202X学年高考物理主题二机械能及其守恒定律第四章机械能及其守恒定律2.4.5机械能守恒定律课件教科版

1、2.4.5机械能守恒定律机械能守恒定律学习目标学习目标核心凝炼核心凝炼1.知道什么是机械能，知道物体的动能和势能可以相互转化。知道什么是机械能，知道物体的动能和势能可以相互转化。1个定律个定律机械能守机械能守恒定律恒定律1个条件个条件机械能守机械能守恒条件恒条件2.会正确推导物体在抛体运动过程中的机械能守恒，理解机械会正确推导物体在抛体运动过程中的机械能守恒，理解机械能守恒定律的内容，知道它的含义和适用条件。能守恒定律的内容，知道它的含义和适用条件。3.在具体问题中，会判定机械能是否守恒，并能应用机械能守在具体问题中，会判定机械能是否守恒，并能应用机械能守恒定律解决简单问题。恒定律解决简单问题

2、。一、动能和势能的转化规律一、动能和势能的转化规律观图助学观图助学(1)如图甲是滚摆及其运动的示意图，滚摆在上升过程中，重力做功情况如何？其动如图甲是滚摆及其运动的示意图，滚摆在上升过程中，重力做功情况如何？其动能与势能怎样变化？在下降过程中呢？能与势能怎样变化？在下降过程中呢？(2)如图乙所示，在光滑水平面上，弹簧左端固定，右端连接物体，弹簧被压缩到一如图乙所示，在光滑水平面上，弹簧左端固定，右端连接物体，弹簧被压缩到一定程度释放物体，在弹簧恢复到原长的过程中，弹力做功情况如何？弹性势能、物体定程度释放物体，在弹簧恢复到原长的过程中，弹力做功情况如何？弹性势能、物体的动能如何变化？物体以后运

3、动过程中呢？的动能如何变化？物体以后运动过程中呢？1.重力势能与动能：只有重力做功时，假设重力对物体做正功，那么物体的重重力势能与动能：只有重力做功时，假设重力对物体做正功，那么物体的重力势能力势能_，动能，动能_，_转化成了动能；假设重力做负功，转化成了动能；假设重力做负功，那么那么_转化为转化为_。2.弹性势能与动能：只有弹簧弹力做功时，假设弹力做正功，那么弹簧弹性势弹性势能与动能：只有弹簧弹力做功时，假设弹力做正功，那么弹簧弹性势能能_，物体的动能，物体的动能_，_转化为动能。转化为动能。3.机械能：机械能：_、弹性势能和、弹性势能和_的统称，表达式为的统称，表达式为EEkEp。减少减少

4、增加增加重力势能重力势能动能动能重力势能重力势能减少减少增加增加弹性势能弹性势能重力势能重力势能动能动能理解概念理解概念判断以下说法是否正确。判断以下说法是否正确。(1)通过重力做功，动能和重力势能可以相互转化。通过重力做功，动能和重力势能可以相互转化。( )(2)通过弹力做功，动能和弹性势能可以相互转化。通过弹力做功，动能和弹性势能可以相互转化。( )(3)物体的机械能一定是正值。物体的机械能一定是正值。( )(4)通过重力或弹力做功，机械能可以转化为其它能。通过重力或弹力做功，机械能可以转化为其它能。( )二、机械能守恒定律二、机械能守恒定律1.内容：在只有内容：在只有_或或_做功的物体系

5、统内，动能和势能会发生相互转化，但做功的物体系统内，动能和势能会发生相互转化，但机械能的总量机械能的总量_。2.表达式：表达式：Ep1Ek1_，即，即E1E2。理解概念理解概念判断以下说法是否正确。判断以下说法是否正确。(1)物体所受的合力为零，物体的机械能一定守恒。物体所受的合力为零，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。合力做功为零，物体的机械能一定守恒。( )(3)人乘电梯匀速上升的过程，机械能守恒。人乘电梯匀速上升的过程，机械能守恒。( )(4)不计空气阻力及摩擦力时，滚摆在运动过程中机械能守恒。不计空气阻力及摩擦力时，滚摆在运动过程中机械能守恒。( )

6、重力重力弹力弹力保持不变保持不变Ep2Ek2机械能守恒条件的理解机械能守恒条件的理解观察探究观察探究如图如图1所示，过山车由高处在关闭发动机的情况下飞奔而下。所示，过山车由高处在关闭发动机的情况下飞奔而下。(忽略轨道的阻力和其忽略轨道的阻力和其他阻力他阻力)图图1过山车下滑时，过山车受哪些力作用？各做什么功？动能和势能怎么变化？机械能守过山车下滑时，过山车受哪些力作用？各做什么功？动能和势能怎么变化？机械能守恒吗？恒吗？答案答案过山车下滑时，如果忽略阻力作用，过山车受重力和轨道支持力作用；重力做过山车下滑时，如果忽略阻力作用，过山车受重力和轨道支持力作用；重力做正功，支持力不做功，动能增加，重

7、力势能减少，机械能保持不变。正功，支持力不做功，动能增加，重力势能减少，机械能保持不变。探究归纳探究归纳1.对守恒条件的理解对守恒条件的理解系统内部只有重力或弹力做功，没有摩擦力和其他内力系统内部只有重力或弹力做功，没有摩擦力和其他内力(如炸弹爆炸时化学物质的作用如炸弹爆炸时化学物质的作用力等力等)做功，即系统内部除发生重力势能或弹性势能与动能的相互转化之外，不会引起做功，即系统内部除发生重力势能或弹性势能与动能的相互转化之外，不会引起发热、发光或化学反响等非力学现象的发生。具体情况有发热、发光或化学反响等非力学现象的发生。具体情况有(1)物体只受重力或弹力，不受其他力，如自由落体运动；物体只

8、受重力或弹力，不受其他力，如自由落体运动；(2)物体除受重力或弹力外，还受其他力，但其他力不做功，如物体沿光滑固定的斜面物体除受重力或弹力外，还受其他力，但其他力不做功，如物体沿光滑固定的斜面下滑，物体受重力和支持力作用，但支持力不做功；下滑，物体受重力和支持力作用，但支持力不做功；(3)对于物体系统来说，除系统内的重力和弹力做功之外，外力不做功，有内力做功，对于物体系统来说，除系统内的重力和弹力做功之外，外力不做功，有内力做功，但内力做功的代数和为零。但内力做功的代数和为零。2.机械能守恒的判断方法机械能守恒的判断方法判断机械能是否守恒的三种根本方法。判断机械能是否守恒的三种根本方法。(1)

9、做功条件分析法做功条件分析法应用机械能守恒的条件进展判断。分析物体应用机械能守恒的条件进展判断。分析物体(或系统或系统)的受力情况的受力情况(包括内力和外力包括内力和外力)，明确各力做功的情况，假设只有重力或弹力做功，没有其他力做功或其他力做功的代明确各力做功的情况，假设只有重力或弹力做功，没有其他力做功或其他力做功的代数和为零，那么物体数和为零，那么物体(或系统或系统)的机械能守恒。的机械能守恒。(2)能量转化分析法能量转化分析法 从能量转化的角度进展判断。假设只有系统内物体间动能和重力势能及弹性势能的相从能量转化的角度进展判断。假设只有系统内物体间动能和重力势能及弹性势能的相互转化，机械能

10、也没有转化成其他形式的能互转化，机械能也没有转化成其他形式的能(如内能如内能)，那么系统的机械能守恒。，那么系统的机械能守恒。(3)增减情况分析法增减情况分析法直接从机械能的各种形式的能量增减情况进展判断。假设系统的动能与势能均增加或直接从机械能的各种形式的能量增减情况进展判断。假设系统的动能与势能均增加或均减少，那么系统的机械能不守恒；假设系统内各个物体的机械能均增加或均减少，均减少，那么系统的机械能不守恒；假设系统内各个物体的机械能均增加或均减少，那么系统的机械能不守恒。那么系统的机械能不守恒。试题案例试题案例例例1 (多项选择多项选择)如图，物体如图，物体m机械能守恒的是机械能守恒的是(

11、均不计空气阻力均不计空气阻力)()解析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，机械能减少；物块在力力与摩擦力平衡，摩擦力做负功，机械能减少；物块在力F作用下沿固定光滑斜面作用下沿固定光滑斜面上滑时，力上滑时，力F做正功，机械能增加；小球沿光滑半圆形固定轨道下滑，只有重力做做正功，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；用细线拴住小球绕功，小球机械能守恒；用细线拴住小球绕O点来回摆动，只有重力做功，小球机械点来回摆动，只有重力做功，小球机械能守

12、恒，选项能守恒，选项C、D正确。正确。答案答案CD判断机械能是否守恒应注意的问题判断机械能是否守恒应注意的问题(1)物体在共点力作用下所受合外力为物体在共点力作用下所受合外力为0是物体处于平衡状态的条件。物体受到的是物体处于平衡状态的条件。物体受到的合外力为合外力为0时，它一定处于匀速直线运动状态或静止状态，但物体的机械能不一时，它一定处于匀速直线运动状态或静止状态，但物体的机械能不一定守恒。定守恒。(2)合外力做功为合外力做功为0是物体动能不变的条件。合外力对物体不做功，它的动能一定是物体动能不变的条件。合外力对物体不做功，它的动能一定不变，但它的机械能不一定守恒。不变，但它的机械能不一定守

13、恒。(3)只有重力做功或系统内弹簧类弹力做功是机械能守恒的条件。只有重力或系只有重力做功或系统内弹簧类弹力做功是机械能守恒的条件。只有重力或系统内弹簧类弹力做功时，系统的机械能一定守恒。统内弹簧类弹力做功时，系统的机械能一定守恒。针对训练针对训练1 以下实例中的运动物体，机械能守恒的是以下实例中的运动物体，机械能守恒的是(均不计空气阻力均不计空气阻力)()A.被起重机吊起的货物正在加速上升被起重机吊起的货物正在加速上升B.物体水平抛出去物体水平抛出去C.物体沿粗糙斜面匀速下滑物体沿粗糙斜面匀速下滑D.一个轻质弹簧上端固定，下端系一重物，重物沿竖直方向做上下振动一个轻质弹簧上端固定，下端系一重物

14、，重物沿竖直方向做上下振动解析起重机吊起货物做匀加速上升运动，起重机对物体做正功，机械能增加，解析起重机吊起货物做匀加速上升运动，起重机对物体做正功，机械能增加，故故A错误；平抛运动只有重力做功，机械能守恒，故错误；平抛运动只有重力做功，机械能守恒，故B正确；沿着粗糙斜面正确；沿着粗糙斜面(斜面固斜面固定不动定不动)匀速下滑的物体，摩擦力做负功，机械能减少，故不守恒，故匀速下滑的物体，摩擦力做负功，机械能减少，故不守恒，故C错误；轻错误；轻质弹簧上端悬挂，重物系在弹簧的下端做上下振动过程中只有重力和系统内弹力质弹簧上端悬挂，重物系在弹簧的下端做上下振动过程中只有重力和系统内弹力做功，故系统机械

15、能守恒，但物体机械能不守恒，故做功，故系统机械能守恒，但物体机械能不守恒，故D错误。错误。答案答案B观察探究观察探究如图如图2所示是运发动投掷铅球的动作，如果忽略铅球所受空气的阻力。所示是运发动投掷铅球的动作，如果忽略铅球所受空气的阻力。机械能守恒定律的应用机械能守恒定律的应用图图2(1)铅球在空中运动过程中，机械能是否守恒？铅球在空中运动过程中，机械能是否守恒？(2)假设铅球被抛出时速度大小一定，铅球落地时的速度大小与运发动将铅球抛出的方假设铅球被抛出时速度大小一定，铅球落地时的速度大小与运发动将铅球抛出的方向有关吗？向有关吗？(3)在求解铅球落地的速度大小时，可以考虑应用什么规律？在求解铅

16、球落地的速度大小时，可以考虑应用什么规律？答案答案(1)由于阻力可以忽略，铅球在空中运动过程中，只有重力做功，机械能守恒。由于阻力可以忽略，铅球在空中运动过程中，只有重力做功，机械能守恒。(2)根据机械能守恒定律，落地时速度的大小与运发动将铅球抛出的方向无关。根据机械能守恒定律，落地时速度的大小与运发动将铅球抛出的方向无关。(3)可以应用机械能守恒定律，也可以应用动能定理。可以应用机械能守恒定律，也可以应用动能定理。探究归纳探究归纳1.机械能守恒定律的不同表达式机械能守恒定律的不同表达式 表达式表达式物理意义物理意义守恒守恒角度角度Ek1Ep1Ek2Ep2或或E初初E末末初状态的机械能等于末状

17、态的机械能初状态的机械能等于末状态的机械能转化转化角度角度Ek2Ek1Ep1Ep2或或EkEp过程中动能的增加量等于势能的减少量过程中动能的增加量等于势能的减少量转移转移角度角度EA2EA1EB1EB2或或EAEB系统只有系统只有A、B两物体时，两物体时，A增加的机械能增加的机械能等于等于B减少的机械能减少的机械能(不用选择参考平面不用选择参考平面)2.应用机械能守恒定律的解题步骤应用机械能守恒定律的解题步骤试题案例试题案例例例2 如图如图3所示，质量所示，质量m70 kg的运发动以的运发动以10 m/s的速度从高的速度从高h10 m的滑雪场的滑雪场A点点沿斜坡自由滑下，以最低点沿斜坡自由滑下

18、，以最低点B所在的水平面为零势能面，一切阻力可忽略不计。所在的水平面为零势能面，一切阻力可忽略不计。(取取g10 m/s2 )求运发动：求运发动： 图图3(1)在在A点时的机械能；点时的机械能；(2)到达最低点到达最低点B时的速度大小；时的速度大小；(3)相对于相对于B点能到达的最大高度。点能到达的最大高度。例例3 (2021青岛高一检测青岛高一检测)如图如图4所示，所示，AB是倾角是倾角为为45的直轨道，的直轨道，CD是半径是半径R0.4 m 的圆弧轨道，它们通过的圆弧轨道，它们通过一段曲面一段曲面BC平滑相接，整个轨道处于竖直平面内且处处平滑相接，整个轨道处于竖直平面内且处处光滑。一个质量光滑。一个质量m1 kg的物体的物体(可以看作质点可以看作质点)从高从高H的的地方由静止释放，结果它从圆弧最高点地方由静止释放，结果它从圆弧最高点D点飞出，垂直斜点飞出，垂直斜面击中面击中P点。点。P点与圆弧的圆心点与圆弧的圆心O等高，等高，g取取10 m/s2。求：。求：(1)物体击中物体击中P点前瞬间的速度；点前瞬间的速度；(2)在在C点轨道对物体的压力大小；点轨道对物体的压力大小；(3)物体静止释放时的高度物体静止释放时的高度H。图图4答案答案(1)4 m/s(2)70 N(