第3节能量守恒定律.pptx

2.3机械能守恒定律,福建省连城县第一中学叶丽香,用绳子把一个小球悬挂起来，把小球拿近自己的鼻子，稳定后松手，头不要动，小球向前摆去，摆回来时会碰到你的鼻子吗？,问题1：在第二章的学习中，同学们都学过那些形式的能量？这个实验中涉及的哪几种形式的能量？,动能：,重力势能：,弹性势能,h为物体相对于参考平面的高度。,重力势能,动能,机械能,弹性势能,势能,一、机械能,1、定义：动能和势能（重力势能和弹性势能）统称为机械能。,即：物体的机械能为动能与势能之和。,2、表达式：,3、机械能是标量，具有相对性。先选取参考平面才能确定机械能（一般选地面或整个系统的最低点所在平面为参考平面）。,问题2：我们在初中曾经学过，动能和重力势能可以相互转化，摆动的小球在运动过程中存在着哪些能量转化？,O,A,C,AO,高度降低，重力势能减小；速度变大，动能增大。,OC,高度升高，重力势能增加；速度减小，动能减小。,4、动能与势能的相互转化。,问题3：过山车运动的过程中存在着哪些能量的转化？,从最高点下滑时,重力势能动能,从最低点上滑时,动能重力势能,问题4：结合能量转化的观点，谈谈弹弓的工作原理？,4、动能与势能的相互转化。,弹性势能动能,自主探究分析下列几种情况中动能，重力势能，弹性势能之间如何转化？,（2）物体做竖直上抛运动过程中；,（3）拉弓射箭过程中；,（1）物体做自由落体运动过程中；,（4）小球沿光滑的曲面下滑的过程中。,h1,h2,B,A,二、机械能守恒定律,1、机械能守恒定律的推导,问题5：动能与势能的相互转化是否存在某种定量的关系？我们以小球沿光滑的曲面下滑的过程为例来探讨这一问题。,h1,h2,B,A,小球某时刻在位置A,动能为EkA，重力势能为EpA机械能EA=EkA+EpA,沿着光滑斜面运动到位置B,动能为EkB，重力势能为EpB机械能EB=EkB+EpB,h1,h2,B,A,思考：小球下滑过程中受到几个力作用？有哪些力做功？,小球沿光滑的曲线滑下，只有重力做功，请同学们用我们学过的动能定理以及重力做功和重力势能的关系，推导出物体在任意位置A,B机械能相等（EA=EB）。,h1,h2,B,A,根据动能定理可知：,根据重力做功和重力势能的关系可知：,由以上两式可知：,移项可得：,即：EA=EB,结论：在只有重力做功的物体系统内，动能和重力势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。,同样可以证明，在只有弹簧弹力做功的物体系统内，动能和弹性势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。,2、机械能守恒定律,（1）内容：在只有重力或弹簧弹力做功的物体系统内，动能与势能可以互相转化，而总的机械能保持不变。,（2）表达式：,（需要确定参考平面）,（3）机械能守恒的条件：只有重力或弹簧弹力做功。,三、机械能守恒定律的应用,案例分析1：用绳子把一个小球悬挂起来，把小球拿近自己的鼻子，稳定后松手，头不要动，铁锁向前摆去，摆回来时不会碰到你的鼻子，为什么？,解析：上述实验中，释放小球后，若忽略空气阻力，只有重力做功，机械能守恒，应该摆到等高处，不会碰到鼻子。但事实是有空气阻力，除重力做功以外，空气阻力做负功，使机械能减少，小球根本回不到等高处，当然不会碰到鼻子。,案例分析3：如图所示，在高为H的水平台面上的A点，一个质量为m的小球以初速度V0被抛出，不计空气阻力，求它到达离平台距离为h的B点时速度的大小。,分析：研究过程为抛出后由A运动到B，不计空气阻力作用，只有重力做功，故机械能守恒。,案例分析2：下列物理过程中机械能守恒吗？,（3）用手加速向上托起一本书；,（4）做自由落体运动的小球；,（1）物体沿粗糙的斜面匀速下滑；,（2）跳伞运动员在空中匀速下降；,（5）不计空气阻力，将物体以一定的初速度竖直向上抛出；,G,N,f,V,V,G,F阻,V,G,F,参考平面,解：以地面为参考平面,小球在点的状态为初状态,重力势能为：,动能为：,小球在B点的状态为末状态,重力势能为：,动能为：,则由机械能守恒定律得：,即：,由上式解得：,确定研究对象,明确运动过程；,方法归纳：应用机械能守恒定律解决问题的一般步骤,受力分析及分析各力做功情况，判断机械能是否守恒；,选取参考平面，确定初末状态及其机械能；,根据机械能守恒定律列方程，统一单位求解。,四、课堂小结,2、表达式：,3、机械能守恒的条件：只有重力或弹簧弹力做功。,