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1、第第第第2 2章章章章 能的转化与守恒能的转化与守恒能的转化与守恒能的转化与守恒第第第第3 3节节节节 能量守恒定律能量守恒定律能量守恒定律能量守恒定律2222号号号号 叶春花（龙海一中）叶春花（龙海一中）叶春花（龙海一中）叶春花（龙海一中）物理必物理必物理必物理必修二修二修二修二复习：复习：复习：复习：1 1 1 1、本章我们学习了哪几种形式的能？、本章我们学习了哪几种形式的能？、本章我们学习了哪几种形式的能？、本章我们学习了哪几种形式的能？动能、重力势能和弹性势能动能、重力势能和弹性势能动能、重力势能和弹性势能动能、重力势能和弹性势能2 2 2 2、动能和势能如何表示？、动能和势能如何表示
2、？、动能和势能如何表示？、动能和势能如何表示？E弹弹 k l 21 12 2一、机械能一、机械能一、机械能一、机械能1 1、概念：、概念：动能、重力势能和弹性势能的统称。动能、重力势能和弹性势能的统称。动能、重力势能和弹性势能的统称。动能、重力势能和弹性势能的统称。总机械能为动能和势能之和。总机械能为动能和势能之和。总机械能为动能和势能之和。总机械能为动能和势能之和。2 2、表达式：、表达式：2 2 2 2、机械能是标量，具有相对性：、机械能是标量，具有相对性：、机械能是标量，具有相对性：、机械能是标量，具有相对性：先选取参考平面和参考系才能确定机械能先选取参考平面和参考系才能确定机械能先选取
3、参考平面和参考系才能确定机械能先选取参考平面和参考系才能确定机械能。（一般。（一般。（一般。（一般选地面为参考系）选地面为参考系）选地面为参考系）选地面为参考系）例一：例一： 物体质量物体质量m=2kgm=2kg在距地面在距地面10m10m高处，以高处，以10m/s10m/s的水平速度飞的水平速度飞行，求它的总机械能为多少？行，求它的总机械能为多少？极限运动蹦极极限运动蹦极极限运动蹦极极限运动蹦极2008200820082008奥运蹦床冠军何雯娜奥运蹦床冠军何雯娜奥运蹦床冠军何雯娜奥运蹦床冠军何雯娜 二、机械能之间可以互相转化二、机械能之间可以互相转化二、机械能之间可以互相转化二、机械能之间可
4、以互相转化1 1 1 1、重力势能和动能之间可以互相转化、重力势能和动能之间可以互相转化、重力势能和动能之间可以互相转化、重力势能和动能之间可以互相转化2 2 2 2、弹性势能和动能之间可以互相转化、弹性势能和动能之间可以互相转化、弹性势能和动能之间可以互相转化、弹性势能和动能之间可以互相转化3 3 3 3、重力势能和弹性势能之间可以互相转化、重力势能和弹性势能之间可以互相转化、重力势能和弹性势能之间可以互相转化、重力势能和弹性势能之间可以互相转化讨论：请同学们再各举一实例讨论：请同学们再各举一实例讨论：请同学们再各举一实例讨论：请同学们再各举一实例演示实验一：演示实验一：演示实验一：演示实验
5、一：小球摆动实验小球摆动实验试分析：试分析：试分析：试分析：1 1 1 1、小球受哪些力的作用？、小球受哪些力的作用？、小球受哪些力的作用？、小球受哪些力的作用？2 2 2 2、哪些力对小球做功？、哪些力对小球做功？、哪些力对小球做功？、哪些力对小球做功？3 3 3 3、能量如何转化？、能量如何转化？、能量如何转化？、能量如何转化？思考：小球能否到达最高点？思考：小球能否到达最高点？思考：小球能否到达最高点？思考：小球能否到达最高点？本实验借助本实验借助验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律自自自自由由由由落落落落体体体体运运运运动动动动2A2B2121mvm
6、vmgh-= 要证明上式是否成立，需要测量哪些物要证明上式是否成立，需要测量哪些物理量？理量？如何测量这些物理量？如何测量这些物理量？测量这些物理量，需要哪些器材？测量这些物理量，需要哪些器材？重物、打点计时器、纸带、交重物、打点计时器、纸带、交流电源、铁架台、夹子、毫米流电源、铁架台、夹子、毫米刻度尺刻度尺1 1 1 1、选择重物时，选轻一点的好还是重一点的好？为什么、选择重物时，选轻一点的好还是重一点的好？为什么、选择重物时，选轻一点的好还是重一点的好？为什么、选择重物时，选轻一点的好还是重一点的好？为什么？ 我们要求重物作自由落体运动，而阻力是不可避免我们要求重物作自由落体运动，而阻力是
7、不可避免我们要求重物作自由落体运动，而阻力是不可避免我们要求重物作自由落体运动，而阻力是不可避免地存在的，为了减少阻力对实验的影响，应采用密度较地存在的，为了减少阻力对实验的影响，应采用密度较地存在的，为了减少阻力对实验的影响，应采用密度较地存在的，为了减少阻力对实验的影响，应采用密度较大的重物。大的重物。大的重物。大的重物。2 2、安装打点计时器时，应注意什么问题？、安装打点计时器时，应注意什么问题？ 计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向，计计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向，计时器要稳定在铁架台上，并将计时器伸出桌外。时器要稳定在铁架台上，并将计时器伸出桌外。3 3、这样做的目的是什么、
8、这样做的目的是什么? ? 减小纸带与限位孔的摩擦带来的实验误差；保证减小纸带与限位孔的摩擦带来的实验误差；保证重物有足够的下落空间，以便在纸带上能够打出较多的重物有足够的下落空间，以便在纸带上能够打出较多的点，有利于进行计算。点，有利于进行计算。 4 4 4 4、实验时，接通电源和释放纸带的顺序怎样？、实验时，接通电源和释放纸带的顺序怎样？、实验时，接通电源和释放纸带的顺序怎样？、实验时，接通电源和释放纸带的顺序怎样？先通电源，再释放纸带先通电源，再释放纸带先通电源，再释放纸带先通电源，再释放纸带5 5 5 5、释放纸带时应注意什么问题？、释放纸带时应注意什么问题？、释放纸带时应注意什么问题？
9、、释放纸带时应注意什么问题？ 释放重物前，重物应靠近打点计时器，以便能打释放重物前，重物应靠近打点计时器，以便能打释放重物前，重物应靠近打点计时器，以便能打释放重物前，重物应靠近打点计时器，以便能打出较多的点。拉稳纸带的上端，确保重物由静止释放。出较多的点。拉稳纸带的上端，确保重物由静止释放。出较多的点。拉稳纸带的上端，确保重物由静止释放。出较多的点。拉稳纸带的上端，确保重物由静止释放。按如下实验步骤进行实验按如下实验步骤进行实验按照课本所示装置安装打点计时器按照课本所示装置安装打点计时器按照课本所示装置安装打点计时器按照课本所示装置安装打点计时器将纸带穿过计时器，下端与重物相连将纸带穿过计时
10、器，下端与重物相连将纸带穿过计时器，下端与重物相连将纸带穿过计时器，下端与重物相连接通电源，待计时器工作稳定后释放纸带接通电源，待计时器工作稳定后释放纸带接通电源，待计时器工作稳定后释放纸带接通电源，待计时器工作稳定后释放纸带及时切断电源，取下纸带，标上纸带号及时切断电源，取下纸带，标上纸带号及时切断电源，取下纸带，标上纸带号及时切断电源，取下纸带，标上纸带号更换纸带，重复以上步骤更换纸带，重复以上步骤更换纸带，重复以上步骤更换纸带，重复以上步骤整理器材，使器材复位整理器材，使器材复位整理器材，使器材复位整理器材，使器材复位讨论：如何选取纸带上的讨论：如何选取纸带上的两点两点作为我们研究过程的
11、起点和作为我们研究过程的起点和终点？终点？ 终点可选择倒数第一个点或倒数第二个点，从这一个点终点可选择倒数第一个点或倒数第二个点，从这一个点向前数向前数46个点当起点，可以减小这两个点的瞬时速度以及个点当起点，可以减小这两个点的瞬时速度以及两点之间距离（高度两点之间距离（高度h）测量的误差。）测量的误差。7113我们可以选取我们可以选取7 7、1313两点，比较它们的机械能两点，比较它们的机械能E E7 7和和E E1313, ,以点以点1313为为0 0势能参考点，则有：势能参考点，则有： E EK7K7mghmghE EK13K13验证验证： 计时器打下的第一个点作为起始点，适当大计时器打
12、下的第一个点作为起始点，适当大距离后选一个点作终点距离后选一个点作终点Vh注意：必须保证纸带上的第一个点迹清晰，且是注意：必须保证纸带上的第一个点迹清晰，且是放手时打下的第一个点。放手时打下的第一个点。 M kgh m VAm/s VBm/s势能减少量mgh(J)动能增加量EK(J)1234通过本实验，我们可以得到的结论是：通过本实验，我们可以得到的结论是： 因重物下落中要克服阻力做功，实验的动能增加量必因重物下落中要克服阻力做功，实验的动能增加量必定稍小于重力势能减少量定稍小于重力势能减少量计算物体的速度，可有三种方法计算物体的速度，可有三种方法计算物体的速度，可有三种方法计算物体的速度，可
13、有三种方法第第1种方法种方法是根据机械能守恒定律得到的，是根据机械能守恒定律得到的，而我们的目的就是验证机械能守恒定律，而我们的目的就是验证机械能守恒定律，所以不能用所以不能用第第2种方法种方法认为加速度为认为加速度为g，由于各种摩，由于各种摩擦阻力不可避免，所以实际加速度必将擦阻力不可避免，所以实际加速度必将小于小于g，这样将得到机械能增加的结论，这样将得到机械能增加的结论，有阻力作用机械能应该是减少的，故这有阻力作用机械能应该是减少的，故这种方法也不能用种方法也不能用设物体在下落过程中只受重力作用。设物体在下落过程中只受重力作用。设物体在下落过程中只受重力作用。设物体在下落过程中只受重力作
14、用。由动能定理，得：由动能定理，得：由动能定理，得：由动能定理，得：三、机械能守恒定律三、机械能守恒定律三、机械能守恒定律三、机械能守恒定律1 1、推导：、推导：小球以初速度小球以初速度小球以初速度小球以初速度v v v v0 0 0 0压缩弹簧压缩弹簧压缩弹簧压缩弹簧, , , ,接触面光滑接触面光滑接触面光滑接触面光滑. .小球在压缩过程中，动能减小，弹簧发生形变，势能增小球在压缩过程中，动能减小，弹簧发生形变，势能增小球在压缩过程中，动能减小，弹簧发生形变，势能增小球在压缩过程中，动能减小，弹簧发生形变，势能增加此过程中只有弹簧的弹力做功，系统（小球和弹簧）加此过程中只有弹簧的弹力做功，
15、系统（小球和弹簧）加此过程中只有弹簧的弹力做功，系统（小球和弹簧）加此过程中只有弹簧的弹力做功，系统（小球和弹簧）的机械能保持不变的机械能保持不变的机械能保持不变的机械能保持不变思考：小球的机械能变化如何思考：小球的机械能变化如何思考：小球的机械能变化如何思考：小球的机械能变化如何？2 2、机械能守恒定律、机械能守恒定律、机械能守恒定律、机械能守恒定律表达式：表达式：在只有重力和弹力做功的系统内，系统的动能和势能发在只有重力和弹力做功的系统内，系统的动能和势能发在只有重力和弹力做功的系统内，系统的动能和势能发在只有重力和弹力做功的系统内，系统的动能和势能发生互相转化，但总机械能保持不变。生互相
16、转化，但总机械能保持不变。生互相转化，但总机械能保持不变。生互相转化，但总机械能保持不变。3 3 3 3、机械能守恒定律成立的条件：、机械能守恒定律成立的条件：、机械能守恒定律成立的条件：、机械能守恒定律成立的条件： (1) (1)系统内，只有重力和弹簧弹力做功。（除重力和弹簧弹系统内，只有重力和弹簧弹力做功。（除重力和弹簧弹系统内，只有重力和弹簧弹力做功。（除重力和弹簧弹系统内，只有重力和弹簧弹力做功。（除重力和弹簧弹力以外的力不做功或做功的代数和为零）力以外的力不做功或做功的代数和为零）力以外的力不做功或做功的代数和为零）力以外的力不做功或做功的代数和为零） (2) (2)系统内，只有动能
17、和势能的相互转化，并且转化量相等系统内，只有动能和势能的相互转化，并且转化量相等系统内，只有动能和势能的相互转化，并且转化量相等系统内，只有动能和势能的相互转化，并且转化量相等1 1、在下列实例中运动的物体，不计空气阻力，机械、在下列实例中运动的物体，不计空气阻力，机械能不守恒的是：能不守恒的是：A A、起重机吊起物体匀速上升；起重机吊起物体匀速上升；B B、物体做平抛运动；物体做平抛运动；C C、圆锥摆球在水平面内做匀速圆周运动；圆锥摆球在水平面内做匀速圆周运动；D D、一个轻质弹簧上端固定，下端系一重物，重、一个轻质弹簧上端固定，下端系一重物，重物在竖直方向上做上下振动（以物体和弹簧为研物
18、在竖直方向上做上下振动（以物体和弹簧为研究对象）。究对象）。A2 2、下列关于机械能守恒的说法中正确的是：、下列关于机械能守恒的说法中正确的是：A A、物体做匀速直线运动，它的机械能一定守、物体做匀速直线运动，它的机械能一定守B B、物体所受的合力的功为零，它的机械能一定恒、物体所受的合力的功为零，它的机械能一定恒C C、物体所受的合力于零，它的机械能可能守恒、物体所受的合力于零，它的机械能可能守恒 D D、物体所受的合力等于零，它的机械能一定守恒、物体所受的合力等于零，它的机械能一定守恒C C C C例二例二例二例二: : : : 把把把把质质量量量量为为m m m m的石的石的石的石头头从
19、从从从h h h h高的山崖上以高的山崖上以高的山崖上以高的山崖上以角角角角向斜上方抛向斜上方抛向斜上方抛向斜上方抛出，抛出时的初速度出，抛出时的初速度出，抛出时的初速度出，抛出时的初速度v v v v0 0 0 0，求石头落地时的速度，求石头落地时的速度，求石头落地时的速度，求石头落地时的速度v v v vt t t t是多大？是多大？是多大？是多大？（不计空气阻力）（不计空气阻力）（不计空气阻力）（不计空气阻力）解：由机械能守恒可得解：由机械能守恒可得解：由机械能守恒可得解：由机械能守恒可得例三：例三： 用细线连接一个小球，绳长用细线连接一个小球，绳长L L，最大偏角，最大偏角。求小球。求
20、小球到最低点的速度？到最低点的速度？18201820年年年年 奥斯特发现电流的磁效应奥斯特发现电流的磁效应奥斯特发现电流的磁效应奥斯特发现电流的磁效应电与磁的关系电与磁的关系电与磁的关系电与磁的关系四、能量守恒定律四、能量守恒定律四、能量守恒定律四、能量守恒定律1821182118211821年年年年 德国物理学家塞贝克发现温差电现象德国物理学家塞贝克发现温差电现象德国物理学家塞贝克发现温差电现象德国物理学家塞贝克发现温差电现象热和电的联系热和电的联系热和电的联系热和电的联系1831183118311831年年年年 法拉第发现电磁感应现象法拉第发现电磁感应现象法拉第发现电磁感应现象法拉第发现电
21、磁感应现象电和磁的联系电和磁的联系电和磁的联系电和磁的联系1840184018401840年年年年 焦耳发现电流的热效应焦耳发现电流的热效应焦耳发现电流的热效应焦耳发现电流的热效应( ( ( (电和热的联系电和热的联系电和热的联系电和热的联系) ) ) )1843184318431843年年年年 焦耳测定了热功当量的数值力和热的联系焦耳测定了热功当量的数值力和热的联系焦耳测定了热功当量的数值力和热的联系焦耳测定了热功当量的数值力和热的联系1842184218421842年年年年 德国医生与物理学家迈尔德国医生与物理学家迈尔德国医生与物理学家迈尔德国医生与物理学家迈尔表述了能量守恒定律表述了能量
22、守恒定律表述了能量守恒定律表述了能量守恒定律18471847年年年年 亥姆霍兹在理论上概括和总结能量守恒亥姆霍兹在理论上概括和总结能量守恒亥姆霍兹在理论上概括和总结能量守恒亥姆霍兹在理论上概括和总结能量守恒定律定律定律定律能量守恒定律的内容能量守恒定律的内容能量守恒定律的内容能量守恒定律的内容 能量既能量既能量既能量既不会消灭不会消灭不会消灭不会消灭，也，也，也，也不会创生不会创生不会创生不会创生，它只会从一种形式，它只会从一种形式，它只会从一种形式，它只会从一种形式转转转转化化化化为其他形式，或者从一个物体为其他形式，或者从一个物体为其他形式，或者从一个物体为其他形式，或者从一个物体转移转移
23、转移转移到另一个物体，而在到另一个物体，而在到另一个物体，而在到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的转化和转移的过程中，能量的转化和转移的过程中，能量的转化和转移的过程中，能量的总量保持不变总量保持不变总量保持不变总量保持不变。这就是能量。这就是能量。这就是能量。这就是能量守恒定律。守恒定律。守恒定律。守恒定律。确定能量守恒成立的两类重要事实依据：确定能量守恒成立的两类重要事实依据：确定能量守恒成立的两类重要事实依据：确定能量守恒成立的两类重要事实依据：1 1 1 1、永动机的不可能性、永动机的不可能性、永动机的不可能性、永动机的不可能性2 2 2 2、各种自然现象之间的相互联系、各种自
24、然现象之间的相互联系、各种自然现象之间的相互联系、各种自然现象之间的相互联系永动机：不需要任何外界动力而持续对外做功的机器永动机：不需要任何外界动力而持续对外做功的机器永动机：不需要任何外界动力而持续对外做功的机器永动机：不需要任何外界动力而持续对外做功的机器永动机永动机 永动机是一种不可能永动机是一种不可能永动机是一种不可能永动机是一种不可能实现的、空想的动力机械。实现的、空想的动力机械。实现的、空想的动力机械。实现的、空想的动力机械。很早就有人妄图在很早就有人妄图在很早就有人妄图在很早就有人妄图在没有外没有外没有外没有外界能源或只有单一热源的界能源或只有单一热源的界能源或只有单一热源的界能
25、源或只有单一热源的情况下，能够连续不断地情况下，能够连续不断地情况下，能够连续不断地情况下，能够连续不断地从这种机械得到有用的功。从这种机械得到有用的功。从这种机械得到有用的功。从这种机械得到有用的功。几个世纪过去了，不少人几个世纪过去了，不少人几个世纪过去了，不少人几个世纪过去了，不少人努力于此道，他们颇有创努力于此道，他们颇有创努力于此道，他们颇有创努力于此道，他们颇有创造才能，也付出了大量劳造才能，也付出了大量劳造才能，也付出了大量劳造才能，也付出了大量劳动，可就是从未取得成功，动，可就是从未取得成功，动，可就是从未取得成功，动，可就是从未取得成功，既没有取得有用的功，也既没有取得有用的
26、功，也既没有取得有用的功，也既没有取得有用的功，也经不起科学的审查。经不起科学的审查。经不起科学的审查。经不起科学的审查。奥恩库尔的永动机模型奥恩库尔的永动机模型奥恩库尔的永动机模型奥恩库尔的永动机模型阿基米德螺旋永动机阿基米德螺旋永动机阿基米德螺旋永动机阿基米德螺旋永动机1616世纪世纪世纪世纪7070年代，欧洲大旱，有人年代，欧洲大旱，有人年代，欧洲大旱，有人年代，欧洲大旱，有人试图设计一种水力机械，少用水试图设计一种水力机械，少用水试图设计一种水力机械，少用水试图设计一种水力机械，少用水或让水自动循环来达到水轮机的或让水自动循环来达到水轮机的或让水自动循环来达到水轮机的或让水自动循环来达
27、到水轮机的目的。它是用一个目的。它是用一个目的。它是用一个目的。它是用一个阿基米德螺旋阿基米德螺旋阿基米德螺旋阿基米德螺旋汲水器汲水器汲水器汲水器把水从蓄水池里汲到上面把水从蓄水池里汲到上面把水从蓄水池里汲到上面把水从蓄水池里汲到上面的水槽里，让它冲击水轮使之转的水槽里，让它冲击水轮使之转的水槽里，让它冲击水轮使之转的水槽里，让它冲击水轮使之转动，轮子在带动水磨的同时，又动，轮子在带动水磨的同时，又动，轮子在带动水磨的同时，又动，轮子在带动水磨的同时，又通过一组齿轮带动螺旋汲水器把通过一组齿轮带动螺旋汲水器把通过一组齿轮带动螺旋汲水器把通过一组齿轮带动螺旋汲水器把水重新提到水槽里去。这样，整水
28、重新提到水槽里去。这样，整水重新提到水槽里去。这样，整水重新提到水槽里去。这样，整台机械就可以永不停息地运转下台机械就可以永不停息地运转下台机械就可以永不停息地运转下台机械就可以永不停息地运转下去。这样的设计当然也必然以失去。这样的设计当然也必然以失去。这样的设计当然也必然以失去。这样的设计当然也必然以失败告终。因为即使没有摩擦力，败告终。因为即使没有摩擦力，败告终。因为即使没有摩擦力，败告终。因为即使没有摩擦力，从水槽中流下的水的冲力从水槽中流下的水的冲力从水槽中流下的水的冲力从水槽中流下的水的冲力, ,也不足也不足也不足也不足以既带动水磨工作以既带动水磨工作以既带动水磨工作以既带动水磨工作
29、, ,又带动汲水器又带动汲水器又带动汲水器又带动汲水器把全部流下的水重新汲回到原来把全部流下的水重新汲回到原来把全部流下的水重新汲回到原来把全部流下的水重新汲回到原来的高度。的高度。的高度。的高度。练习练习练习练习1 1下列对能的转化和守恒定律的认识正确的是下列对能的转化和守恒定律的认识正确的是下列对能的转化和守恒定律的认识正确的是下列对能的转化和守恒定律的认识正确的是 （）（）（）（） A A 某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能增加某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能增加某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能增加某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能增加 B B 某个物体的能减
30、少，必然有其他物体的能增加某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加 C C 不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器永动机永动机永动机永动机是不可能的是不可能的是不可能的是不可能的 D D 石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了课堂小结课
31、堂小结课堂小结课堂小结1 1、机械能、机械能、机械能、机械能2 2、机械能守恒定律、机械能守恒定律、机械能守恒定律、机械能守恒定律概概概概 念念念念表达式：表达式：表达式：表达式：机械能是标量，具有相对性机械能是标量，具有相对性机械能是标量，具有相对性机械能是标量，具有相对性机械能之间可以互相转化机械能之间可以互相转化机械能之间可以互相转化机械能之间可以互相转化定律内容定律内容定律内容定律内容表达式表达式表达式表达式机械能守恒定律成立的条件机械能守恒定律成立的条件机械能守恒定律成立的条件机械能守恒定律成立的条件: : : :只有重力和弹簧弹力做只有重力和弹簧弹力做只有重力和弹簧弹力做只有重力和弹簧弹力做功功功功. .3 3、能量守恒定律、能量守恒定律、能量守恒定律、能量守恒定律
