（2021新人教版）高中物理必修第二册8.4《机械能守恒定律》ppt课件.pptx

1、第八章机械能守恒定律 4 4机械能守恒定律机械能守恒定律 1.初步建立“能量”概念、体会守恒思想. 2.知道什么是机械能，知道物体的动能和势能可以相互 转化. 3.理解机械能守恒定律的推导过程. 4.会从做功和能量转化的角度判断机械能是否守恒，能 运用机械能守恒定律解决有关问题. 学习目标 情景引入 下图是小球在斜面上的运动情景，伽利略曾发现：无论斜面B比斜 面A陡些或缓些，小球的速度最后总会在斜面上的某点变为0，这点距 斜面底端的竖直高度与它出发时高度基本相同。 在小球的运动过程 中，你能找出不变的量 吗？ 自学感知 梳理教材夯实基础 一、追寻守恒量 _对于科学研究和日常生活有着巨大的影响，

2、但要用一句话 说清楚_究竟是什么却非易事。 1、如果不采用_的概念，我们可以说，为了把小球从桌面提 高到斜面上的某个位置，伽利略施加了与_相反的力；当他释放小 球时，_使小球滚下斜面 A ；在斜面的底部，小球由于_而滚 上斜面 B。 能量 能量 重力 重力惯性 能量 自学感知 梳理教材夯实基础 2、上面的描述不能直接表达一个最重要的事实：如果空气阻 力和摩擦力小到可以_，小球必将准确地终止于它开始运动时 的_，不会_一点，也不会_一点。这说明某种“东西 ”在小球运动的过程中是_的。 后来的物理学家把这一事实说成是“某个量是守恒的”, 并且把这个量叫做能量或能。 在物理学中寻求“守恒量”是一种重

3、要的思想方法。 忽略 高度 不变 更高更低 （1）.物体沿物体沿光滑斜面下滑时光滑斜面下滑时,重力势能减少了重力势能减少了,减少的重力势能转减少的重力势能转 化成化成了了_。 （2）.具有一定速度的物体具有一定速度的物体,由于由于惯性沿惯性沿光滑斜面光滑斜面上上升升,动能减少了动能减少了, _增加增加了了。物体物体的的动能动能转化转化成了成了_。 （3）.竖直向上抛出的物体，随着物体竖直向上抛出的物体，随着物体_的增加，它的的增加，它的 _ 会减小；当物体到达最高点后会转而下降，同时会减小；当物体到达最高点后会转而下降，同时_逐渐增大。逐渐增大。 二、动能与势能的相互转化 1.重力势能与动能相

4、互转化 结论: 物体的动能和重力势能可以相互转化。 动能动能 重力势能重力势能重力势能重力势能 高度高度速度速度 速度速度 自学感知 梳理教材夯实基础 自学感知 梳理教材夯实基础 2.弹性势能与动能相互转化 （1 1）、被）、被压缩压缩的弹簧的弹簧具有具有_，当当弹簧弹簧_时时， 就把跟它接触的物体弹出去。这一过程中，弹力就把跟它接触的物体弹出去。这一过程中，弹力做做_功功，弹簧，弹簧 的弹性势的弹性势能能_，而物体得到一定的速度，而物体得到一定的速度，动能动能_。物体原来物体原来 的的_转化转化成了动能。成了动能。 （2 2）、运动员）、运动员从跳板上弹起的过程中，跳板的从跳板上弹起的过程中

5、，跳板的 转化 转化 为运动员为运动员的的 。 。 弹性势能弹性势能 动能动能 结论: 物体的弹性势能和动能也可以相互转化。 弹性势能弹性势能 恢复原来形状恢复原来形状 正正 减少减少增加增加 弹性势能弹性势能 3.机械能 _、_与与_都是都是机械运动中的能量形式，统称机械运动中的能量形式，统称 为为机械能机械能。通过通过_或或_做功做功，机械能可以从一种形式转化，机械能可以从一种形式转化 成另一种形式。成另一种形式。 自学感知 梳理教材夯实基础 思考与讨论：一个小球在真空中做自由落体运动，另一个同样的 小球在黏性较大的液体中由静止开始下落。它们都由高度为 h1 的 地方下落到高度为 h2 的

6、地方，如下图所示。 重力势能重力势能弹性势能弹性势能动能动能 重力重力 弹力弹力 (1)(1)在这两种情况下，重力做的在这两种情况下，重力做的 功相等吗？功相等吗？ (2)(2)重力势能的变化相等吗？重力势能的变化相等吗？ (3)(3)动能的变化相等吗？动能的变化相等吗？ (3)(3)重力势能各转化成什么形式重力势能各转化成什么形式 的能？的能？ h1 h2 真空油 小球在真空和油中的下落 参考答案： （1 1）这两种情况下，重力做功相等；）这两种情况下，重力做功相等； （2 2）重力势能的变化相等；）重力势能的变化相等； （3 3）动能变化不相等；）动能变化不相等； （4 4）第一次减小的重

7、力势能完全转化为动能，第二次减小的重）第一次减小的重力势能完全转化为动能，第二次减小的重 力势能除了转化为动能外，还有一部分转化为内能。力势能除了转化为动能外，还有一部分转化为内能。 物体受重力物体受重力和曲面支持力的作用，因为支持力方向与运动和曲面支持力的作用，因为支持力方向与运动方向方向_ ，支持力不做功，所以，支持力不做功，所以，只有只有_做功做功。 如图所示物体在某一时刻处在高度为如图所示物体在某一时刻处在高度为 h h1 1 的的 位置位置A A，这时它的速度是，这时它的速度是 v v1 1 。经过一段时间。经过一段时间 后，物体下落到高度为后，物体下落到高度为 h h2 2 的另一

8、位置的另一位置 B B， 这时它的速度是这时它的速度是 v v2 2 。用。用 W W 表示这一过程表示这一过程 中中_做做的功。的功。 自学感知 梳理教材夯实基础 A B h1 h2 G FN 垂直垂直 我们讨论物体我们讨论物体沿光滑曲面滑下的情形沿光滑曲面滑下的情形。 重力重力 重力重力 另一方面，重力对物体做的功等于物体重力势能的减少。 即: 21 mgh-mgh=W 从动能定理知道，重力对物体做的功等于物体动能的增加，即: 2 1 2 2 mv 2 1 -mv 2 1 =W 21 2 1 2 2 mgh-mgh=mv 2 1 -mv 2 1 进一步整理可得： 1 2 12 2 2 mg

9、h+mv 2 1 =mgh+mv 2 1 从以上两式可得： 这就是说，重力做了多少功，就有多少_转化为_ 。 自学感知 梳理教材夯实基础 _ _ 重力势能动能 等式左边为等式左边为物体物体_状态状态动能与势能之和，等式右边为动能与势能之和，等式右边为物体物体_状态状态 动能与势能之和。动能与势能之和。 结论：在结论：在只有只有_做功做功的系统内的系统内，动能与重力势能互相转化时，动能与重力势能互相转化时总总的的 _保持保持不变。不变。 思考与讨论 在上图中，如果物体从位置 B 沿光滑曲面上升到位置 A，重力 做负功。这种情况下上式的关系是否还成立？ 自学感知 梳理教材夯实基础 末末初初 重力重

10、力 机械能机械能 另一方面，重力对物体做的负功等于物体重力势能的增加。 即: 答：由动能定理得: 2 2 2 1 mv 2 1 -mv 2 1 =W- 12 2 2 2 1 mgh-mgh=mv 2 1 -mv 2 1 进一步整理可得： 1 2 12 2 2 mgh+mv 2 1 =mgh+mv 2 1 从以上两式可得： 这就是说，重力做了多少功，就有多少重力势能转化为动能。 12 mgh-mgh=W- 这种情况下上式的关系仍然成立。 同样可以证明，在同样可以证明，在只有只有_做功做功的系统内的系统内，_和和_势能势能互相转互相转 化时总的机械能也保持不变。化时总的机械能也保持不变。 1.机械

11、能守恒定律内容 在_的物体系统内，动能和势能发生相互转化，但 机械能的_保持不变。 2. 表达式：EK1 + EP1 = EK2 + EP2 或E1E2 3.守恒条件：物体系统内只有重力或弹力做功 自学感知 梳理教材夯实基础 弹力弹力动能动能 弹性弹性 只有重力或弹力做功 总量 1、从能量特点看: 系统只有动能和势能相互转化,无其他形式的能相互转化,则系统机 械能守恒。 2、从做功特点看: 只受重力(或弹簧弹力)作用,如做抛体运动的物体。 除重力(或弹簧弹力)外,还受其他力的作用,但其他力不做功。 除重力(或弹簧弹力)外,受到其他力的作用,但其他力做功的代数 和为零。 探究解惑 注重过程提高能

12、力 探究一、对机械能守恒条件如何理解？ 例1 如图所示,下列关于机械能是否守恒的判断正确的是() A.甲图中,物体A将弹簧压缩的过程中,A机械能守恒 B.乙图中,A置于光滑水平面,物体B沿光滑斜面下滑,物体B机械能守恒 C.丙图中,不计任何阻力时A加速下落、B加速上升过程中,A、B机械能 守恒 D.丁图中,系在橡皮条一端的小球向下摆动时,小球的机械能守恒 解析:甲图中重力和弹力做功,物体A和弹簧组成的系统机械能守恒,但 物体A机械能不守恒,选项A错误。乙图中物体B除受重力外,还受弹力, 弹力对B做负功,机械能不守恒,但从能量特点看A、B组成的系统机械 能守恒,选项B错误。丙图中绳子张力对A做负

13、功,对B做正功,代数和为 零,A、B机械能守恒,选项C正确。丁图中小球的重力势能转化为小球 的动能和橡皮条的弹性势能,小球的机械能不守恒,选项D错误。 答案:C 探究二、机械能守恒定律有哪些常用的表达式 (1)从不同状态看：Ek1Ep1Ek2Ep2(或E1E2) 此式表示系统两个状态的机械能总量相等. (2)从能的转化角度看：EkEp 此式表示系统动能的增加(减少)量等于势能的减少(增加)量. (3)从能的转移角度看：EA增EB减 此式表示系统A部分机械能的增加量等于系统剩余部分，即B部分机械能的减 少量. 探究解惑 注重过程提高能力 例例2 2. .如图所示如图所示, ,质量为质量为m m的

14、木块放在光滑的水平桌面上的木块放在光滑的水平桌面上, ,用轻绳绕过桌用轻绳绕过桌 边的光滑定滑轮与质量为边的光滑定滑轮与质量为M M的砝码相连。已知的砝码相连。已知 M=2 m,M=2 m,让绳拉直后使让绳拉直后使 砝码从静止开始下降砝码从静止开始下降h h的距离的距离( (未落地未落地) )时时, ,木块仍没离开桌面木块仍没离开桌面, ,则砝码则砝码 的速度为多少的速度为多少? ? 【解析解析】解法一解法一: :用用E E1 1=E=E2 2求解。求解。 设砝码开始时离桌面的距离为设砝码开始时离桌面的距离为x,x,取桌面所在的水平面为参考面取桌面所在的水平面为参考面, ,则则 系统的初始机械

15、能系统的初始机械能 E E1 1=-Mgx,=-Mgx, 系统的末机械能系统的末机械能 E E2 2=-Mg(x+h)+ (M+m)v=-Mg(x+h)+ (M+m)v2 2。 由由E E1 1=E=E2 2得得:-Mgx=-Mg(x+h)+ (M+m)v:-Mgx=-Mg(x+h)+ (M+m)v2 2, , 解得解得:v=:v= 1 2 1 2 2 3gh 3 解法解法二二: :用用EEk k=-E=-Ep p求解。求解。 在砝码下降在砝码下降h h的过程中的过程中, ,系统增加的动能为系统增加的动能为 EEk k= (M+m)v= (M+m)v2 2, , 系统减少的重力势能系统减少的重

16、力势能EEp p=-Mgh=-Mgh, , 由由EEk k=-E=-Ep p 得 得 (M+m)v(M+m)v2 2=Mgh,=Mgh, 解得解得:v= :v= 1 2 1 2 2 3gh 3 。 解法解法三三: :用用EEA A=-E=-EB B求解。求解。 在砝码下降的过程中在砝码下降的过程中, ,木块增加的木块增加的机械能机械能EEm m= mv= mv2 2, , 1 2 砝码减少的砝码减少的机械能机械能EEM M= Mv= Mv2 2-Mgh-Mgh 由由EEm m=-E=-EM M得得: : mv mv2 2=Mgh- Mv=Mgh- Mv2 2, , 解得解得:v= :v= 答案

17、答案: : 1 2 1 2 1 2 2 3gh 3 2 3gh 3 探究三、利用机械能守恒定律解题的一般步骤？ 探究解惑 注重过程提高能力 (1)确定研究对象和研究过程，受力分析； (2)判定各个力是否做功，并分析是否符合机械能守恒的条件， (3)选取零势能参考平面，并确定研究对象在初、末状态时的 机械能， (4)根据机械能守恒定律，选择表达式列出方程，进行求解。 例例3 3、A A的质量的质量m m1 1=4m=4m，B B的质量的质量m m2 2=m=m，斜面，斜面固定在水平地面上。开始固定在水平地面上。开始 时将时将B B按在地面上不按在地面上不动，然后放手，让动，然后放手，让A A沿斜

18、面由静止下滑而沿斜面由静止下滑而B B上升。上升。 斜面足够斜面足够长，长，A A与斜面无与斜面无摩擦，如图，设摩擦，如图，设当当A A沿斜面下滑沿斜面下滑s s距离距离后，后， 细细绳突然断绳突然断了，求了，求B B上升的最大高度上升的最大高度H H。（不计。（不计空气阻力、绳与滑轮空气阻力、绳与滑轮 摩擦）摩擦） 【分析】： （1）以A、B组成的整体为研究对象，在绳断之前整 体受哪些力？机械能守恒吗？ 提示：因为只有重力做功，所以机械能守恒。 （2）绳断之后B做什么运动，机械能守恒吗？ 提示：绳断之后B做竖直上抛运动，机械能守恒。 【解】A、B组成的系统机械能守恒，以地面为零势能 面，设细

19、线断开时A与B速率为v，则有： 4mgssin30= （4m）v2+ mv2+mgs 解得：v= 细线断了之后，物块B以初速度v做竖直上抛运动，机 械能守恒： 1 2 1 2 2gs 5 mgh= mv2 解得h=0.2s 物块B上升的最大高度为：H=h+s 代入数据解得：H=1.2s 答案：1.2s 1 2 课堂小结课堂小结 3、机械能守恒定律： 2、机械能：E=Ek+Ep （1）内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，物体的动能 和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。 （2）条件：只有重力、弹力做功 （3）结论： E1=E2 1、伽利略斜面实验表明：“有某一量是守恒的”，这个量叫做能量。