第4章 能量守恒与可持续发展

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1、 1.在初中我们学过重力势能的概念,谁 给我们复述一下?2.重力势能的大小与哪些因素有关呢?3.重力势能变化与重力做功有什么关系 呢?第4章 能量守恒与可持续发展4.1 势能的变化与机械功一、重力势能（位能）物体由于被举高而具有的能.WG = mg (h1 - h2 )h1h2v图11.概念:.重力势能的大小与哪些因素有关呢?与质量和高度有关= mgh1 - mgh22、重力势能的定义： 我们把物体的重力与 它高度的乘积叫物体 的重力势能。3、定义式：Ep=mgh4、 势能的单位：焦耳（ J ）5、特性： 标量，只有大小没有方向。 6、物理意义：1 J = 1 kg m/s2 m = 1 N

2、m 描述物体状态的物理量。 、我们如果选择的参照面不同，物体的 重力势能一样吗？选择的原则 研究问题方便（不特殊指明，取地面为参考平面。）、重力势能具有相对性：Ep 的大小与参考平面（零势能面） 的选取有关。 我们如何选择参考系呢？如果我们选择的参考系在研究点的 上方会有什么结论？势能具有系统性：重力势能是地球和 物体组成的系统共有的，弹性势能是物 体的各部分所共有的 、 Ep的正负的含义：有大小的含义m = 1kgg = 10m/s2h1 = 1mh2 = 1m 2m参考面2参考面1Ep为正，表明物体在参考平面上方； Ep为负，表明物体在参考平面下方。二、重力做功与重力势能的变化：h h2

3、参考面2参考面1h1 EP1 - EP2 = mgh1 - mgh2 = mgh EP1 - EP2 = mgh - 0= mgh 1、重力势能的变化： （若由低处到高处。）（若由高处到低处呢？）结论：重力势能的变化与参考平面无关， 只与初末位置的高度差有关。2、重力势能的变化与重力做功的关系：Ep增加，h升高，重力做负功 （或者物体克服重力做功）.Ep减少，h降低，重力做正功;WGEP重力做了多少正功，重力势能 减少多少.重力做了多少负功，重力势能增加多少.重力做功与路径无关，只与初末 位置的高度差有关.WG = m g hhvhvh三、重力做功与路径无关四、弹性势能：发生弹性形变的物体因形

4、变而具有的能。1、一实心铁球与一实心木球质量相等，将 它们放在同一水平地面上，下列结论中正确 的是（ ）A、铁球的重力势能大于木球的重力势 能B、铁球的重力势能等于木球的重力势 能C、铁球的重力势能小于木球的重力势 能D、上述三种情况都有可能五、应用：B2、体积相同的铝立方体和铅立方体， 放在同一水平桌面上时，哪个重力势 能较大？为什么？3关于重力做功和物体的重力势能，下列说 法中正确的是( )A当重力对物体做正功时，物体的重力 势能一定减少;B物体克服重力做功时，物体的重力势 能一定增加;C地球上任何一个物体的重力势能都有 一个确定值;D重力做功的多少与参考平面的选取无 关.ABD4物体在运

5、动过程中，克服重力做功 为50J，则( ) A重力做功为50J ; B 物体的重力势能一定增加50J; C 物体的动能一定减少50J ; D重 力做了50J的负功.BD5、挂在竖直墙壁上的长1.80m的画，画 面质量为100g，下面画轴质量为200g， 将它沿墙缓慢卷起，g取10ms2，需做 多少功？答案： 4.5J6、以40ms的初速度竖直向上抛出 一个物体，以抛出点为参考平面， 经过 t s 后，物体的重力势能是重力 势能最大值的 倍，则 t 的大小为 （g = 10ms2） ( ) A2 s B3 s C 4 s D5 s A7、关于重力势能的几种理解，正确的是( )A重力势能等于零的物

6、体，一定不会 对别的物体做功;B相对于不同的参考平面，物体具有 不同数值的重力势能，但这并不影响研究有 关重力势能的问题;C在同一高度将物体不论向何方向抛 出，只要抛出时的初速度大小相同，则落地 时减少的重力势能必相等;D放在地面的物体，它的重力势能一 定等于零. 8一物体从A点沿粗糙面AB与光滑面AC 分别滑到同一水平面上的B点与C点，则下列 说法中正确的是 （ ） A沿AB面下滑时重力做功多；B沿两个面下滑时重力做的功相同；C沿AB面下滑时重力势能减少得多一些 ；D沿两个面下滑时减少的重力势能相同 。ACBBD9在水平面上竖直放置一轻质弹簧，有一 物体在它的正上方自由落下，在物体压缩 弹簧

7、速度减为零时（ ）A物体的重力势能最大；B物体的动能最大；C弹簧的弹性势能最大；D弹簧的弹性势能最小。C10质量为1 kg的铁球从某一高度自 由落下，当下落到全程中点位置时，具 有36 J的动能空气阻力不计，取地面为 零势能面，g取10 ms2，则（ ）A铁球在最高点时的重力势能为36J ；B铁球在全程中点位置时具有72J机 械能；C铁球落到地面时速度为12 ms；D铁球开始下落时的高度为7.2m 。BCD小结 一、重力势能1、定义式： Ep=mgh h :高度（取 决于零高度面的选取）2、相对性，系统性。3、Ep的正负：有大小的含义。 二、重力势能的变化重力势能的变化与参考平面无关， 只与初

8、末位置的高度差有关。 三、重力势能的变化与重力做功的关系重力做了多少正功，重力势能减少多 少重力做了多少负功，重力势能增加多 少 四、弹性势能作业：（1）书面作业P61 2 3（2）完成同步导练p80-83请你回答我们已经学习了动能、势能的概念，也学习了力学中十分重要动能定理。动能和势能能否转化？动能和势能的转化有什么规律？4 4、2 2研究机械能守恒定研究机械能守恒定 律律一、研究机械能守恒定律什么是机械能？怎样表达？1、机械能：A、概念：物体的动能和势能之和叫机 械能。B、表达式： E=EK+EP力做功的过程也是能量转化的过程，动能与势能是否可以相互转换吗？请举例说明。在只有重力和弹力做功

9、的物体系内，动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。我们把这个规律叫做机械能守恒定律。 2、机械能守恒定律：1、瀑布（自由落体运动）2、小女孩在荡秋千中3、翻滚过山车在运动中4、撑杆跳高的过程中请你回答(1)这些现象说明了什么？(2)荡秋千中小女孩在摆动过程中 能量如何转换？(3)若一切阻力不能忽略，小女孩还能摆到原先的高度吗？动能和势能可以相互转化，它 们转化过程中有什么规律呢？请你思考在探究物理规律时，应该由简单到复杂，逐步深入。我们先对简单的物理现象进行探究，然后加以推广深化。请同学们想想看，我们从什么现象入手研究比较好？请动动手小球从高处自由 下落。推导过程请你回答1、如果物体沿

10、光滑的斜坡滑下时 ，上述结论是否成立，为什么？ 2、如果物体沿光滑曲面滑下时呢 ？ 请你思考势能也包括弹性势能，只有弹力做功时，机械能守恒吗？ 请你看一看、想一想观察在气垫导轨上的运动的水平弹簧振子发生的现象。请你思考根据上面的实例分析，请同学们总结一下，动能和势能为什么会发生相互间的转换，在转换过程中，是否有什么规律可寻？ 请你思考你是怎么理解机械能守恒定律的？ 请你想一想一小球在真空中下落，有一质量相同的小球在粘滞性较大的液体中匀速下落，它们都从高为h1的地方下落到h2处，在两种情况下，重力做的功相同吗？重力势能各转化成什么形式的能？机械能守恒吗？二、应用机械能守恒定律分析问题例1、分析下

11、列情况下机械能是否守恒？ （1）跳伞运动员从空中匀速下落的过程。 （2）物体以在空中下落的过程。 （3）物体作平抛运动的过程。 （4）物体在细线拉力作用下沿光滑斜面上滑的过程。 例2、下列情况中，物体的机械能有可能 不变的是（ ）A.物体所受的合外力为零，重力对物 体做正功；B.物体所受合外力为零,重力对物体 做负功；C.物体以不变的加速度沿竖直向上的 方向运动；D.物体以不变的速度在竖直平面内做 曲线运动。例3、把一个小球用 细线悬挂起来,就成为一个 单摆，如图所示。摆长为L ，最大偏角为。小球运 动到最低点时的速度为多 少？例4在距离地面20m高处以15m/s的初速 度水平抛出一小球，不计

12、空气阻力，取g 10m/s2，求小球落地速度大小。 引导学生思考分析，提出问题： (1)前面学习过应用运动合成与分解的方 法处理平抛运动，现在能否应用机械能守 恒定律解决这类问题？ (2)小球抛出后至落地之前的运动过程中 ，是否满足机械能守恒的条件？如何应用 机械能守恒定律解决问题？请你思考1、分析了本题后，你有什么体会？ 2、用机械能守恒定律处理问题时，采用怎样的思路分析比较好？ 解题的一般步骤确定研究对象确定研究对象进行情景分析进行情景分析进行受力分析进行受力分析循循序序渐渐进进判断机械能是否守恒？判断机械能是否守恒？用机械能守恒定律列式求解用机械能守恒定律列式求解反思反思分析分析三、归纳

13、小结：学了这些内容，你有什么体会？请你 举例说明？六、布置作业书面作业：课本P66 3 6用机械能守恒定律解用机械能守恒定律解 决物理问题决物理问题一、对机械能守恒定律的进一步理解 1机械能守恒定律的一般表述：在只有重力与（弹簧）弹力做功的情 形下，动能和势能（包括重力势能 与弹性势能）间发生相互转化，但 机械能的总量保持不变2从三个不同角度认识机械能守恒定律1）从守恒的角度来看：过程中前后两状态 的机械能相等2）从转化的角度来看：动能的增加等于势 能的减少或动能的减少等于势能的增加3）从转移的角度来看：A物体机械能的增加 等于B物体机械能的减少3用机械能守恒定律解题简便、明了机械能守恒定律只

14、涉及初始和终了状态， 不涉及中间过程的具体细节，因此用它处理问 题相当简捷4机械能守恒定律与动能定理机械能守恒定律和动能定理是力学 中的两条重要的规律，在物理中占有重 要的地位（1）共同点：机械能守恒定律和动 能定理都是从做功和能量变化的角度来 研究物体在力的作用下状态的变化，表 达这两个规律的方程都是标量式（2）不同点：机械能守恒定律的成 立有条件，就是只有重力和（弹簧）弹 力做功；而动能定理的成立没有条件限 制，它不但允许重力做功还允许其他力 做功二、用机械能守恒定律解题的一般步骤1选取研究对象，确定物理过程2制定研究对象在物理过程中是否满足 机械能守恒的条件（如不满足可用动能 定理来处理

15、）3规定零势能的参考平面（如用转化或 转移的观点时，可省略这一步）4根据机械能守恒定律列等式，统一单 位、代入数据、求解结果例1：如图示，在光滑的水平桌面上有一质量 为M的小车，小车与绳的一端相连，绳子的另 一端通过滑轮与一个质量为m的砝码相连，砝 码到地面的高度为h，由静释放砝码，则当其 着地前的一瞬间（小车末离开桌子）小车的速 度为多大？解：以M 、m为研究对 象，在开始下落到 刚要着地的过程中机 械能守恒，则： Mmhvv一、如何选取系 统在用机械能守恒定律解决物理问题时, 一定要注意下面几个问题：应用机械能守恒定律必须准确的选 择系统.系统选择得当,机械能守恒；系统 选择不得当,机械能不守恒。判断选定的研究系统是否机械能守恒 ，常用方法：、做功的角度；、能量的转化的 角度。二、如何选取物理过程选取物理过程必须遵循两个基本原则: 有