高中物理经典课件：机械能守恒定律教学内容

1、第一页，共20页。1、定义：物体的动能和势能、定义：物体的动能和势能(shnng)之和之和称为物体称为物体 的机械能。的机械能。 机械能包括动能、重力势能机械能包括动能、重力势能(shnng)、弹性势能弹性势能(shnng)。2、表达式：、表达式： 第二页，共20页。小钢球小钢球实验中，小球的受力情况如何？实验中，小球的受力情况如何？受重力受重力G和绳的拉力和绳的拉力F作用作用 各个力的做功各个力的做功(zugng)情况如何？情况如何？拉力和速度方向总垂直，对小拉力和速度方向总垂直，对小球不做功球不做功(zugng)；只有重力对；只有重力对小球能做功小球能做功(zugng)。这个小实验说明了什

2、么？这个小实验说明了什么？小球在摆动过程中重力势能和小球在摆动过程中重力势能和动能在不断转化。在摆动过程中，动能在不断转化。在摆动过程中，小球总能回到原来的高度。可见，小球总能回到原来的高度。可见，重力势能和动能的总和保持不变。重力势能和动能的总和保持不变。即机械能保持不变。即机械能保持不变。演示演示(ynsh)实实验验GFv第三页，共20页。小球的受力情况如何？小球的受力情况如何？重力重力G、支持力、支持力F1、弹力、弹力F各个力的做功情况如何？各个力的做功情况如何？G和和F1不做功，不做功，F做功做功这个小实验说明了什么？这个小实验说明了什么？ 小球在往复运动过程中弹性小球在往复运动过程中

3、弹性势能和动能在不断转化。小球势能和动能在不断转化。小球在往复运动过程中总能回到原在往复运动过程中总能回到原来来(yunli)的位置，可见，弹的位置，可见，弹性势能和动能的总和应该保持性势能和动能的总和应该保持不变。即机械能保持不变。不变。即机械能保持不变。 演示演示(ynsh)实实验验A O BGF1F第四页，共20页。1、动能和重力势能、动能和重力势能(zhn l sh nn)可以可以相互转化相互转化2、动能和弹性势能可以相互转化、动能和弹性势能可以相互转化 通过重力或弹簧弹力做功，机械能可通过重力或弹簧弹力做功，机械能可以从一种形式转化成另一种形式。以从一种形式转化成另一种形式。第五页，

4、共20页。 质量为质量为m的物体自由下落过程的物体自由下落过程(guchng)中，经过高度中，经过高度h1的的A点点时速度为时速度为v1，下落至高度，下落至高度h2的的B点处速度为点处速度为v2，不计空气阻力，取地，不计空气阻力，取地面为参考平面，试写出物体在面为参考平面，试写出物体在A点时的机械能和点时的机械能和B点时的机械能，并点时的机械能，并找到这两个机械能之间的数量关系。找到这两个机械能之间的数量关系。根据根据(gnj)动能定理，有动能定理，有重力做功与重力势能重力做功与重力势能(zhn l sh nn)的关系可知：的关系可知：由以上两式可以得到：由以上两式可以得到：h1v1v2mh2

5、ABA点点B点点1122pkpkEEEE第六页，共20页。 在只有重力做功的物体系内，动能在只有重力做功的物体系内，动能(dngnng)和重力势能可以相互转化，而机械和重力势能可以相互转化，而机械能的总量保持不变。能的总量保持不变。同样可以证明：同样可以证明： 在只有在只有(zhyu)弹簧弹力做功的物体系弹簧弹力做功的物体系内，动能与势能可以相互转化，而物体机内，动能与势能可以相互转化，而物体机械能的总量也保持不变。械能的总量也保持不变。由此可见：由此可见：第七页，共20页。表达式表达式:内容内容(nirng):或或（动能（动能(dngnng)的增加等于势的增加等于势能的减少）能的减少）或或第

6、八页，共20页。守恒和相等的区别：守恒和相等的区别： 1.守恒：如果守恒：如果(rgu)某一个物理量在某个过某一个物理量在某个过程中始终保持不变，那么我们就说这个物理程中始终保持不变，那么我们就说这个物理量在此过程中守恒量在此过程中守恒.2.相等：如果相等：如果(rgu)一个物理量在两点的值一个物理量在两点的值一样，那么我们就说这个物理量在这两点相一样，那么我们就说这个物理量在这两点相等等.第九页，共20页。2 2机械能守恒定律成立机械能守恒定律成立(chngl)(chngl)的的条件：条件： 只有重力或系统只有重力或系统(xtng)内弹簧弹力做功，其内弹簧弹力做功，其它力不做功（或其它力合力

7、所做功为零）它力不做功（或其它力合力所做功为零）A A、从做功、从做功(zugng)(zugng)角度分析角度分析B B、从能量转化角度分析、从能量转化角度分析 只有系统内动能和势能相互转化，无其它形式只有系统内动能和势能相互转化，无其它形式能量之间（如内能）转化。能量之间（如内能）转化。 只有重力或弹力做功只有重力或弹力做功. .第十页，共20页。 把一个小球用细绳悬挂把一个小球用细绳悬挂(xungu)起来，就成为一个摆（如图），起来，就成为一个摆（如图）， 摆长为摆长为l ,最大偏角为最大偏角为 .小球运动到最低位置时的速度小球运动到最低位置时的速度 是多大？是多大？分析分析(fnx)拉力

8、和速度方向总垂拉力和速度方向总垂直，对小球不做功；直，对小球不做功；所以这个过程所以这个过程(guchng)中只有重中只有重力对小球能做功，机力对小球能做功，机械能守恒。械能守恒。 lABGFv第十一页，共20页。 把一个小球把一个小球(xio qi)用细绳悬挂起来，就成为一个摆（如图），用细绳悬挂起来，就成为一个摆（如图）， 摆长为摆长为l ,最大偏角为最大偏角为 .小球小球(xio qi)运动到最低位置时的速度运动到最低位置时的速度 是多大？是多大？解解选择小球在最低位置时所在选择小球在最低位置时所在(suzi)的水平面为参考平面。的水平面为参考平面。小球小球(xio qi)在最低点在最低

9、点O时为末状态：时为末状态：末状态的动能：末状态的动能： Ek2=1/2mv2 重力势能：重力势能： Ep2=0末状态的机械能为：末状态的机械能为： Ek2+Ep2=1/2mv2 根据机械能守恒定律有根据机械能守恒定律有 ： Ek2+Ep2=Ek1+Ep1 即即 1/2mv2= mgl ( 1- cos)所以所以 v = lAB小球在最高点小球在最高点A时为时为初状态初状态：初状态的动能：初状态的动能： Ek1=0 初状态的初状态的重力势能：重力势能： Ep1=mg(l-lcos）初状态的初状态的机械能：机械能： Ek1+Ep1=mg(l-lcos) 第十二页，共20页。一、机械能：物体一、机

10、械能：物体(wt)(wt)的动能和势能之和称为物体的动能和势能之和称为物体(wt) (wt) 的的机械能。机械能。 二、物体的动能二、物体的动能(dngnng)和势能可以相互转化。和势能可以相互转化。三、机械能守恒定律三、机械能守恒定律在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和弹性势能可以相在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和弹性势能可以相互互(xingh)(xingh)转化，而总的机械能保持不变。转化，而总的机械能保持不变。 1 1、守恒条件：、守恒条件：a a、只有重力或系统内弹簧弹力做功，其它力只有重力或系统内弹簧弹力做功，其它力 不做功（或其它力合力所做功为零）不做功（或其它力合力所

11、做功为零） b b、只发生动能和势能间的相互转化。、只发生动能和势能间的相互转化。2 2、表达式：、表达式： E= E2 或或 EK+EP= EK2+EP2 或或 Ek= Ep（动能的增加等于势能的减少）（动能的增加等于势能的减少）四、机械能守恒定律的应用第十三页，共20页。 1 1、关于、关于(guny)(guny)物体的机械能是否守恒的叙述，下列说物体的机械能是否守恒的叙述，下列说法中法中 正确的是正确的是 （ ） A A、做匀速直线运动的物体，机械能一定守恒、做匀速直线运动的物体，机械能一定守恒 B B、做匀变速直线运动的物体，机械能一定守恒、做匀变速直线运动的物体，机械能一定守恒 CC

12、、外力对物体所做的功等于、外力对物体所做的功等于0 0时，机械能一定守恒时，机械能一定守恒 D D、物体若只有重力做功，机械能一定守恒、物体若只有重力做功，机械能一定守恒 D第十四页，共20页。2、如图所示，下列四个选项的图中，木块均在固定的斜面上运动，其、如图所示，下列四个选项的图中，木块均在固定的斜面上运动，其中图中图A、B、C中的斜面是光滑的，图中的斜面是光滑的，图D中的斜面是粗糙中的斜面是粗糙(cco)的，图的，图A、B中的中的F为木块所受的外力，方向如图中箭头所示，图为木块所受的外力，方向如图中箭头所示，图A、B、D中中的木块向下运动，图的木块向下运动，图C中的木块向上运动。在这四个

13、图所示的运动过程中的木块向上运动。在这四个图所示的运动过程中机械能守恒的是（中机械能守恒的是（ ）C解析：机械能守恒的条件解析：机械能守恒的条件(tiojin)是：物体只受重力或弹力是：物体只受重力或弹力的作用，或者还受其它力作用，但其它力不做功，那么在动的作用，或者还受其它力作用，但其它力不做功，那么在动能和势能的相互转化过程中，物体的机械能守恒。依照此条能和势能的相互转化过程中，物体的机械能守恒。依照此条件件(tiojin)分析，分析，ABD三项均错。三项均错。第十五页，共20页。3 3、以、以10m/s10m/s的速度将质量的速度将质量(zhling)(zhling)为为m m的物体竖直

14、上抛的物体竖直上抛出，若空气阻力忽略，出，若空气阻力忽略，g g10m/s210m/s2则：则：物体上升的最大物体上升的最大高度是多少？高度是多少？上升过程在何处重力势能和运动相等？上升过程在何处重力势能和运动相等？【解析】物体在空气中只有【解析】物体在空气中只有(zhyu)重力做功，故机械能守恒重力做功，故机械能守恒以地面以地面(dmin)为参考为参考点，则：点，则：在最高点动能为零，故：在最高点动能为零，故：由由E1=E2得：得：v0h最高点第十六页，共20页。3 3、以、以10m/s10m/s的速度将质量为的速度将质量为m m的物体竖直上抛出，若空气的物体竖直上抛出，若空气阻力忽略，阻力

15、忽略，g g10m/s210m/s2则：则：物体上升的最大高度物体上升的最大高度(god)(god)是多少？是多少？上升过程在何处重力势能和动能相等？上升过程在何处重力势能和动能相等？20121mvE v0h【解析【解析(ji x)】物体在空气中只有重力做功，故机械能守恒】物体在空气中只有重力做功，故机械能守恒初状态初状态(zhungti)设在设在地面，则：地面，则：终态设在终态设在h1高处，故：高处，故：因机械能守恒：因机械能守恒：E1=E2最高点h1v1Ep=Ek第十七页，共20页。4 4、长为、长为L L的均匀链条，放在光滑的水平桌面上，且使其的均匀链条，放在光滑的水平桌面上，且使其长度

16、的长度的1/41/4垂在桌边，如图所示，松手后链条从静止开始垂在桌边，如图所示，松手后链条从静止开始沿桌边下滑，则链条滑至刚刚离开沿桌边下滑，则链条滑至刚刚离开(l ki)(l ki)桌边时的速桌边时的速度大小为多大？度大小为多大？【解析】：链条【解析】：链条(lintio)下滑时，因下滑时，因桌面光滑，没有摩擦力做功。桌面光滑，没有摩擦力做功。整根链条整根链条(lintio)总的机械能守恒，总的机械能守恒，可用机械能守恒定律求解。可用机械能守恒定律求解。设整根链条设整根链条(lintio)质量为质量为m，则单位，则单位长度质量为长度质量为mL,设桌面重力势能为零。设桌面重力势能为零。初状态：

17、初状态： 末状态：末状态：由机械能守恒定律得：由机械能守恒定律得：EK1+EP1= EK2+EP2 即：即： 解得解得 8L初初末末第十八页，共20页。 1、动能：物体由于运动而具有的能。 2、重力势能：地球上的物体具有的跟它的高度有关的能。 3、弹性势能：发生弹性形变的物体的各部分之间， 由于有弹力的相互作用而具有的势能。 4、动能定理：合力所做的总功等于物体动能的变化。 5、重力做功与重力势能变化的关系(gun x)：重力做的功等于物体重力势能的减少量。 第十九页，共20页。 (1) (1)根据题意，选取研究根据题意，选取研究(ynji)(ynji)对象对象( (物体物体或系统或系统) ) 及研究及研究(y