高中物理 21《能量守恒定律》課件 新人教版選修12

2.1能量守恒定律教學目標教學目標 知識與能力：知識與能力： （1）理解量守恒定律，能列舉出量守恒定律的實例； （2）理解“永動機”不能實現(xiàn)的原理。 （）讓學生初步學會運用量守恒定律計算一些簡單的內(nèi)能和機械能相互轉化的問題。 （）量守恒定律是自然科學的基本定律之一，應用量守恒的觀點來分析物理現(xiàn)象、解決物理問題是很重要的物理思維方法。 二、重點、難點分析二、重點、難點分析 1重點內(nèi)容是量守恒定律，強調量守恒定律是自然科學中最基本定律。 學習運用量守恒原理計算一些物理習題。 2運用量守恒定律對具體的自然現(xiàn)象進行分析，說明能是怎樣轉化的，對學生來說是有難度的。 三、教三、教 具具 幻燈、幻燈片，其內(nèi)容是： 1反映電能、機械能、化學能與內(nèi)能相互轉化的實例插圖。 2反映自然界各種形式能相互轉化的實例插圖。 3歷史上有人設計的“永動機”插圖。 對與一個與自然界對與一個與自然界無無任何聯(lián)系的系統(tǒng)來說任何聯(lián)系的系統(tǒng)來說, 系統(tǒng)系統(tǒng)內(nèi)各種形式的能量是內(nèi)各種形式的能量是可以可以相互轉換的，但是不論如何相互轉換的，但是不論如何轉換，能量既轉換，能量既不能產(chǎn)生不能產(chǎn)生，也不能消滅，這一結論叫做，也不能消滅，這一結論叫做能量守恒定律能量守恒定律 .教學過程教學過程 一一 能量守恒定律能量守恒定律 邁爾邁爾 焦耳焦耳 亥姆霍茲亥姆霍茲 1.定義定義 力對質點所作的功為力在質點位移方向的力對質點所作的功為力在質點位移方向的分量與位移大小的乘積分量與位移大小的乘積 . （功是標量，過程量）功是標量，過程量）0d,900WrFWdcosd0d,18090WrFd二二 功功 0dd90WrFFrdiFirdB*i1dr*1A1F力的力的空間累積空間累積效應效應: WrF ，動能定理動能定理.對對 積累積累BABArFrFWdcosd 合力的功合力的功 = 分力的功的代數(shù)和分力的功的代數(shù)和 iiiiWrFrFWddzFyFxFWzyxdddzyxWWWWcosFArBrrdro 變力的功變力的功rFWddkzjyixrddddkFjFiFFzyx 功的大小與參照系有關功的大小與參照系有關mN1J1 功的單位功的單位tWP 平均功率平均功率 瞬時功率瞬時功率vFtWtWPtddlim0cosvFP 功率的單位功率的單位 （瓦特）瓦特）W10kW131sJ1W1下列各物理量中，與參照系有關的物理量下列各物理量中，與參照系有關的物理量是哪些？是哪些？ （不考慮相對論效應）（不考慮相對論效應） 1）質量質量 2）動量動量 3）沖量沖量 4）動能動能 5）勢能勢能 6） 功功討討 論論答：答：動量、動能、功動量、動能、功 .0dzmgWkzj yi xrdddd)(ABmgzmgz kmgFzmgrFWBAzzBAdd ABAzBzmgoxyz1） 重力作功重力作功2 2 保守力作功的計算保守力作功的計算 0d xkxWikxFBABAxxxxxkxxFWdd)2121(22ABkxkxWAxBxFxo2） 彈性力作功彈性力作功rrmmGF2BArrrmmGrFWdd23 3） 萬有引力作功萬有引力作功以以 為參考系，為參考系， 的的位置矢量為位置矢量為 . rmm)(tr)d(ttr rdmOmAB對對 的萬有引力為的萬有引力為mmm由由 點移動到點移動到 點時點時 作功為作功為 FAB)()(ABrmmGrmmGWBArrrrmmGWd2BArrrmmGrFWdd2dr)(tr)d(ttr rdmOmAB)(tr)d(ttrrd0d2rrmmGWcos|1rdrdr 保守力保守力: 力所作的功與路徑無關力所作的功與路徑無關，僅決定于相，僅決定于相互作用質點的互作用質點的始末始末相對相對位置位置 .3 保守力和非保守力保守力和非保守力)2121(22ABkxkxW)()(ABrmmGrmmGW)(ABmgzmgzW重力功重力功彈力功彈力功引力功引力功ABCD非保守力非保守力: 力所作的功與路徑有關力所作的功與路徑有關 .（例如（例如摩擦摩擦力）力） 物體沿物體沿閉合閉合路徑運動路徑運動 一周時一周時, 保守力對它所作的功等于零保守力對它所作的功等于零 .0d lrFABCDADBACBrFrFd d 三三 勢能勢能 勢能勢能 與物體間相互作用及相對位置有關的能量與物體間相互作用及相對位置有關的能量 . P1p2p)(EEEW 保守力的功保守力的功彈性彈性勢能勢能2p21kxE引力引力勢能勢能rmmGEp重力重力勢能勢能mgzE p)2121(22ABkxkxW彈力彈力功功)()(ABrmmGrmmGW引力引力功功)(ABmgzmgzW重力重力功功 勢能具有勢能具有相對相對性，勢能性，勢能大小大小與勢能與勢能零點零點的選取的選取有關有關 .),(ppzyxEE 勢能是勢能是狀態(tài)狀態(tài)函數(shù)函數(shù)0),(pp0d),(EzyxrFzyxE00pE令令 勢能是屬于勢能是屬于系統(tǒng)系統(tǒng)的的 .討論討論 勢能計算勢能計算pp0p)(EEEW1 質點的動能定理質點的動能定理21222121vvmm)()(dvmdvrddtvmdrFW 動能定理動能定理k1k2EEW 合合外力對外力對質點質點所作的功所作的功,等于質點動能的等于質點動能的增量增量 . 功和動能都與功和動能都與 參考系參考系有關；動能定理有關；動能定理僅適用于僅適用于慣性系慣性系 .注意注意四四 動能定理動能定理 功能原理功能原理dvvdcos|cos|vdv21dvvvvm質點系的動能定理質點系的動能定理 質點系質點系動能定理動能定理 0kkinexEEWW1m2mimexiFiniF內(nèi)力可以改變質點系的動能內(nèi)力可以改變質點系的動能注意注意內(nèi)力功內(nèi)力功外力功外力功0kk0kkinexEEEEWWiiiiiiii 對質點系，有對質點系，有0kkinexiiiiEEWW 對第對第 個質點，有個質點，有i)()(0p0kpkinncexEEEEWW機械能機械能pkEEE質點系動能定理質點系動能定理 0kkinexEEWW非保守非保守力的功力的功inncincininWWWWii)()(0pp0ppincEEEEWiiii0inncexEEWW 質點系的功能原理質點系的功能原理 質點系機械能的增量等于質點系機械能的增量等于外力和非保守內(nèi)力作功之和外力和非保守內(nèi)力作功之和 . 2 2 功能原理功能原理pkEE)(0pp0kkEEEE當當0inncexWW0EE 時，時，有有)()(0p0kpkinncexEEEEWW 功能原理功能原理3 3 機械能守恒定律機械能守恒定律 機械能守恒定律機械能守恒定律 只有保守內(nèi)力作功的情況下，只有保守內(nèi)力作功的情況下，質點系的機械能保持不變質點系的機械能保持不變 . 守恒定律的守恒定律的意義意義 不究過程細節(jié)而能對系統(tǒng)的狀態(tài)下結論，這是不究過程細節(jié)而能對系統(tǒng)的狀態(tài)下結論，這是各個守恒定律的特點和優(yōu)點各個守恒定律的特點和優(yōu)點 . 如圖的系統(tǒng)，物體如圖的系統(tǒng)，物體 A，B 置于光滑的桌面上，置于光滑的桌面上，物體物體 A 和和 C, B 和和 D 之間摩擦因數(shù)均不為零，首之間摩擦因數(shù)均不為零，首先用外力沿水平方向相向推壓先用外力沿水平方向相向推壓 A 和和 B， 使彈簧壓使彈簧壓縮，后拆除外力，縮，后拆除外力， 則則 A 和和 B 彈開過程中，彈開過程中， 對對 A、B、C、D 組成的系統(tǒng)組成的系統(tǒng) 討論討論（A）動量守恒，機械能守恒）動量守恒，機械能守恒 . （B）動量不守恒，機械能守恒）動量不守恒，機械能守恒 . （C）動量不守恒，機械能不守恒）動量不守恒，機械能不守恒 . （D）動量守恒，機械能不一定守恒）動量守恒，機械能不一定守恒 .DBCADBCAddddttrFsFrFWddMW 21dMW力矩的功力矩的功1 力矩作功力矩作功 力的空間累積效應力的空間累積效應 力的功力的功,動能動能,動能定理動能定理.力矩的空間累積效應力矩的空間累積效應 力矩的功力矩的功,轉動動能轉動動能,動能定理動能定理.MtMtWPdddd2 力矩的功率力矩的功率orvFxvFoxrtFrdd五五 剛體轉動的動能定理剛體轉動的動能定理21222121d21JJMW三三 轉動動能轉動動能221iiikmEv四四 剛體繞定軸轉動的動能定理剛體繞定軸轉動的動能定理21dMW 合外力矩對繞定軸轉動的剛體所作的功等于剛體合外力矩對繞定軸轉動的剛體所作的功等于剛體轉動動能的增量轉動動能的增量 .22221)(21Jrmiii2111ddddJtJvovoompTR圓圓錐錐擺擺子子彈彈擊擊入入桿桿ov以子彈和桿為系統(tǒng)以子彈和桿為系統(tǒng)機械能機械能不不守恒守恒 .角動量守恒；角動量守恒；動量動量不不守恒；守恒；以子彈和沙袋為系統(tǒng)以子彈和沙袋為系統(tǒng)動量守恒；動量守恒；角動量守恒；角動量守恒；機械能機械能不不守恒守恒 .圓錐擺系統(tǒng)圓錐擺系統(tǒng)動量動量不不守恒；守恒；角動量守恒；角動量守恒；機械能守恒機械能守恒 .討討 論論子子彈彈擊擊入入沙沙袋袋細細繩繩質質量量不不計計例：例：一根質量為一根質量為M，長為，長為L的均勻細棒的均勻細棒OA，可，可繞通過其一端的光滑軸繞通過其一端的光滑軸O在豎直平面內(nèi)轉動，在豎直平面內(nèi)轉動，使棒從水平位置開始自由下擺，求細棒擺到豎使棒從水平位置開始自由下擺，求細棒擺到豎直位置進其中心點直位置進其中心點C和端點和端點A的速度。的速度。olmvcA質點運動質點運動剛體定軸轉動剛體定軸轉動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質量質量 m轉動慣量轉動慣量 動量動量角動量角動量牛頓定律牛頓定律轉動定律轉動定律質點運動與剛體定軸轉動對照質點運動與剛體定軸轉動對照dtrdv/dtd/vmPdtd/FMdmrJ2JL dtvda/amFdtPdFamFdtPdF質點運動質點運動剛體定軸轉動剛體定軸轉動動量定理動量定理角動量定理角動量定理動能動能轉動動能轉動動能功功力矩的功力矩的功動能定理動能定理轉動動能定理轉動動能定理12JJdtM12vmvmdtF221mv221JrdFWdMW21222121vvmmW21222121JJW作業(yè)：作業(yè)：預習題：預習題：略略3. 伽利略變換與洛侖茲變換的區(qū)別與聯(lián)系？伽利略變換與洛侖茲變換的區(qū)別與聯(lián)系？1. 經(jīng)典力學的時空觀？經(jīng)典力學的時空觀？2. 愛因斯坦的兩個基本假設？愛因斯坦的兩個基本假設？