2019-2020学年新教材高中物理 第1章 功和机械能 第5节 科学验证：机械能守恒定律课件 鲁科版必修第二册

第5节科学验证：机械能守恒定律,知识点一机械能守恒定律,观图助学,观察以上两图，蹦床上小朋友跳起的过程中和跳水运动员下降的过程中，分别是什么形式的能量减少，什么形式的能量增加？,1.机械能：物体的和之和称为机械能。2.推导：如图所示，如果物体只在重力作用下自由下落，重力做的功设为wg,动能,重力势能(弹性势能),3.内容：在只有重力或弹力这类力做功的情况下，物体系统的动能和势能_，但机械能的总量。4.条件：只有对物体做功，与运动方向和轨迹的曲、直无关。5.表达式,相互转化,保持不变,重力或弹力,ek增,6.能量守恒定律任何形式的能量都可以相互转化，但总能量保持不变，这就是更普遍的能量守恒定律。思考判断(1)合力为零，物体的机械能一定守恒。()(2)合力做功为零，物体的机械能一定守恒。()(3)只有重力做功，物体的机械能一定守恒。()(4)任何能量之间的转化都遵循能量守恒定律。(),知识点二验证机械能守恒定律,动能,机械能,mgh,机械能守恒定律,三、实验器材铁架台(含铁夹)，打点计时器，学生电源，纸带，复写纸，导线，毫米刻度尺，重物(带纸带夹)。,机械能守恒定律的理解和应用,核心要点,问题探究如图所示，大型的过山车在轨道上翻转而过。过山车从最低点到达最高点时，动能和势能怎样变化？忽略与轨道摩擦和空气阻力，机械能是否守恒？,答案动能减少，重力势能增加，忽略与轨道摩擦和空气阻力，过山车机械能守恒。,探究归纳1.机械能守恒的判断(1)用做功来判断：分析物体或物体受力情况(包括内力和外力)，明确各力做功的情况，若物体或系统只有重力或弹簧弹力做功，没有其他力做功或其他力做功的代数和为零，则机械能守恒。(2)用能量转化来判定：若系统中只有动能和势能的相互转化，无机械能与其他形式能的转化，则系统机械能守恒。,2.表达式及特点,3.应用机械能守恒定律解题的一般步骤(1)正确选取研究对象(物体或系统)，确定研究过程；(2)进行受力分析，考查守恒条件；(3)选取零势能平面，确定初、末状态的机械能；(4)运用守恒定律，列出方程求解。,经典示例例1(多选)如图中物体m机械能守恒的是(均不计空气阻力)(),解析物块沿固定斜面匀速下滑，在斜面上物块受力平衡，重力沿斜面向下的分力与摩擦力平衡，摩擦力做负功，物块机械能减少；物块沿固定斜面在力f作用下上滑时，力f做正功，物块机械能增加；小球沿光滑半圆形固定轨道下滑，只有重力做功，小球机械能守恒；用细线拴住的小球绕o点来回摆动，只有重力做功，小球机械能守恒。选项c、d正确。答案cd,方法总结判断机械能是否守恒的条件(1)合外力为零是物体处于平衡状态的条件。物体受到的合外力为零时，它一定处于匀速运动状态或静止状态，但它的机械能不一定守恒。(2)只有重力做功或系统内弹力做功是机械能守恒的条件。只有重力对物体做功时，物体的机械能一定守恒；只有重力或系统内弹力做功时，系统的机械能一定守恒。,针对训练1如图所示，质量m70kg的运动员以10m/s的速度，从高h10m的滑雪场上a点沿斜坡自由滑下，一切阻力可忽略不计，以b点所在的水平面为参考平面，g取10m/s2，求：,(1)运动员在a点时的机械能；(2)运动员到达最低点b时的速度大小；(3)若运动员继续沿斜坡向上运动，他能到达的最大高度。,多个物体组成的系统机械能守恒问题,要点归纳多个物体组成的系统机械能守恒问题的解题思路(1)首先分析多个物体组成的系统所受的外力中是否只有重力或系统内弹力做功，内力是否造成了机械能与其他形式能的转化，从而判断系统机械能是否守恒。(2)若系统机械能守恒，则机械能从一个物体转移到另一个物体，e1e2，一个物体机械能增加，则一定有另一个物体机械能减少。,核心要点,经典示例例2如图所示，不可伸长的柔软轻绳跨过光滑定滑轮，绳两端各系一小球a和b。a球质量为m，静置于水平地面上；b球质量为3m，用手托住，高度为h，此时轻绳刚好拉紧。现将b球释放，则b球着地瞬间a球的速度大小为(),答案a,方法总结多物体机械能守恒问题的分析技巧(1)对多个物体组成的系统，一般用“转化法”和“转移法”来判断其机械能是否守恒。(2)注意寻找用绳或杆相连接的物体间的速度关系和位移关系。(3)列机械能守恒方程时，可选用ekep的形式。,针对训练2(多选)如图所示，a和b两个小球固定在一根轻杆的两端，a球的质量为m，b球的质量为2m，此杆可绕穿过o点的水平轴无摩擦地转动。现使轻杆从水平位置由静止释放，则在杆从释放到转过90的过程中，下列说法正确的是(),a.a球的机械能增加b.杆对a球始终不做功c.b球重力势能的减少量等于b球动能的增加量d.a球和b球的总机械能守恒,解析a球由静止向上运动，重力势能增大，动能也增大，所以机械能增大，杆一定对a球做了功，a项正确，b项错误；由于无摩擦力做功，系统只有重力做功，a球和b球的总机械能守恒，a球机械能增加，b球的机械能一定减少，故d项正确，c项错误。答案ad,要点归纳一、实验步骤,实验：验证机械能守恒定律,核心要点,(1)安装置：按图将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路。(2)打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方，先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落。更换纸带重复做35次实验。(3)选纸带(分两种情况)应选点迹清晰，且1、2两点间距离小于或接近2mm的纸带，若1、2两点间的距离大于2mm，这是由于先释放纸带，后接通电源造成的，这样，第1个点就不是运动的起始点了，这样的纸带不能选。,三、误差分析,四、注意事项1.安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直线上以减小摩擦阻力。2.重物应选用质量和密度较大、体积较小的物体以减小空气阻力的影响。3.应先接通电源，让打点计时器正常工作后，再松开纸带让重物下落。4.纸带长度选用60cm左右为宜，应选用点迹清晰的纸带进行测量。,经典示例例3在“验证机械能守恒定律”的实验中，质量m1kg的重物自由下落，在纸带上打出一系列的点，如图所示(相邻两计数点时间间隔为0.02s)，单位cm，那么,(1)纸带的_端与重物相连；(2)打点计时器打下计数点b时，重物的速度vb_；(3)从起点o到打下计数点b的过程中重物重力势能减少量是ep_j，此过程中重物动能的增加量ek_j(g取9.8m/s2)；(4)通过计算，数值上ep_ek(选填“”“”或“ek。这是因为重物在下落过程中还须克服摩擦阻力做功。答案(1)o(2)0.98m/s(3)0.4910.480(4)重物在下落过程中还须克服摩擦阻力做功,针对训练3如图所示是用重锤做自由落体运动来“验证机械能守恒定律”的实验装置。,(1)为了减小实验误差，下列措施可行的是_。a.重锤选用体积较大且质量较小的b.重锤选用体积较小且质量较大的c.打点计时器应固定在竖直平面内d.应先放手让重锤拖着纸带运动，再通电让打点计时器工作(2)某同学选取了一条纸带进行测量研究，他舍去了这条纸带上前面比较密集的点，对后面间距较大的且相邻的六个点进行了如下图所示的测量。已知当地的重力加速度为g，使用的交变电流周期为t，则验证机械能守恒的表达式为_(用x1、x2、x3、t、g表示)。,(3)某同学计算实验结果时发现重锤重力势能的减少量ep略大于动能的增加量ek，本实验中引起误差的主要原因是_。,