《机械能守恒定律(第一课时)》课件

《机械能守恒定律（第一课时）》伽利略理想斜面实验AB某种“东西”在小球的运动过程中是不变的。ABCO追寻守恒量思考1：实验过程中，球的动能是如何变化的？动能A

BC

B增大B

CB

A减小ABCO动能A

BC

B增大B

CB

A减小思考2：动能的变化，是由什么引起来的？ABCO

思考2：动能的变化，是由什么引起来的？动能重力做功A

BC

B增大正功B

CB

A减小负功ABCO

思考3：重力做功会引起什么能量的变化？动能重力做功A

BC

B增大正功B

CB

A减小负功ABCO

思考3：重力做功会引起什么能量的变化？动能重力做功重力势能A

BC

B增大正功减小B

CB

A减小负功增大ABCO

思考4：重力势能和动能一直都在变化，球为什么能刚好回到原位？动能重力做功重力势能A

BC

B增大正功减小B

CB

A减小负功增大ABCO

猜想：物体运动过程中，动能与势能可以相互转化，但动能与势能的和在整个过程中保持不变。机械能守恒能否从理论上验证机械能守恒的猜想？

机械能守恒O

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机械能守恒需要什么条件？O

12

机械能守恒O

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条件：只有重力做功！判断：机械能守恒吗？1）抛体运动G3）匀速向上提起GT2）过山车(光滑)①

只受重力②除重力外还受其它力，但其它力不做功GFNGFN√√×初步结论：在只有重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。科学探究：观察现象

提出猜想

理论分析

确认条件只有弹力做功时，机械能应该也守恒。重力势能动能弹性势能势能机械能设计实验观察实验中是否存在守恒量弹力做功

1F

2F只有弹力做功时，机械能守恒！弹性势能动能理论分析弹力做功

1F

2F只有弹力做功时，机械能守恒！弹性势能动能理论分析物体系统运动员跳板物体系统机械能守恒机械能不守恒机械能守恒定律

对m1：机械能增加对m2：机械能减少m2的重力势能m1的重力势能m1的动能m2的动能对整个物体系统：机械能守恒G1TTG2m1m2（m2>m1）*拓展：能量的转移蹦极游客在空中自由运动。√利用降落伞在空中匀速下落。蹦极游客在空中自由运动。从松软沙坡上加速下滑。√××生活中机械能守恒的应用随着人类能量消耗的迅速增加，如何有效地提高能量的利用率，是人类所面临的一项重要任务。右图是上海“明珠线”某轻轨车站的设计方案，与站台连接的轨道有一个小的坡度。进站前关闭发动机，机车凭惯性上坡，动能变成势能储存起来，出站时下坡，势能变成动能，节省了能源。应用机械能守恒定律解决问题应用机械能守恒定律解决问题把一个小球用细线悬挂起来，就成为一个摆（如右图所示），摆长为l，最大偏角为θ。如果阻力可以忽略，小球运动到最低点时的速度大小是多少？例题1

定对象，选过程；受力分析，判断是否符合机械能守恒定律的条件——只有重力或弹力做功；列出初、末两个状态的动能和势能；根据机械能守恒定律列出等式Ek1+Ep1=Ek2+Ep2使用机械能守恒定律解题的一般步骤例题2质量为0.5kg的石块从10m高处以30º角斜向上方抛出，初速度v0

的大小为5m/s。不计空气阻力，g

取10m/s2。（1）石块落地时的速度是多大？请用机械能守恒定律和动能定理分别讨论。（2）石块落地时速度的大小与下列哪些量有关，与哪些量无关？说明理由。A．石块的质量B．石块的初速度C．石块初速度的仰角D．石块抛出时的高度研究对象：抛出的石块运动过程：抛出至落地的过程受力分析：只受重力，机械能守恒

（2）石块落地时速度的大小与下列哪些量有关，与哪些量无关？说明理由。A．石块的质量B．石块的初速度C．石块初速度的仰角D．石块抛出时的高度

课堂小结

课堂小结生活中的机械能守恒利用机械能守恒定律解决问题定对象，选过程；受力分析，判断是否符合机械能守恒定律的条件——只有重力或弹力做功；列出初、末两个状态的动能和势能；根据机械能守恒定律列出等式Ek1+Ep1=Ek2+Ep2守恒思想物理学的任务是发现普遍的自然规律。因为这样的规律的最简单的形式之一表现为某种物理量的不变性，所以对于守恒量的寻求不仅是合理的，而且也是极为重要的研究方向。——劳厄探究一对机械能守恒定律的理解情境导引如图所示,小球抛出后在空中运动(不计空气阻力)的过程机械能守恒吗?降落伞在空中匀速下落时机械能守恒吗?要点提示

判断物体机械能是否守恒,依据是只有重力或弹力做功。小球抛出后,只受重力作用,机械能守恒;降落伞除了重力做功外,还有阻力做功,机械能不守恒。知识归纳1.机械能守恒的几种常见情况

做功情况例证只有重力做功所有做抛体运动的物体(不计空气阻力)机械能守恒;物体沿固定的光滑平面或曲面运动只有弹力做功轻质弹簧拉着物块在光滑水平面上做往复运动,物块和弹簧组成的系统机械能守恒做功情况例证只有重力和系统内的弹力做功如图,不计空气阻力,球在运动过程中,只有重力和弹簧与球间的弹力做功,球与弹簧组成的系统机械能守恒。但对球(或者弹簧)来说,机械能不守恒做功情况例证只有重力和系统内的弹力做功如图,所有摩擦不计,A在B上自由下滑的过程中,只有重力和A、B间弹力做功,A、B组成的系统机械能守恒。但对B来说,A对B的弹力做正功,这个力对B来说是外力,B的机械能不守恒,同理A的机械能也不守恒做功情况例证有其他力做功,但做功代数和为0如图,忽略绳的质量与摩擦,在A、B匀速运动过程中,只有重力和细绳的拉力FA和FB做功,FA做负功,FB做正功,且WA+WB=0,故A、B系统机械能守恒。但A(或B)的机械能不守恒,A的机械能减小,B的机械能增加2.判断机械能守恒的方法(1)做功分析法(常用于单个物体)(2)能量分析法(常用于多个物体组成的系统)分析能量种类⇒只有动能、重力势能、弹性势能⇒系统机械能守恒画龙点睛

1.“守恒”是一个动态概念,指在动能和势能相互转化的整个过程中的任何时刻、任何位置,系统的机械能总量总保持不变。2.机械能守恒的条件不是合力做的功等于零,也不是合力等于零。迁移应用例1(多选)下列选项中物块或小球机械能守恒的是(均不计空气阻力)(

)答案

CD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,机械能减少;物块在力F作用下沿固定光滑斜面上滑时,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,小球机械能守恒,选项C、D正确。规律方法

判断机械能是否守恒应注意的问题1.合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,它一定处于匀速直线运动状态或静止状态,但它的机械能不一定守恒。2.合力做功为零是物体动能不变的条件。合力对物体不做功,它的动能一定不变,但它的机械能不一定守恒。3.只有重力做功或系统内弹力做功才是机械能守恒的条件。变式训练1(多选)下列叙述正确的是(

)A.做匀速直线运动的物体的机械能一定守恒B.做变速直线运动的物体的机械能可能守恒C.合力对物体做功为零,物体的机械能一定守恒D.系统内只有重力或弹力做功时,系统的机械能一定守恒答案

BD解析

做匀速直线运动的物体所受合力为零,动能不变,但重力势能可能改变,A错误;做变速直线运动的物体,只有重力对它做功时,机械能守恒,B正确;合力对物体做功为零时,除重力之外的力有可能做功,此时机械能不一定守恒,C错误;系统内只有重力或弹力做功时,系统的机械能守恒,D正确。探究二机械能守恒定律的应用情境导引如图所示,在同一高度处,将同一小球分别以相同大小的速度抛出,忽略空气阻力,这几种情况小球落地时速度大小相等吗?要点提示

尽管这几种情况小球的运动情况不同,但是只有重力做功,小球的机械能守恒,根据机械能守恒定律可知,小球落地时速度大小相等。知识归纳1.机械能守恒定律的不同表达式

项目表达式物理意义注意从守恒的角度看Ek1+Ep1=Ek2+Ep2或E初=E末初状态的机械能等于末状态的机械能必须先选零势能面从转化角度看Ek2-Ek1=Ep1-Ep2或ΔEk=-ΔEp过程中动能的增加量等于势能的减少量不必选零势能面从转移角度看或ΔEA=-ΔEB系统只有A、B两物体时,A增加的机械能等于B减少的机械能2.应用机械能守恒定律解题的步骤

迁移应用例2(2021山东青岛高一检测)小丽同学用实验研究“圆珠笔的上跳”,一支可伸缩的圆珠笔,内有一根弹簧,尾部有一个小帽,压一下小帽,笔尖就伸出。手握笔杆,使笔尖向上,小帽抵在桌面上,在压下后突然放手,笔杆将竖直向上跳起一定的高度。在某次实验中,小丽用刻度尺测得圆珠笔跳起的高度为12cm,请你帮她分析:(1)圆珠笔由桌面静止起跳到上升至最大高度的过程中,能量发生了怎样的变化?(2)从能量转化的角度计算出圆珠笔起跳的初速度v0多大?(g取10m/s2)答案

(1)圆珠笔弹簧弹性势能→圆珠笔动能→圆珠笔重力势能

(2)1.55m/s解析

(1)圆珠笔弹簧的弹性势能减小,转化为圆珠笔的动能,离开桌子后,圆珠笔减少的动能转化成圆珠笔增加的重力势能,