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1、42研究机械能守恒定律研究机械能守恒定律 核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练课前自主学案课前自主学案知能优化训练知能优化训练4.2课标定位课标定位学习目标：学习目标：1.能够分析动能和势能之间的相互转化问题能够分析动能和势能之间的相互转化问题2能够推导机械能守恒定律能够推导机械能守恒定律3会根据机械能守恒的条件判断机械能是否守恒会根据机械能守恒的条件判断机械能是否守恒4能能运运用用机机械械能能守守恒恒定定律律解解决决有有关关问问题题，并并领领会会运运用用机机械械能能守恒定律解决问题的优越性守恒定律解决问题的优越性重重点点难难点点：重重点点：机机械械能能守守恒恒定定律律的的内内容容
2、和和应应用用条条件件；理理解解实验内容和实验过程；应用机械能守恒定律的解题步骤实验内容和实验过程；应用机械能守恒定律的解题步骤难点：对机械能守恒定律实验的分析；判断机械能是否守恒，难点：对机械能守恒定律实验的分析；判断机械能是否守恒，应用机械能守恒分析解决有关问题应用机械能守恒分析解决有关问题课标定位课标定位课标定位课标定位课前自主学案前自主学案一、什么是机械能一、什么是机械能1定义：物体的定义：物体的_与与_之和称为机械能之和称为机械能2表达式：表达式：E_.二、研究机械能守恒定律二、研究机械能守恒定律1重力势能可以转化为动能重力势能可以转化为动能打桩机重锤在下落过程中，重力对重锤做打桩机重
3、锤在下落过程中，重力对重锤做_功功，重锤的重力势能，重锤的重力势能_在这个过程中，重在这个过程中，重锤锤的速的速度度_了，表示重锤的动能了，表示重锤的动能_了了这这说明说明，重锤原来具有的，重锤原来具有的_转化成了转化成了_动能动能势能势能EkEp正正减少减少增加增加增加增加重力势能重力势能动能动能2动能也可以转化为重力势能动能也可以转化为重力势能原来具有一定速度的物体，由于惯性在空中竖直原来具有一定速度的物体，由于惯性在空中竖直上升或沿光滑斜面上升，这时重力做上升或沿光滑斜面上升，这时重力做_功，功，物体的速度物体的速度_，表示物体的动能，表示物体的动能_了了但这时物体的高度但这时物体的高度
4、_，表示它的重力，表示它的重力势能势能_了这说明，物体原来具有的了这说明，物体原来具有的_转化成了转化成了_负负减小减小减小减小增加增加增加增加动能动能重力势能重力势能3弹性势能与动能之间也能相互转化弹性势能与动能之间也能相互转化不仅重力势能可以与动能相互转化，弹性势能也不仅重力势能可以与动能相互转化，弹性势能也可以与动能相互转化被压缩的弹簧具有可以与动能相互转化被压缩的弹簧具有_，当弹簧恢复原来形状时，就把，当弹簧恢复原来形状时，就把跟它接触的物体弹出去这一过程中，弹力做功，跟它接触的物体弹出去这一过程中，弹力做功，弹簧的弹性势能弹簧的弹性势能_，而物体得到一定的，而物体得到一定的_，动能增
5、加，动能增加弹性势能弹性势能减小减小速度速度4机械能守恒定律机械能守恒定律(1)内容：在只有内容：在只有_或或_做功的物做功的物体系统内，体系统内，_能与能与_能可以互相转化，能可以互相转化，而总的而总的_保持不变即保持不变即E_恒恒量量(2)适用条件：只有适用条件：只有_做功或系统内做功或系统内_做功做功(3)表达式：表达式：_.重力重力弹力弹力动动势势机械能机械能EkEp重力重力弹力弹力EkEp或或Ek1Ep1Ek2Ep2思考感悟思考感悟“飞飞流流直直下下三三千千尺尺，疑疑是是银银河河落落九九天天”这这是是唐唐代代大大诗诗人人李李白白对对庐庐山山瀑瀑布布的的传传神神写写照照，如如图图421
6、所所示示你你能能从从物物理理学学的的角角度度对对这这一一过过程程进进行行描描述述吗？吗？提示：提示：水从高处流下，重力做水从高处流下，重力做功，重力势能转化为动能，因功，重力势能转化为动能，因而形成飞流直下的壮观场面而形成飞流直下的壮观场面图图421三、应用机械能守恒定律分析问题三、应用机械能守恒定律分析问题解题步骤解题步骤1根根据据题题意意，选选取取_ (物物体体或或系系统统)2明确研究对象的运动过程，分析对象在过程中明确研究对象的运动过程，分析对象在过程中的受力情况，弄清各力的受力情况，弄清各力_情况，判断是情况，判断是否符合机械能守恒的条件否符合机械能守恒的条件3恰当地选取恰当地选取_，
7、确定研究对象在，确定研究对象在过程的起始状态和末状态的过程的起始状态和末状态的_ (包括动能包括动能和重力势能和重力势能)4根据根据_列方程，进行求解列方程，进行求解研究对象研究对象做功做功参考平面参考平面机械能机械能机械能守恒定律机械能守恒定律核心要点突破核心要点突破一、对机械能守恒条件的理解一、对机械能守恒条件的理解1从能量转化的角度看，只有系统内动能和势能相从能量转化的角度看，只有系统内动能和势能相互转化，无其他形式能量之间互转化，无其他形式能量之间(如内能如内能)的转化的转化2从系统做功的角度看，只有重力和系统内的弹力从系统做功的角度看，只有重力和系统内的弹力做功，具体表现在：做功，具
8、体表现在：(1)只有重力只有重力(和弹簧弹力和弹簧弹力)做功，如所有做抛体运动做功，如所有做抛体运动的物体的物体(不计空气阻力不计空气阻力)，机械能守恒，机械能守恒(2)只有重力和系统内的弹力做功，如图只有重力和系统内的弹力做功，如图422所所示示在图甲中，小球在摆动过程中线的拉力不做功，在图甲中，小球在摆动过程中线的拉力不做功，如果不计空气阻力，只有重力做功，小球的机械如果不计空气阻力，只有重力做功，小球的机械能守恒能守恒图图422在图乙中，在图乙中，A、B间，间，B与地面间摩擦不计，与地面间摩擦不计，A自自B上自由下滑过程中，只有重力和上自由下滑过程中，只有重力和A、B间弹间弹力做功，力做
9、功，A、B组成的系统机械能守恒但对组成的系统机械能守恒但对B来说，来说，A对对B的弹力做功，但这个力对的弹力做功，但这个力对B来说是来说是外力，外力，B的机械能不守恒的机械能不守恒在图丙中，不计空气阻力，球在摆动过程中，在图丙中，不计空气阻力，球在摆动过程中，只有重力和弹簧与球间的弹力做功，球与弹簧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，但对球来说，机械能组成的系统机械能守恒，但对球来说，机械能不守恒不守恒即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1下列物体中，机械能守恒的是下列物体中，机械能守恒的是()A被平抛的物体被平抛的物体(不计空气阻力不计空气阻力)
10、B被匀速吊起的集装箱被匀速吊起的集装箱C光滑曲面上自由运动的物体光滑曲面上自由运动的物体D物体以物体以4g/5的加速度竖直向上做减速运动的加速度竖直向上做减速运动解析：解析：选选AC.选项选项A、C情景下，只有物体的重力情景下，只有物体的重力做功，机械能守恒；而选项做功，机械能守恒；而选项B、D中，由物体的运中，由物体的运动状态可以判断，物体除重力外还受其他外力作动状态可以判断，物体除重力外还受其他外力作用，且外力做功，物体机械能不守恒，所以用，且外力做功，物体机械能不守恒，所以A、C正确正确二、机械能守恒的应用二、机械能守恒的应用1守恒定律的多种表达式守恒定律的多种表达式当系统满足机械能守恒
11、的条件以后，常见的表达当系统满足机械能守恒的条件以后，常见的表达式有以下几种：式有以下几种：(1)Ek1Ep1Ek2Ep2，即初状态的动能与势能，即初状态的动能与势能之和等于末状态的动能与势能之和之和等于末状态的动能与势能之和(2)EkEp或或EpEk，即动能，即动能(或势能或势能)的增加量等于势能的增加量等于势能(或动能或动能)的减少量的减少量2理解机械能守恒定律时应注意理解机械能守恒定律时应注意(1)机械能守恒是指系统能量守恒，系统能量应包机械能守恒是指系统能量守恒，系统能量应包括物体、地球两者共有的机械能，不是物体单独括物体、地球两者共有的机械能，不是物体单独所具有的；所具有的；(2)应
12、用条件：系统只有重力做功，无其他的内力、应用条件：系统只有重力做功，无其他的内力、外力做功，系统机械能才守恒若有其他内力或外力做功，系统机械能才守恒若有其他内力或外力做功，但代数和为零，只能认为机械能不变；外力做功，但代数和为零，只能认为机械能不变；(3)考虑了势能的变化，就不能再考虑重力或弹力考虑了势能的变化，就不能再考虑重力或弹力做功，避免重复考虑；做功，避免重复考虑；(4)方程是标量方程，不存在分量式在应用时只方程是标量方程，不存在分量式在应用时只需要找出初、末状态的机械能，不管中间过程；需要找出初、末状态的机械能，不管中间过程；(5)表达公式中的表达公式中的v、h都具有相对性，所有都具
13、有相对性，所有v应相应相对同一参考系，所有对同一参考系，所有h应是相对同一零势能面而应是相对同一零势能面而言的言的即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2.如图如图423所示，粗细均匀、两端开口、内壁所示，粗细均匀、两端开口、内壁光滑的光滑的U形管内装有同种液体，开始时两边液面形管内装有同种液体，开始时两边液面高度差为高度差为h，管中液柱总长度为，管中液柱总长度为4h.后来打开阀门后来打开阀门让液体自由流动，不计液体间的摩擦阻力当两让液体自由流动，不计液体间的摩擦阻力当两液面高度相等时，左侧液面下降的速度为液面高度相等时，左侧液面下降的速度为()图图423图图4244实验的误
14、差分析实验的误差分析重物和纸带下落过程中要克服阻力，主要是纸重物和纸带下落过程中要克服阻力，主要是纸带与计时器之间的摩擦力计时器平面不在竖带与计时器之间的摩擦力计时器平面不在竖直方向，纸带平面与计时器平面不平行是阻力直方向，纸带平面与计时器平面不平行是阻力增大的原因电磁打点计时器的阻力大于电火增大的原因电磁打点计时器的阻力大于电火花计时器由于阻力的存在，重物动能的增加花计时器由于阻力的存在，重物动能的增加量稍小于势能的减少量，即量稍小于势能的减少量，即Ek50 Hz，由于速度值仍按频率为，由于速度值仍按频率为50 Hz计算，频率的计算，频率的计算值比实际值偏小，周期值偏大，算得的速度计算值比实
15、际值偏小，周期值偏大，算得的速度值偏小，动能值也就偏小，使值偏小，动能值也就偏小，使EkEp的误差的误差进一步加大；若进一步加大；若fEp的结果的结果即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)3在在利利用用重重物物做做自自由由落落体体运运动动来来验验证证机机械械能能守守恒恒定律的实验中，下列说法中正确的是定律的实验中，下列说法中正确的是()A选重物时稍重一些的比轻的好选重物时稍重一些的比轻的好B选重物时体积大一些的比小的好选重物时体积大一些的比小的好C实验时要用秒表计时，以便计算速度实验时要用秒表计时，以便计算速度D打点计时器选用电磁打点计时器比电火花计打点计时器选用电磁打点计时
16、器比电火花计时器要好时器要好解析：解析：选选A.选用的重物宜重一些，可以使重力远选用的重物宜重一些，可以使重力远远大于阻力，阻力可忽略不计，从而减小实验误远大于阻力，阻力可忽略不计，从而减小实验误差，故差，故A正确；重物的体积越大，下落时受空气正确；重物的体积越大，下落时受空气阻力越大，实验误差就越大，故阻力越大，实验误差就越大，故B错误；不需用错误；不需用秒表计时，打点计时器就是计时仪器，比秒表计秒表计时，打点计时器就是计时仪器，比秒表计时更为精准，故时更为精准，故C错误；电磁打点计时器的振针错误；电磁打点计时器的振针与纸带间有摩擦，电火花计时器对纸带的阻力较与纸带间有摩擦，电火花计时器对纸
17、带的阻力较小，故应选电火花计时器，小，故应选电火花计时器，D错误错误课堂互堂互动讲练机械能守恒条件的应用机械能守恒条件的应用类类型一型一例例例例1 1下下列列关关于于机机械械能能是是否否守守恒恒的的说说法法中中正正确确的的是是()A做匀速直线运动的物体的机械能一定守恒做匀速直线运动的物体的机械能一定守恒B做匀加速直线运动的物体的机械能不可能守恒做匀加速直线运动的物体的机械能不可能守恒C运运动动物物体体只只要要不不受受摩摩擦擦力力作作用用，其其机机械械能能一一定定守恒守恒D物体只发生动能和势能的相互转化，物体的机物体只发生动能和势能的相互转化，物体的机械能一定守恒械能一定守恒【精精讲讲精精析析】
18、匀匀速速运运动动的的物物体体只只是是动动能能保保持持不不变变，但但不不能能确确定定其其势势能能是是否否变变化化例例如如：匀匀速速竖竖直直上上升升的的物物体体，重重力力势势能能增增加加，机机械械能能增增加加选选项项A错误错误物物体体做做匀匀加加速速直直线线运运动动，机机械械能能可可能能守守恒恒例例如如：物物体体做做自自由由落落体体运运动动，物物体体沿沿光光滑滑斜斜面面加加速速下下滑滑，机械能是守恒的选项机械能是守恒的选项B错误错误运动物体不受摩擦力作用，只能说明没有机械能运动物体不受摩擦力作用，只能说明没有机械能向内能的转化，但不能保证没有其他外力对物体向内能的转化，但不能保证没有其他外力对物体
19、做功而引起物体机械能的变化例如：起重机把做功而引起物体机械能的变化例如：起重机把物体从地面上吊起，物体的机械能增加，选项物体从地面上吊起，物体的机械能增加，选项C错误错误物物体体只只发发生生动动能能和和势势能能的的相相互互转转化化，说说明明只只有有物物体体系系统统内内的的重重力力或或弹弹簧簧弹弹力力做做功功，没没有有其其他他力力做做功，故机械能一定守恒选项功，故机械能一定守恒选项D正确正确【答案答案】D【方法总结方法总结】判断机械能是否守恒，关键是看判断机械能是否守恒，关键是看都有哪些力做功机械能守恒常见的情况有：一都有哪些力做功机械能守恒常见的情况有：一是物体只受重力作用；二是物体虽然受到除
20、重力是物体只受重力作用；二是物体虽然受到除重力以外的其他力作用，但其他力不做功或做功的代以外的其他力作用，但其他力不做功或做功的代数和为零数和为零机械能守恒定律的应用机械能守恒定律的应用类类型二型二例例例例2 2如图如图425所示，一很长所示，一很长的、不可伸长的柔软轻绳跨过光的、不可伸长的柔软轻绳跨过光滑定滑轮，绳两端各系一小球滑定滑轮，绳两端各系一小球a和和b.a球质量为球质量为m，静置于地面；，静置于地面；b球质量为球质量为3m，用手托住，高度，用手托住，高度为为h，此时轻绳刚好拉紧从静，此时轻绳刚好拉紧从静止开始释放止开始释放b球后，求球后，求a球可能达球可能达到的最大高度为多少？到的
21、最大高度为多少？图图425【答案答案】1.5h【方方法法总总结结】(1)利利用用哪哪种种表表达达式式列列机机械械能能守守恒恒定定律律的的方方程程要要视视具具体体情情况况而而定定，千千万万不不要要把把几几种种表达式混在一起列式表达式混在一起列式(2)利用守恒的观点列方程，需要事先规定重力势利用守恒的观点列方程，需要事先规定重力势能的零位置；从转化或转移的角度来看，需要明能的零位置；从转化或转移的角度来看，需要明确能量是从什么形式转化为什么形式、从哪一个确能量是从什么形式转化为什么形式、从哪一个物体转移到哪一个物体，这样，才能正确列出方物体转移到哪一个物体，这样，才能正确列出方程程机械能守恒的探究
22、分析机械能守恒的探究分析类类型三型三例例例例3 3(2)若实验中所用重锤的质量若实验中所用重锤的质量m1 kg，打点纸带，打点纸带如图如图426所示，打点时间间隔为所示，打点时间间隔为0.02 s，则记，则记录录B点时，重锤速度点时，重锤速度vB_，重锤动能，重锤动能Ek_，从开始下落起至，从开始下落起至B点重锤的重力势点重锤的重力势能减少量是能减少量是_，由此可得出的结论是，由此可得出的结论是_图图426图图427【答答案案】(1)打打第第一一个个点点时时重重物物的的初初速速度度为零为零2 mm(2)0.59 m/s0.17 J0.17 J机械能守恒机械能守恒(3)C本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束点此点此进入入课件目件目录按按ESC键退出全屏播放退出全屏播放谢谢使用使用
