《高中物理 第四章 机械能和能源 第5节 机械能守恒定律课件 教科版必修2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理 第四章 机械能和能源 第5节 机械能守恒定律课件 教科版必修2（35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第5 5节机械能守恒定律节机械能守恒定律自主学习自主学习课堂探究课堂探究达标测评达标测评自主学习自主学习 课前预习课前预习感悟新知感悟新知 ( (教师参考教师参考) )目标导航目标导航重点重点: :判断机械能是否守恒判断机械能是否守恒, ,利用守恒定律解决有关问题利用守恒定律解决有关问题难点难点: :机械能及其守恒条件的理解机械能及其守恒条件的理解 情境链接情境链接如图所示为大型游乐场中的翻滚过山车在关闭发动机的情况下由高处飞如图所示为大型游乐场中的翻滚过山车在关闭发动机的情况下由高处飞奔而下的情境奔而下的情境. .若忽略过山车的摩擦力和空气阻力若忽略过山车的摩擦力和空气阻力. .信息信息1
2、.1.过山车受重力和轨道的弹力作用过山车受重力和轨道的弹力作用, ,重力做正功重力做正功, ,弹力不做功弹力不做功. .2.2.过山车的重力势能转化为动能过山车的重力势能转化为动能, ,二者之和保持不变二者之和保持不变. .3.3.该过程过山车的机械能守恒该过程过山车的机械能守恒. .1.1.过山车受哪些力作用过山车受哪些力作用? ?各做什么功各做什么功? ?2.2.过山车下滑时过山车下滑时, ,动能和势能怎么变化动能和势能怎么变化? ?两种能的和不变吗两种能的和不变吗? ?3.3.过山车下滑时机械能守恒吗过山车下滑时机械能守恒吗? ?教材梳理教材梳理一、机械能一、机械能动能和动能和 的总和称
3、为机械能的总和称为机械能. .二、机械能守恒定律二、机械能守恒定律1.1.内容内容: :在只有在只有 或弹力做功的物体系统内或弹力做功的物体系统内, ,动能和势能会发生相互转动能和势能会发生相互转化化, ,但机械能的总量保持但机械能的总量保持 , ,这称为机械能守恒定律这称为机械能守恒定律. .2.2.表达式表达式: :E Ep1p1+ + = = +E+Ek2k2. .势能势能重力重力议一议议一议 物体合力为零时物体合力为零时, ,物体的机械能一定守恒吗物体的机械能一定守恒吗? ? 答案答案: :不一定不一定, ,合力为零合力为零, ,合力的功一定为零合力的功一定为零, ,可能是除重力外的其
4、他力做可能是除重力外的其他力做的功与重力做功的代数和为零的功与重力做功的代数和为零, ,则物体的机械能不守恒则物体的机械能不守恒. . 不变不变E Ek1k1E Ep2p21.1.通过重力做功通过重力做功, ,动能和重力势能可以相互转化动能和重力势能可以相互转化.(.() )2.2.运动的物体运动的物体, ,机械能可能为负值机械能可能为负值.(.() )3.3.除受重力、弹力外还受其他力除受重力、弹力外还受其他力, ,机械能一定不守恒机械能一定不守恒.(.() )4.4.合力为零合力为零, ,物体的机械能一定守恒物体的机械能一定守恒.(.() )5.5.合力做功为零合力做功为零, ,物体的机械
5、能一定守恒物体的机械能一定守恒.(.() )6.6.只有重力做功只有重力做功, ,物体的机械能一定守恒物体的机械能一定守恒.(.() )思考判断思考判断答案答案: :1.1.2.2.3.3.4.4.5.5.6. 6. 要点一要点一 机械能守恒条件的理解机械能守恒条件的理解 课堂探究课堂探究 核心导学核心导学要点探究要点探究【问题导学问题导学】(1)(1)如图如图( (甲甲) )所示所示, ,小球在摆动过程中小球在摆动过程中, ,如不计空气阻力如不计空气阻力, ,小球的机械能守恒吗小球的机械能守恒吗? ?(2)(2)如图如图( (乙乙) )所示所示, ,所有摩擦不计所有摩擦不计,A,A自自B B
6、上自由下滑过程中上自由下滑过程中,A,B,A,B组成的系统机械组成的系统机械能守恒吗能守恒吗?A?A的或的或B B的机械能守恒吗的机械能守恒吗? ?答案答案: :(1)(1)图图( (甲甲) )中小球的机械能守恒中小球的机械能守恒. .(2)(2)图图( (乙乙) )中中A,BA,B组成的系统机械能守恒组成的系统机械能守恒;A;A的机械能减少的机械能减少,B,B的机械能增加的机械能增加, ,故故A A或或B B的机械能不守恒的机械能不守恒. .【问题导学问题导学】(3)(3)如图如图( (丙丙) )所示所示, ,不计空气阻力不计空气阻力, ,球在运动过程中球在运动过程中, ,球与弹簧组成的系统
7、机械球与弹簧组成的系统机械能守恒吗能守恒吗? ? 答案答案: :(3)(3)图图( (丙丙) )中中, ,球与弹簧组成的系统机械能守恒球与弹簧组成的系统机械能守恒. .【要点归纳要点归纳】机械能是否守恒的判断方法机械能是否守恒的判断方法(1)(1)从能量转化来判断从能量转化来判断: :系统只有动能和势能的相互转化系统只有动能和势能的相互转化, ,无其他形式能量无其他形式能量( (如内能如内能) )之间的转化之间的转化, ,则系统机械能守恒则系统机械能守恒. .若物体间发生相对运动若物体间发生相对运动, ,且存在且存在相互间的摩擦力作用时有内能的产生相互间的摩擦力作用时有内能的产生, ,机械能不
8、守恒机械能不守恒. .(2)(2)从做功来判断从做功来判断: :只有重力和系统内的弹力做功只有重力和系统内的弹力做功, ,具体表现在具体表现在: :只受重力只受重力( (或系统内的弹力或系统内的弹力).).如所有做抛体运动的物体如所有做抛体运动的物体( (不计阻力不计阻力).).还受其他力还受其他力, ,但只有重力但只有重力( (或系统内的弹力或系统内的弹力) )做功其他力不做功做功其他力不做功. .如图如图( (甲甲) )、( (乙乙) )所示所示. .有有系系统统的的内内力力做做功功, ,但但是是做做功功代代数数和和为为零零, ,系系统统机机械械能能守守恒恒. .如如图图( (丙丙) )中
9、中拉拉力力对对A A、对对B B做做功功不不为为零零, ,但但代代数数和和为为零零,AB,AB组组成成的的系系统统机机械械能能守守恒恒. .如如图图( (丁丁) )所所示示,A,B,A,B间间及及B B与与接接触触面面之之间间均均光光滑滑,A,A自自B B的的上上端端自自由由下下滑滑时时,B,B沿沿地地面面滑滑动动,A,B,A,B之之间间的的弹弹力力做做功功,A,A或或B B机机械械能能均均不不守守恒恒, ,但但A,BA,B组组成成的的系系统统机机械械能能守恒守恒. .特别提示特别提示 “只有重力或弹力做功只有重力或弹力做功”并非并非“只受重力或弹力作用只受重力或弹力作用”, ,也不也不是合力
10、的功等于零是合力的功等于零, ,更不是合力等于零更不是合力等于零【典例典例1 1】 ( (多选多选) )下列运动中能满足机械能守恒的是下列运动中能满足机械能守恒的是( (所有情况均不考虑所有情况均不考虑空气阻力空气阻力)()( ) )A.A.手榴弹从手中抛出后的运动手榴弹从手中抛出后的运动B.B.子弹射穿木块子弹射穿木块C.C.细绳一端固定细绳一端固定, ,另一端拴着一个小球另一端拴着一个小球, ,使小球在光滑水平面上做匀速圆周使小球在光滑水平面上做匀速圆周运动运动D.D.吊车将货物匀速吊起吊车将货物匀速吊起思路点拨思路点拨 (1)(1)只有重力作用时只有重力作用时, ,机械能守恒机械能守恒.
11、 .(2)(2)只有重力做功只有重力做功, ,其他力不做功时其他力不做功时, ,机械能守恒机械能守恒 . .ACAC解解析析: :手手榴榴弹弹从从手手中中抛抛出出后后, ,在在不不计计空空气气阻阻力力的的情情况况下下, ,只只有有重重力力做做功功, ,没没有有其其他他力力做做功功, ,机机械械能能守守恒恒,A,A正正确确; ;子子弹弹穿穿过过木木块块的的过过程程中中, ,子子弹弹受受到到木木块块施施加加的的摩摩擦擦力力的的作作用用, ,摩摩擦擦力力对对子子弹弹做做负负功功, ,子子弹弹的的动动能能一一部部分分转转化化为为内内能能, ,机机械械能能不不守守恒恒,B,B不不正正确确; ;小小球球在
12、在光光滑滑的的水水平平面面上上做做匀匀速速圆圆周周运运动动, ,受受到到重重力力、水水平平面面对对小小球球的的支支持持力力、细细绳绳对对小小球球的的拉拉力力作作用用, ,这这些些力力皆皆与与小小球球的的运运动动方方向向垂垂直直, ,不不做做功功, ,所所以以小小球球在在运运动动过过程程中中无无能能量量转转化化, ,保保持持原原有有的的动动能能不不变变, ,即即机机械械能能守守恒恒,C,C正正确确; ;吊吊车车将将货货物物匀匀速速吊吊起起的的过过程程中中, ,货货物物受受到到与与其其重重力力大大小小相相等等、方方向向相相反反的的拉拉力力作作用用, ,上上升升过过程程中中除除重重力力做做功功外外还
13、还有有拉拉力力对对货货物物做做正正功功, ,货货物物的的机机械械能能增增加加, ,故故机机械械能能不不守守恒恒,D,D不不正确正确. .规律方法规律方法系统机械能守恒的判断方法系统机械能守恒的判断方法只有重力做功是单个物体机械能守恒的条件只有重力做功是单个物体机械能守恒的条件, ,对于相关联的物体或存在弹对于相关联的物体或存在弹簧的系统簧的系统, ,则应看是否只有重力和弹力做功则应看是否只有重力和弹力做功, ,其他力不做功其他力不做功. .( (教师备用教师备用) )例例1-1:1-1:( (多选多选) )如图所示如图所示, ,一斜面放在光滑的水平面上一斜面放在光滑的水平面上, ,一个小物体从
14、斜面顶一个小物体从斜面顶端无摩擦地自由滑下端无摩擦地自由滑下, ,则在下滑的过程中则在下滑的过程中( ( ) )A.A.斜面对小物体的弹力做的功为零斜面对小物体的弹力做的功为零B.B.小物体的重力势能完全转化为小物体的动能小物体的重力势能完全转化为小物体的动能C.C.小物体的机械能不守恒小物体的机械能不守恒D.D.小物体、斜面和地球组成的系统机械能守恒小物体、斜面和地球组成的系统机械能守恒CDCD解析解析: :小物体、斜面和地球三者组成的系统机械能守恒小物体、斜面和地球三者组成的系统机械能守恒, ,选项选项D D正确正确. .斜面斜面对小物体的弹力对其做负功对小物体的弹力对其做负功, ,小物体
15、机械能减少小物体机械能减少. .选项选项A A错误错误,C,C正确正确. .小物小物体的重力势能转化为它和斜面的动能体的重力势能转化为它和斜面的动能, ,故选项故选项B B错误错误. .针对训练针对训练1 1- -1 1关于机械能守恒关于机械能守恒, ,下列说法中正确的是下列说法中正确的是( () )A.A.物体做匀速运动物体做匀速运动, ,其机械能一定守恒其机械能一定守恒B.B.物体所受合力不为物体所受合力不为0,0,其机械能一定不守恒其机械能一定不守恒C.C.物体所受合力做功不为物体所受合力做功不为0,0,其机械能一定不守恒其机械能一定不守恒D.D.物体沿竖直方向向下做加速度为物体沿竖直方
16、向向下做加速度为5 m/s5 m/s2 2的匀加速运动的匀加速运动, ,其机械能减少其机械能减少D D解析解析: :物体做匀速运动其动能不变物体做匀速运动其动能不变, ,但机械能可能变但机械能可能变, ,如物体匀速上升或下如物体匀速上升或下降降, ,机械能会相应的增加或减少机械能会相应的增加或减少, ,选项选项A A错误错误; ;物体仅受重力作用物体仅受重力作用, ,只有重力只有重力做功时做功时, ,物体的机械能守恒物体的机械能守恒, ,选项选项B,CB,C错误错误; ;物体沿竖直方向向下做加速度物体沿竖直方向向下做加速度为为5 m/s5 m/s2 2的匀加速运动时的匀加速运动时, ,物体一定
17、受到一个与运动方向相反的力的作用物体一定受到一个与运动方向相反的力的作用, ,此力对物体做负功此力对物体做负功, ,物体的机械能减少物体的机械能减少, ,故选项故选项D D正确正确. .要点二要点二 机械能守恒定律的应用机械能守恒定律的应用【问题导学问题导学】应用机械能守恒定律时一定要选取参考平面吗应用机械能守恒定律时一定要选取参考平面吗? ?答答案案: :不不一一定定. .选选取取参参考考平平面面的的目目的的是是确确定定物物体体或或系系统统初初、末末状状态态的的机机械械能能, ,若若从从能能量量转转化化的的角角度度利利用用机机械械能能守守恒恒定定律律列列式式求求解解, ,就就不不必必要要选选
18、取取参参考平面考平面. . 【要点归纳要点归纳】1.1.机械能守恒定律的几种表达式及其含义机械能守恒定律的几种表达式及其含义表达式表达式含义含义E E1 1=E=E2 2即即E Ep1p1+E+Ek1k1=E=Ep2p2+E+Ek2k2初状态的机械能等于末状态的机械能初状态的机械能等于末状态的机械能EEp p增增= =EEk k减减或或EEk k增增= =EEp p减减势能势能( (或动能或动能) )的增加量等于动能的增加量等于动能( (或势或势能能) )的减少量的减少量EEA A增增=E=EB B减减A A物体机械能的增加量等于物体机械能的增加量等于B B物体机械物体机械能的减少量能的减少量
19、2.2.机械能守恒定律和动能定理的比较机械能守恒定律和动能定理的比较两大规律两大规律两大规律两大规律比较内容比较内容比较内容比较内容机械能守恒定律机械能守恒定律机械能守恒定律机械能守恒定律动能定理动能定理动能定理动能定理区区区区别别别别研究对象研究对象研究对象研究对象系统系统系统系统( ( ( (如物体与地球、如物体与地球、如物体与地球、如物体与地球、物体与弹簧物体与弹簧物体与弹簧物体与弹簧) ) ) )一般是一个物体一般是一个物体一般是一个物体一般是一个物体做功情况做功情况做功情况做功情况只有重力或弹力做功只有重力或弹力做功只有重力或弹力做功只有重力或弹力做功合外力对物体做的功合外力对物体做
20、的功合外力对物体做的功合外力对物体做的功能量转化能量转化能量转化能量转化动能与重力势能、弹动能与重力势能、弹动能与重力势能、弹动能与重力势能、弹性势能之间的转化性势能之间的转化性势能之间的转化性势能之间的转化动能与其他形式的能动能与其他形式的能动能与其他形式的能动能与其他形式的能之间的转化之间的转化之间的转化之间的转化应用范围应用范围应用范围应用范围只有重力或弹力做功只有重力或弹力做功只有重力或弹力做功只有重力或弹力做功无条件限制无条件限制无条件限制无条件限制物理意义物理意义物理意义物理意义重力或弹力以外的力重力或弹力以外的力重力或弹力以外的力重力或弹力以外的力所做的功是机械能变所做的功是机械
21、能变所做的功是机械能变所做的功是机械能变化的量度化的量度化的量度化的量度合外力所做的功是动合外力所做的功是动合外力所做的功是动合外力所做的功是动能变化的量度能变化的量度能变化的量度能变化的量度相同相同相同相同两规律都只需考虑始、末两状态两规律都只需考虑始、末两状态两规律都只需考虑始、末两状态两规律都只需考虑始、末两状态, , , ,不必考虑不必考虑不必考虑不必考虑所经历的过程细节所经历的过程细节所经历的过程细节所经历的过程细节, , , ,因此无论是直线运动还因此无论是直线运动还因此无论是直线运动还因此无论是直线运动还是曲线运动都可应用是曲线运动都可应用是曲线运动都可应用是曲线运动都可应用3.
22、3.运用机械能守恒定律的解题步骤运用机械能守恒定律的解题步骤【典典例例2 2】如如图图所所示示, ,质质量量分分别别为为3 3 kgkg和和5 5 kgkg的的物物体体A,B,A,B,用用轻轻绳绳连连接接跨跨在在一一个个定定滑滑轮轮两两侧侧, ,轻轻绳绳正正好好拉拉直直, ,且且A A物物体体底底面面与与地地面面接接触触,B,B物物体体距距地地面面0.8 m,0.8 m,求求: :(1)(1)放开放开B B物体物体, ,当当B B物体着地时物体着地时A A物体的速度大小物体的速度大小; ;(2)B(2)B物体着地后物体着地后A A物体还能上升多高物体还能上升多高?(g?(g取取10 m/s10
23、 m/s2 2) )思路点拨思路点拨 (1) (1)在在B B下落过程中下落过程中,A,A与与B B的速率时刻相等的速率时刻相等. .(2)(2)在在B B下落过程中下落过程中,A,B,A,B组成的系统机械能守恒组成的系统机械能守恒. .(3)(3)当当B B落地后落地后,A,A的机械能是守恒的的机械能是守恒的. .答案答案: :(1)2 (1)2 m/sm/s(2)0.2 m(2)0.2 m 当研究对象为两个物体组成的系统时当研究对象为两个物体组成的系统时, ,机械能守恒定律表达式机械能守恒定律表达式的灵活选取的灵活选取(1)(1)若若A A物体的机械能增加物体的机械能增加,B,B物体的机械
24、能减少物体的机械能减少, ,可优先考虑用表达式可优先考虑用表达式EEA A=-E=-EB B来求解来求解. .(2)(2)若两个物体的重力势能都在减小若两个物体的重力势能都在减小( (或增加或增加),),动能都在增加动能都在增加( (或减小或减小),),可可优先考虑应用表达式优先考虑应用表达式EEk k=-=-EEp p来求解来求解. .规律方法规律方法( (教师备用教师备用) )例例2-12-1: :如图所示如图所示, ,轻弹簧一端与墙相连处于自然状态轻弹簧一端与墙相连处于自然状态, ,质量为质量为4 kg4 kg的木块沿的木块沿光滑的水平面以光滑的水平面以5 5 m/sm/s的速度运动并开
25、始挤压弹簧的速度运动并开始挤压弹簧, ,求求: :(1)(1)弹簧的最大弹性势能弹簧的最大弹性势能; ;答案答案: :(1)50 J(1)50 J(2)(2)木块被弹回速度增大到木块被弹回速度增大到3 3 m/sm/s时弹簧的弹性势能时弹簧的弹性势能. .答案答案: :(2)32 J(2)32 J针对训练针对训练2-12-1如图所示如图所示, ,一固定的楔形木块一固定的楔形木块, ,其斜面的倾角其斜面的倾角=30=30, ,另一另一边与水平地面垂直边与水平地面垂直, ,顶上有一个定滑轮顶上有一个定滑轮, ,跨过定滑轮的细线两端分别与物块跨过定滑轮的细线两端分别与物块A A和和B B连接连接,A
26、,A的质量为的质量为4m,B4m,B的质量为的质量为m.m.开始时开始时, ,将将B B按在地面上不动按在地面上不动, ,然后放开手然后放开手, ,让让A A沿斜面下滑而沿斜面下滑而B B上升上升, ,所有摩擦均忽略不计所有摩擦均忽略不计. .当当A A沿斜面下滑距离沿斜面下滑距离s s后后, ,细线细线突然断了突然断了. .求物块求物块B B上升的最大高度上升的最大高度H(H(设设B B不会与定滑轮相碰不会与定滑轮相碰).).答案答案: : s s 达标测评达标测评 随堂演练随堂演练检测效果检测效果1.1.如图所示如图所示, ,一轻弹簧固定于一轻弹簧固定于O O点点, ,另一端系一重物另一端
27、系一重物, ,将重物从与悬点将重物从与悬点O O在在同一水平面且弹簧保持原长的同一水平面且弹簧保持原长的A A点无初速度地释放点无初速度地释放, ,让它自由摆下让它自由摆下, ,不计不计空气阻力空气阻力. .在重物由在重物由A A点摆向最低点点摆向最低点B B的过程中的过程中, ,下列说法正确的是下列说法正确的是( ( ) )A.A.重物的机械能守恒重物的机械能守恒B.B.重物的机械能增加重物的机械能增加C.C.重物的重力势能与弹簧的弹性势能之和不变重物的重力势能与弹簧的弹性势能之和不变D.D.重物与弹簧组成的系统机械能守恒重物与弹簧组成的系统机械能守恒D D解解析析: :重重物物由由A A点
28、点下下摆摆到到B B点点的的过过程程中中, ,弹弹簧簧被被拉拉长长, ,弹弹簧簧的的弹弹力力对对重重物物做做了了负负功功, ,所所以以重重物物的的机机械械能能减减少少, ,故故选选项项A,BA,B错错误误; ;此此过过程程中中, ,由由于于只只有有重重力力和和弹弹簧簧的的弹弹力力做做功功, ,所所以以重重物物与与弹弹簧簧组组成成的的系系统统机机械械能能守守恒恒, ,即即重重物物减减少少的的重重力力势势能能, ,等等于于重重物物获获得得的的动动能能与与弹弹簧簧的的弹弹性性势势能能之之和和, ,故故选选项项C C错错误误,D,D正确正确. .2.2.质量为质量为1 kg1 kg的物体从倾角为的物体
29、从倾角为3030、长、长2 m2 m的光滑斜面顶端由静止开始下滑的光滑斜面顶端由静止开始下滑, ,若选初始位置为零势能点若选初始位置为零势能点, ,那么那么, ,当它滑到斜面中点时具有的机械能和重力势当它滑到斜面中点时具有的机械能和重力势能分别是能分别是(g(g取取10 m/s10 m/s2 2)()( ) )A.0 J,-5 JA.0 J,-5 J B.0 J,-10 JB.0 J,-10 JC.10 J,5 JC.10 J,5 J D.20 J,-10 JD.20 J,-10 JA A3.3.如图所示如图所示, ,倾角倾角3030的斜面连接水平面的斜面连接水平面, ,在水平面上安装半径为在
30、水平面上安装半径为R R的半圆的半圆竖直挡板竖直挡板, ,质量为质量为m m的小球从斜面上高为处静止释放的小球从斜面上高为处静止释放, ,到达水平面恰能贴着到达水平面恰能贴着挡板内侧运动挡板内侧运动. .不计小球体积不计小球体积, ,不计摩擦和机械能损失不计摩擦和机械能损失. .则小球沿挡板运动则小球沿挡板运动时对挡板的作用力是时对挡板的作用力是( ( ) )A.0.5mgA.0.5mgB.mgB.mgC.1.5mgC.1.5mgD.2mgD.2mgB B4.4.如图所示如图所示, ,一固定在竖直平面内的光滑的半圆形轨道一固定在竖直平面内的光滑的半圆形轨道ABC,ABC,其半径其半径R=0.5 R=0.5 m,m,轨道在轨道在C C处与水平地面相切处与水平地面相切, ,在在C C处放一小物块处放一小物块, ,给它一水平向左的初速度给它一水平向左的初速度v v0 0=5 =5 m/sm/s, ,结果它沿结果它沿CBACBA运动运动, ,通过通过A A点点, ,最后落在水平地面上的最后落在水平地面上的D D点点, ,求求C,DC,D间间的距离的距离x.(x.(重力加速度重力加速度g g取取10 m/s10 m/s2 2) ) 答案答案: :1 m1 m( (教师参考教师参考) )课堂小结课堂小结
