高中物理新课标版人教版选修1-2精品课件：2.1《能量守恒定律》PPT课件(共31页)

1、新课标人教版课件系列高中物理选修选修1-21-22.1能量守恒定律教学目标教学目标 v知识与能力：知识与能力：v（1）理解量守恒定律，能列举出量守恒定律的实例；v（2）理解“永动机”不能实现的原理。v（）让学生初步学会运用量守恒定律计算一些简单的内能和机械能相互转化的问题。v（）量守恒定律是自然科学的基本定律之一，应用量守恒的观点来分析物理现象、解决物理问题是很重要的物理思维方法。v二、重点、难点分析二、重点、难点分析v1重点内容是量守恒定律，强调量守恒定律是自然科学中最基本定律。v学习运用量守恒原理计算一些物理习题。v2运用量守恒定律对具体的自然现象进行分析，说明能是怎样转化的，对学生来说是

2、有难度的。v三、教三、教 具具v幻灯、幻灯片，其内容是：v1反映电能、机械能、化学能与内能相互转化的实例插图。v2反映自然界各种形式能相互转化的实例插图。v3历史上有人设计的“永动机”插图。 对与一个与自然界对与一个与自然界无无任何联系的系统来说任何联系的系统来说, 系统系统内各种形式的能量是内各种形式的能量是可以可以相互转换的，但是不论如何相互转换的，但是不论如何转换，能量既转换，能量既不能产生不能产生，也不能消灭，这一结论叫做，也不能消灭，这一结论叫做能量守恒定律能量守恒定律 .教学过程教学过程 一一 能量守恒定律能量守恒定律 迈尔迈尔 焦耳焦耳 亥姆霍兹亥姆霍兹 1.定义定义 力对质点所

3、作的功为力在质点位移方向的力对质点所作的功为力在质点位移方向的分量与位移大小的乘积分量与位移大小的乘积 . （功是标量，过程量）功是标量，过程量）0d,900WrFWdcosd0d,18090WrFd二二 功功 0dd90WrFFrdiFirdB*i1dr*1A1F力的力的空间累积空间累积效应效应: WrF ，动能定理动能定理.对对 积累积累BABArFrFWdcosd 合力的功合力的功 = 分力的功的代数和分力的功的代数和 iiiiWrFrFWddzFyFxFWzyxdddzyxWWWWcosFArBrrdro 变力的功变力的功rFWddkzjyixrddddkFjFiFFzyx 功的大小与

4、参照系有关功的大小与参照系有关mN1J1 功的单位功的单位tWP 平均功率平均功率 瞬时功率瞬时功率vFtWtWPtddlim0cosvFP 功率的单位功率的单位 （瓦特）瓦特）W10kW131sJ1W1下列各物理量中，与参照系有关的物理量下列各物理量中，与参照系有关的物理量是哪些？是哪些？ （不考虑相对论效应）（不考虑相对论效应） 1）质量质量 2）动量动量 3）冲量冲量 4）动能动能 5）势能势能 6） 功功讨讨 论论答：答：动量、动能、功动量、动能、功 .0dzmgWkzj yi xrdddd)(ABmgzmgz kmgFzmgrFWBAzzBAdd ABAzBzmgoxyz1） 重力作

5、功重力作功2 2 保守力作功的计算保守力作功的计算 0d xkxWikxFBABAxxxxxkxxFWdd)2121(22ABkxkxWAxBxFxo2） 弹性力作功弹性力作功rrmmGF2BArrrmmGrFWdd23 3） 万有引力作功万有引力作功以以 为参考系，为参考系， 的的位置矢量为位置矢量为 . rmm)(tr)d(ttr rdmOmAB对对 的万有引力为的万有引力为mmm由由 点移动到点移动到 点时点时 作功为作功为 FAB)()(ABrmmGrmmGWBArrrrmmGWd2BArrrmmGrFWdd2dr)(tr)d(ttr rdmOmAB)(tr)d(ttrrd0d2rrm

6、mGWcos|1rdrdr 保守力保守力: 力所作的功与路径无关力所作的功与路径无关，仅决定于相，仅决定于相互作用质点的互作用质点的始末始末相对相对位置位置 .3 保守力和非保守力保守力和非保守力)2121(22ABkxkxW)()(ABrmmGrmmGW)(ABmgzmgzW重力功重力功弹力功弹力功引力功引力功ABCD非保守力非保守力: 力所作的功与路径有关力所作的功与路径有关 .（例如（例如摩擦摩擦力）力） 物体沿物体沿闭合闭合路径运动路径运动 一周时一周时, 保守力对它所作的功等于零保守力对它所作的功等于零 .0d lrFABCDADBACBrFrFd d 三三 势能势能 势能势能 与物

7、体间相互作用及相对位置有关的能量与物体间相互作用及相对位置有关的能量 . P1p2p)(EEEW 保守力的功保守力的功弹性弹性势能势能2p21kxE引力引力势能势能rmmGEp重力重力势能势能mgzE p)2121(22ABkxkxW弹力弹力功功)()(ABrmmGrmmGW引力引力功功)(ABmgzmgzW重力重力功功 势能具有势能具有相对相对性，势能性，势能大小大小与势能与势能零点零点的选取的选取有关有关 .),(ppzyxEE 势能是势能是状态状态函数函数0),(pp0d),(EzyxrFzyxE00pE令令 势能是属于势能是属于系统系统的的 .讨论讨论 势能计算势能计算pp0p)(EE

8、EW1 质点的动能定理质点的动能定理21222121vvmm)()(dvmdvrddtvmdrFW 动能定理动能定理k1k2EEW 合合外力对外力对质点质点所作的功所作的功,等于质点动能的等于质点动能的增量增量 . 功和动能都与功和动能都与 参考系参考系有关；动能定理有关；动能定理仅适用于仅适用于惯性系惯性系 .注意注意四四 动能定理动能定理 功能原理功能原理dvvdcos|cos|vdv21dvvvvm质点系的动能定理质点系的动能定理 质点系质点系动能定理动能定理 0kkinexEEWW1m2mimexiFiniF内力可以改变质点系的动能内力可以改变质点系的动能注意注意内力功内力功外力功外力

9、功0kk0kkinexEEEEWWiiiiiiii 对质点系，有对质点系，有0kkinexiiiiEEWW 对第对第 个质点，有个质点，有i)()(0p0kpkinncexEEEEWW机械能机械能pkEEE质点系动能定理质点系动能定理 0kkinexEEWW非保守非保守力的功力的功inncincininWWWWii)()(0pp0ppincEEEEWiiii0inncexEEWW 质点系的功能原理质点系的功能原理 质点系机械能的增量等于质点系机械能的增量等于外力和非保守内力作功之和外力和非保守内力作功之和 . 2 2 功能原理功能原理pkEE)(0pp0kkEEEE当当0inncexWW0EE

10、 时，时，有有)()(0p0kpkinncexEEEEWW 功能原理功能原理3 3 机械能守恒定律机械能守恒定律 机械能守恒定律机械能守恒定律 只有保守内力作功的情况下，只有保守内力作功的情况下，质点系的机械能保持不变质点系的机械能保持不变 . 守恒定律的守恒定律的意义意义 不究过程细节而能对系统的状态下结论，这是不究过程细节而能对系统的状态下结论，这是各个守恒定律的特点和优点各个守恒定律的特点和优点 . 如图的系统，物体如图的系统，物体 A，B 置于光滑的桌面上，置于光滑的桌面上，物体物体 A 和和 C, B 和和 D 之间摩擦因数均不为零，首之间摩擦因数均不为零，首先用外力沿水平方向相向推

11、压先用外力沿水平方向相向推压 A 和和 B， 使弹簧压使弹簧压缩，后拆除外力，缩，后拆除外力， 则则 A 和和 B 弹开过程中，弹开过程中， 对对 A、B、C、D 组成的系统组成的系统 讨论讨论（A）动量守恒，机械能守恒）动量守恒，机械能守恒 . （B）动量不守恒，机械能守恒）动量不守恒，机械能守恒 . （C）动量不守恒，机械能不守恒）动量不守恒，机械能不守恒 . （D）动量守恒，机械能不一定守恒）动量守恒，机械能不一定守恒 .DBCADBCAddddttrFsFrFWddMW 21dMW力矩的功力矩的功1 力矩作功力矩作功 力的空间累积效应力的空间累积效应 力的功力的功,动能动能,动能定理动

12、能定理.力矩的空间累积效应力矩的空间累积效应 力矩的功力矩的功,转动动能转动动能,动能定理动能定理.MtMtWPdddd2 力矩的功率力矩的功率orvFxvFoxrtFrdd五五 刚体转动的动能定理刚体转动的动能定理21222121d21JJMW三三 转动动能转动动能221iiikmEv四四 刚体绕定轴转动的动能定理刚体绕定轴转动的动能定理21dMW 合外力矩对绕定轴转动的刚体所作的功等于刚体合外力矩对绕定轴转动的刚体所作的功等于刚体转动动能的增量转动动能的增量 .22221)(21Jrmiii2111ddddJtJvovoompTR圆圆锥锥摆摆子子弹弹击击入入杆杆ov以子弹和杆为系统以子弹和

13、杆为系统机械能机械能不不守恒守恒 .角动量守恒；角动量守恒；动量动量不不守恒；守恒；以子弹和沙袋为系统以子弹和沙袋为系统动量守恒；动量守恒；角动量守恒；角动量守恒；机械能机械能不不守恒守恒 .圆锥摆系统圆锥摆系统动量动量不不守恒；守恒；角动量守恒；角动量守恒；机械能守恒机械能守恒 .讨讨 论论子子弹弹击击入入沙沙袋袋细细绳绳质质量量不不计计例：例：一根质量为一根质量为m，长为，长为l的均匀细棒的均匀细棒OA，可，可绕通过其一端的光滑轴绕通过其一端的光滑轴O在竖直平面内转动，在竖直平面内转动，使棒从水平位置开始自由下摆，求细棒摆到竖使棒从水平位置开始自由下摆，求细棒摆到竖直位置进其中心点直位置进其中心点C和端点和端点A的速度。的速度。olmvcA质点运动质点运动刚体定轴转动刚体定轴转动速度速度角速度角速度加速度加速度角加速度角加速度力力力矩力矩质量质量 m转动惯量转动惯量 动量动量角动量角动量牛顿定律牛顿定律转动定律转动定律质点运动与刚体定轴转动对照质点运动与刚体定轴转动对照dtrdv/dtd/vmPdtd/FMdmrJ2JL dtvda/amFdtPdFamFdtPdF质点运动质点运动刚体定轴转动刚体定轴转动动量定