2018-2019學(xué)年高中物理 第4章 能量守恒與可持續(xù)發(fā)展 4.2.1 研究機械能守恒定律(一)課件 滬科版必修2.ppt

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1、4.2.1研究機械能守恒定律(一),第4章,——機械能守恒定律及其應(yīng)用,[學(xué)習(xí)目標(biāo)],1.知道什么是機械能，知道物體的動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化.2.能夠根據(jù)動能定理、重力做功與重力勢能變化間的關(guān)系，推導(dǎo)出機械能守恒定律.3.會根據(jù)機械能守恒的條件判斷機械能是否守恒，能運用機械能守恒定律解決有關(guān)問題.,內(nèi)容索引,,重點探究啟迪思維探究重點,達(dá)標(biāo)檢測檢測評價達(dá)標(biāo)過關(guān),自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知夯實基礎(chǔ),自主預(yù)習(xí),一、動能與勢能的相互轉(zhuǎn)化,1.重力勢能與動能的轉(zhuǎn)化只有重力做功時，若重力對物體做正功，則物體的重力勢能，動能，物體的轉(zhuǎn)化為，若重力對物體做負(fù)功，則物體的重力勢能，動能，物體的轉(zhuǎn)化為.2.彈性勢能與動能

2、的轉(zhuǎn)化只有彈簧彈力做功時，若彈力對物體做正功，則彈簧的彈性勢能，物體的動能，彈簧的轉(zhuǎn)化為物體的；若彈力對物體做負(fù)功，則彈簧的彈性勢能，物體的動能，物體的轉(zhuǎn)化為_____.,減少,增加,重力勢能,動能,增加,減少,動能,重力勢能,減少,增加,彈性勢能,動能,減少,增加,動能,彈簧,的彈性勢能,3.機械能：、與動能統(tǒng)稱為機械能.二、機械能守恒定律1.內(nèi)容：在只有或做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，能與能可以互相轉(zhuǎn)化，而保持不變.2.表達(dá)式：E＝Ek＋Ep＝恒量.,重力勢能,彈性勢能,重力,彈力,動,勢,總的機械能,[即學(xué)即用]1.判斷下列說法的正誤.(1)機械能守恒時，物體一定只受重力和彈力作用.()(2)合力為

3、零，物體的機械能一定守恒.()(3)合力做功為零，物體的機械能保持不變.()(4)只有重力做功時，物體的機械能一定守恒.(),答案,,,√,,2.如圖1所示，桌面高為h，質(zhì)量為m的小球從離桌面高為H處自由下落，不計空氣阻力，假設(shè)桌面處的重力勢能為零，則小球落到地面前瞬間的機械能為______.(重力加速度為g),答案,mgH,圖1,重點探究,,[導(dǎo)學(xué)探究]如圖2所示，質(zhì)量為m的物體自由下落的過程中，下落到高度為h1的A處時速度為v1，下落到高度為h2的B處時速度為v2，不計空氣阻力，選擇地面為參考平面.(1)求物體在A、B處的機械能EA、EB；,一、機械能守恒定律,圖2,答案,(2)比較物體在

4、A、B處的機械能的大小.,答案,下落過程中重力對物體做功，重力做的功等于物體重力勢能的減少量，則WG＝mgh1－mgh2,由此可知物體在A、B兩處的機械能相等.,[知識深化]1.對機械能守恒條件的理解(1)物體只受重力，只發(fā)生動能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化，如自由落體運動、拋體運動等.(2)只有彈力做功，只發(fā)生動能和彈性勢能的相互轉(zhuǎn)化.如在光滑水平面上運動的物體碰到一個彈簧，和彈簧相互作用的過程中，對物體和彈簧組成的系統(tǒng)來說，機械能守恒.(3)重力和彈力都做功，發(fā)生動能、彈性勢能、重力勢能的相互轉(zhuǎn)化，如自由下落的物體落到豎直的彈簧上和彈簧相互作用的過程中，對物體和彈簧組成的系統(tǒng)來說，機械能守恒.,(

5、4)除受重力或彈力外，還受其他力，但其他力不做功，或其他力做功的代數(shù)和為零.如物體在沿斜面的拉力F的作用下沿斜面運動，拉力與摩擦力的大小相等，方向相反，在此運動過程中，其機械能守恒.2.判斷機械能是否守恒的方法(1)利用機械能的定義判斷(直接判斷)：若物體動能、勢能均不變，機械能不變.若動能和勢能中，一種能變化，另一種能不變，則其機械能一定變化.(2)用做功判斷：若物體或系統(tǒng)只有重力(或彈力)做功，雖受其他力，但其他力不做功，機械能守恒.(3)用能量轉(zhuǎn)化來判斷：若物體系統(tǒng)中只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化而無機械能與其他形式的能的轉(zhuǎn)化，則物體系統(tǒng)機械能守恒.,例1(多選)如圖3所示，下列關(guān)于機械能是否

6、守恒的判斷正確的是A.甲圖中，物體將彈簧壓縮的過程中，物體機械能守恒B.乙圖中，物體在大小等于摩擦力的拉力F作用下沿斜面下滑時，物體機械能守恒C.丙圖中，物體沿斜面勻速下滑的過程中，物體機械能守恒D.丁圖中，斜面光滑，物體在斜面上下滑的過程中，物體機械能守恒,√,√,答案,解析,圖3,解析弄清楚機械能守恒的條件是分析此問題的關(guān)鍵.表解如下：,針對訓(xùn)練1(多選)如圖4所示，彈簧固定在地面上，一小球從它的正上方A處自由下落，到達(dá)B處開始與彈簧接觸，到達(dá)C處速度為0，不計空氣阻力，則在小球從B到C的過程中A.彈簧的彈性勢能不斷增加B.彈簧的彈性勢能不斷減少C.小球和彈簧組成的系統(tǒng)機械能不斷減少D.小

7、球和彈簧組成的系統(tǒng)機械能保持不變,√,√,答案,解析,圖4,解析從B到C，小球克服彈力做功，彈簧的彈性勢能不斷增加，A正確，B錯誤；對小球、彈簧組成的系統(tǒng)，只有重力和系統(tǒng)內(nèi)彈力做功，系統(tǒng)機械能守恒，C錯誤，D正確.,,1.機械能守恒定律常用的三種表達(dá)式(1)從不同狀態(tài)看：Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2(或E1＝E2)此式表示系統(tǒng)的兩個狀態(tài)的機械能總量相等.(2)從能的轉(zhuǎn)化角度看：ΔEk＝－ΔEp此式表示系統(tǒng)動能的增加(減少)量等于勢能的減少(增加)量.(3)從能的轉(zhuǎn)移角度看：ΔEA增＝ΔEB減此式表示系統(tǒng)A部分機械能的增加量等于系統(tǒng)剩余部分，即B部分機械能的減少量.,二、機械能守恒定律的應(yīng)用,

8、2.機械能守恒定律的應(yīng)用步驟首先對研究對象進行正確的受力分析，判斷各個力是否做功，并分析是否符合機械能守恒的條件.若機械能守恒，則根據(jù)機械能守恒定律列出方程，或再輔以其他方程進行求解.,例2如圖5所示為某游樂場的過山車的簡化模型，豎直圓形軌道的半徑為R，軌道最下端與水平地面相切.現(xiàn)有一節(jié)車廂(可視為質(zhì)點)，質(zhì)量為m，從高處由靜止滑下，不計摩擦和空氣阻力.,圖5,答案,(1)要使車廂通過圓形軌道的最高點，車廂開始下滑時距地面的高度至少應(yīng)多大？,解析,解析設(shè)車廂開始下滑時距地面的高度為h，運動到圓形軌道最高點時的速度為v，要使車廂通過圓形軌道的最高點，,車廂在下滑過程中，只有重力做功，故機械能守恒

9、，選取軌道最低點所在平面為零勢能參考平面，由機械能守恒定律得,(2)若車廂恰好通過圓形軌道的最高點，則車廂在軌道最低處時對軌道的壓力是多少(重力加速度為g)?,答案6mg,答案,解析,解析設(shè)車廂到達(dá)軌道最低點時的速度為v′，受到的支持力為FN，,由牛頓第三定律知，車廂對軌道的壓力N′＝N＝6mg,針對訓(xùn)練2如圖6所示，質(zhì)量m＝50kg的跳水運動員從距水面高h(yuǎn)＝10m的跳臺上以v0＝5m/s的速度斜向上起跳，最終落入水中，若忽略運動員的身高，取g＝10m/s2，不計空氣阻力.求：(1)運動員在跳臺上時具有的重力勢能(以水面為零勢能參考平面)；,解析,答案,圖6,解析以水面為零勢能參考平面，則運動

10、員在跳臺上時具有的重力勢能為Ep＝mgh＝5000J.,答案5000J,(2)運動員起跳時的動能；,解析,答案,解析運動員起跳時的速度為v0＝5m/s，,答案625J,(3)運動員入水時的速度大小.,答案15m/s,解析運動員從起跳到入水過程中，只有重力做功，運動員的機械能守恒，,解得v＝15m/s.,達(dá)標(biāo)檢測,1.(機械能是否守恒的判斷)關(guān)于機械能守恒，下列說法正確的是A.做自由落體運動的物體，機械能一定守恒B.人乘電梯加速上升的過程，機械能守恒C.物體必須在只受重力作用的情況下，機械能才守恒D.合外力對物體做功為零時，機械能一定守恒,√,答案,解析,1,2,3,4,解析做自由落體運動的物體

11、，只受重力作用，機械能守恒，A正確；人乘電梯加速上升的過程，電梯對人的支持力做功，故人的機械能不守恒，B錯誤；物體只有重力做功時，其他力也可存在，當(dāng)它們不做功或做功之和為0時，機械能也守恒，故C錯誤；合外力對物體做功為零，物體的動能不變，機械能不一定守恒，D錯誤.,1,2,3,4,2.(機械能守恒定律的應(yīng)用)以相同大小的初速度v0將物體從同一水平面分別豎直上拋、斜上拋、沿光滑斜面(足夠長)上滑，如圖7所示，三種情況達(dá)到的最大高度分別為h1、h2和h3，不計空氣阻力，則A.h1＝h2＞h3B.h1＝h2＜h3C.h1＝h3＜h2D.h1＝h3＞h2,答案,√,解析,1,2,3,4,圖7,1,2,

12、3,4,3.(機械能守恒定律的應(yīng)用)如圖8所示，由距離地面h2＝1m的高度處以v0＝4m/s的速度斜向上拋出質(zhì)量為m＝1kg的物體，當(dāng)其上升的高度為h1＝0.4m時到達(dá)最高點，最終落在水平地面上，現(xiàn)以過拋出點的水平面為零勢能面，取重力加速度g＝10m/s2，不計空氣阻力，則A.物體在最大高度處的重力勢能為14JB.物體在最大高度處的機械能為16JC.物體在地面處的機械能為8JD.物體在地面處的動能為8J,圖8,√,答案,解析,1,2,3,4,解析物體在最高點時具有的重力勢能Ep1＝mgh1＝1100.4J＝4J，A錯誤；物體在最高點時具有的機械能等于剛拋出時的動能，即8J，B錯誤；物體在下落過程中，機械能守恒，任意位置的機械能都等于8J，C正確；物體落地時的動能Ek＝E－Ep2＝E－mgh2＝8J－110(－1)J＝18J，D錯誤.,1,2,3,4,答案5∶1,(1)求小球在B、A兩點的動能之比；,圖9,1,2,3,4,解析,答案,1,2,3,4,解析設(shè)小球的質(zhì)量為m，小球在A點的動能為EkA，,(2)通過計算判斷小球能否沿軌道運動到C點.,1,2,3,4,答案見解析,解析,答案,解析若小球能沿軌道運動到C點，則小球在C點所受軌道的正壓力N應(yīng)滿足N≥0④,設(shè)小球在C點的速度大小為vC，由牛頓第二定律和向心加速度公式有,由⑥⑦式可知，小球恰好可以沿軌道運動到C點.,1,2,3,4,