例3 双选 如图4 4 6 质量分别为m和2m的两个小球a和b 中间用轻质杆相连 在杆的中点o处有一固定转动轴 把杆置于水平位置后释放 在b球顺时针摆动到最低位 置的过程中 图4 4 6 a b球的重力势能减少 动能增加 b球和地球组成的系 统机械能守恒 b a球的重力势能增加 动能也增加 a球和地球组成的 系统机械能不守恒 c a球 b球和地球组成的系统机械能守恒d a球 b球和地球组成的系统机械能不守恒 错因 认为杆施的力沿杆方向 拉力不做功 只有重力做 功 a b球的机械能都守恒 正解 b球从水平位置下摆到最低点过程中 受重力和杆的作用力 杆的作用力方向待定 下摆过程中重力势能减少 动能增加 但机械能是否守恒不确定 a球在b下摆过程中 重力势能增加 动能增加 机械能增加 由于a