物理人教版（2019）必修第二册8.4《机械能守恒定律》（共25张ppt）
文档属性
| 名称 | 物理人教版（2019）必修第二册8.4《机械能守恒定律》（共25张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 11.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-05-05 19:19:18 | ||
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文档简介
(共25张PPT)
高一物理必修二
§8.4 机械能守恒定律
北京冬奥会跳台滑雪比赛中，运动员从高高的斜坡滑下，又滑上另一个斜坡，顺势冲入空中，完成一系列动作，惊艳了全场。
运动员为什么可以冲入空中？第一个斜坡的作用是什么？
其实似曾相识的情形，早在伽利略完成斜面实验的时候，人们就注意到了……
一、追寻守恒量
小球从左侧斜面滑下后，无论右侧斜面是陡一些，还是缓一些，小球总能到达右侧斜面上高度大致相同的位置，这个位置比左侧斜面释放小球的位置略低一点。
实验现象：
这一事实说明小球在运动过程中“某个量是守恒的”。
之后人们把这个量称为能量。
实验结论：
在空气阻力和摩擦力很小时，无论右侧斜面是陡一些，还是缓一些，小球总能到达右侧斜面上与释放点等高的位置。这就好像小球记住了某个特征，每一次小球的运动都能够达到这个特征。
合理推理：（理想实验法）
能量
机械能
内能
光能
电能
化学能
核能
动能
势能
重力势能
弹性势能
也叫位能，相互作用的物体凭借其位置而具有的能叫做势能
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。
在初中物理，我们学习了能量守恒定律：
那么，我们在本节要学习的机械能守恒定律要满足什么条件呢？
机械能守恒定律，说明只有机械能内部的动能和势能相互转化，而没有其他形式的能参与，那么满足什么条件才没有其他形式的能参与呢？
我们先看几个例子：
1.重力势能与动能相互转化
A
C
B
A-B：在这个过程中，物体的速度增加了，表示物体的动能增加了。这说明，重力做了 正功，物体原来的重力势能转化成了动能。
A
C
B
B-C：在这个过程中，这时重力对物体做负功，物体的速度减小，表示物体的动能减少了。但由于物体的高度增加，它的重力势能增加了。
这说明，物体的动能转化成了重力势能。
结论: 物体的动能和重力势能可以相互转化，这个过程只有重力做功。
2.弹性势能与动能相互转化
由小球接触弹簧到速度为零的这一过程中，弹力做负功，弹簧的弹性势能增加，而物体速度减小，动能减少。小球原来的动能转化成了弹性势能。
v=6m/s
v=0
被压缩的弹簧具有弹性势能，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，弹力做正功，弹簧的弹性势能减少，而物体得到一定的速度，动能增加。物体原来的弹性势能转化成了动能。
弹簧恢复原来形状
v=6m/s
压缩的弹簧
v=0
2.弹性势能与动能相互转化
结论: 物体的动能和弹性势能可以相互转化，这个过程只有弹力做功。
一、机械能：
动能、重力势能与弹性势能统称为机械能
1、机械能是一个状态量。描述的是某一位置或某一时刻的机械能。
2、机械能是一个相对量。其大小与参考系、零势能面的选取有关。
3、机械能是标量，只有大小，可正可负表示大小，没有方向。
上面我们知道动能和重力势能是可以相互转化的，那么在转化过程中是否存在什么定量关系呢？接下来我们一起探讨一下。
如图所示，质量为m的物体沿光滑曲面滑下的过程中，下落到高度为h1的A处时速度为v1，下落到高度为h2的B处时速度为v2，重力加速度为g，不计空气阻力，选择地面为参考平面．(1)从A至B的过程中，物体受到哪些力？它们做功情况如何？(2)求物体在A、B处的机械能EA、EB；(3)比较物体在A、B处的机械能的大小．
（1）从A至B的过程中，物体受到重力、支持力作用．重力做正功，支持力不做功．
(2)EA＝mgh1＋ mv12
EB＝mgh2＋ mv22
(3)由动能定理得：WG＝ mv22－ mv12
又WG＝mgh1－mgh2
联立以上两式可得： mv22＋mgh2＝ mv12＋mgh1
即EB＝EA.
总结：在只有重力做功的系统内，动能与重力势能互相转化时总的机械能保持不变。
同样可以证明，在只有弹力做功的系统内，动能和弹性势能互相转化时总的机械能也保持不变。
让运动的物块向左运动压缩弹簧，分析机械能是否守恒。
1、内容：在只有重力和弹力做功的物体系统内，动能和势能可以互相转化，而总的机械能保持不变。
2、条件：（1）系统内只有重力（或弹力）做功；
（2）只发生动能和势能间的相互转化。
3、表达式： ① EP2+EK2=EP1+EK1 （ E2= E1）
② △EK增＝△EP减
或△EK减＝△EP增
二、机械能守恒定律
对于只有重力（或弹力）做功，在生活中，我们一般可以理解为没有阻力。包括摩擦阻力、空气阻力等，也就是说没有转化为其他形式能。
只有重力、弹力做功
在具体判断机械能是否守恒时，一般从以下两方面考虑：
①对于某个物体，只受重力（弹力）做功；受其它力，而其他力不做功，则该物体的机械能守恒。
②对于由两个或两个以上物体(包括弹簧在内组成的系统，如果系统只有重力做功或弹力做功，物体间只有动能、重力势能和弹性势能之间的相互转化，系统与外界没有机械能的转移，系统内部没有机械能与其他形式能的转化系统的机械能就守恒。
条件
解 以小球为研究对象。设最低点的重力势能为 0，以小球在最高点的状态作为
初状态，以小球在最低点的状态作为末状态。
在最高点的动能 Ek1 ＝ 0，重力势能是Ep1 ＝ mg（l － l cos θ）
在最低点的重力势能 Ep2 ＝ 0，而动能可以表示为Ek2 ＝ mv2/ 2
运动过程中只有重力做功，所以机械能守恒，即
Ek2 ＋ Ep2 ＝ Ek1 ＋ Ep1
把初末状态下动能、重力势能的表达式代入，得
mv2/ 2＝ mg（ l － l cos θ ）
由此解出小球运动到最低点时的速度大小
把一个小球用细线悬挂起来，就成为一个摆，摆长为 l，最大偏角为 θ。如果阻力可以忽略，小球运动到最低点时的速度大小是多少？
课本例题
应用机械能守恒定律的解题步骤
(1)确定研究对象
(2)对研究对象进行正确的受力分析
(3)判定各个力是否做功，并分析是否符合机械能守恒的条件
(4)视解题方便选取零势能参考平面，并确定研究对象在始、末状态时的机械能。
(5)根据机械能守恒定律列出方程，或再辅之以其他方程，进行求解。
1．判断下列说法的正误．(1)通过重力做功，动能和重力势能可以相互转化．( )(2)机械能守恒时，物体一定只受重力和弹力作用．( )(3)合力做功为零，物体的机械能一定保持不变．( )(4)只有重力做功时，物体的机械能一定守恒．( )2．如图所示，桌面高为h，质量为m的小球从离桌面高为H处自由落下，不计空气阻力，重力加速度为g，以桌面所在水平面为参考平面，则小球落到地面前瞬间的机械能为________．
【例1】如图，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，物体A机械能守恒B．乙图中，A置于光滑水平面上，物体B沿光滑斜面下滑，物体B机械能守恒C．丙图中，不计任何阻力和滑轮质量时A加速下落、B加速上升过程中，A、B系统机械能守恒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
二、机械能守恒定律的应用1．机械能守恒定律的不同表达式
项目 表达式 物理意义 说明
从守恒的角度看 Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2或E初＝E末 初状态的机械能等于末状态的机械能 必须先选零势能面
从转化角度看 Ek2－Ek1＝Ep1－Ep2或ΔEk＝－ΔEp 过程中动能的增加量等于势能的减少量 不必选零势能面
从转移角度看 EA2－EA1＝EB1－EB2或ΔEA＝－ΔEB 系统只有A、B两物体时，A增加的机械能等于B减少的机械能
2.应用机械能守恒定律解题的一般步骤(1)根据题意选取研究对象；(2)明确研究对象的运动过程，分析研究对象在此过程中的受力情况，弄清各力做功的情况，判断机械能是否守恒．(3)恰当地选取参考平面，确定研究对象在此过程中的初状态和末状态的机械能．(4)根据机械能守恒定律的不同表达式列方程并求解．
【例2】如图所示，质量m＝50 kg的跳水运动员从距水面高h＝10 m的跳台上以v0＝5 m/s的速度斜向上起跳，最终落入水中，若忽略运动员的身高，取g＝10 m/s2，不计空气阻力．求：(1)运动员在跳台上时具有的重力势能(以水面为零势能面)；(2)运动员起跳时的动能；(3)运动员入水时的速度大小；入水时的速度大小与起跳时的方向有关吗？
(1)5 000 J (2)625 J (3)15 m/s 无关
高一物理必修二
§8.4 机械能守恒定律
北京冬奥会跳台滑雪比赛中，运动员从高高的斜坡滑下，又滑上另一个斜坡，顺势冲入空中，完成一系列动作，惊艳了全场。
运动员为什么可以冲入空中？第一个斜坡的作用是什么？
其实似曾相识的情形，早在伽利略完成斜面实验的时候，人们就注意到了……
一、追寻守恒量
小球从左侧斜面滑下后，无论右侧斜面是陡一些，还是缓一些，小球总能到达右侧斜面上高度大致相同的位置，这个位置比左侧斜面释放小球的位置略低一点。
实验现象：
这一事实说明小球在运动过程中“某个量是守恒的”。
之后人们把这个量称为能量。
实验结论：
在空气阻力和摩擦力很小时，无论右侧斜面是陡一些，还是缓一些，小球总能到达右侧斜面上与释放点等高的位置。这就好像小球记住了某个特征，每一次小球的运动都能够达到这个特征。
合理推理：（理想实验法）
能量
机械能
内能
光能
电能
化学能
核能
动能
势能
重力势能
弹性势能
也叫位能，相互作用的物体凭借其位置而具有的能叫做势能
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。
在初中物理，我们学习了能量守恒定律：
那么，我们在本节要学习的机械能守恒定律要满足什么条件呢？
机械能守恒定律，说明只有机械能内部的动能和势能相互转化，而没有其他形式的能参与，那么满足什么条件才没有其他形式的能参与呢？
我们先看几个例子：
1.重力势能与动能相互转化
A
C
B
A-B：在这个过程中，物体的速度增加了，表示物体的动能增加了。这说明，重力做了 正功，物体原来的重力势能转化成了动能。
A
C
B
B-C：在这个过程中，这时重力对物体做负功，物体的速度减小，表示物体的动能减少了。但由于物体的高度增加，它的重力势能增加了。
这说明，物体的动能转化成了重力势能。
结论: 物体的动能和重力势能可以相互转化，这个过程只有重力做功。
2.弹性势能与动能相互转化
由小球接触弹簧到速度为零的这一过程中，弹力做负功，弹簧的弹性势能增加，而物体速度减小，动能减少。小球原来的动能转化成了弹性势能。
v=6m/s
v=0
被压缩的弹簧具有弹性势能，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，弹力做正功，弹簧的弹性势能减少，而物体得到一定的速度，动能增加。物体原来的弹性势能转化成了动能。
弹簧恢复原来形状
v=6m/s
压缩的弹簧
v=0
2.弹性势能与动能相互转化
结论: 物体的动能和弹性势能可以相互转化，这个过程只有弹力做功。
一、机械能：
动能、重力势能与弹性势能统称为机械能
1、机械能是一个状态量。描述的是某一位置或某一时刻的机械能。
2、机械能是一个相对量。其大小与参考系、零势能面的选取有关。
3、机械能是标量，只有大小，可正可负表示大小，没有方向。
上面我们知道动能和重力势能是可以相互转化的，那么在转化过程中是否存在什么定量关系呢？接下来我们一起探讨一下。
如图所示，质量为m的物体沿光滑曲面滑下的过程中，下落到高度为h1的A处时速度为v1，下落到高度为h2的B处时速度为v2，重力加速度为g，不计空气阻力，选择地面为参考平面．(1)从A至B的过程中，物体受到哪些力？它们做功情况如何？(2)求物体在A、B处的机械能EA、EB；(3)比较物体在A、B处的机械能的大小．
（1）从A至B的过程中，物体受到重力、支持力作用．重力做正功，支持力不做功．
(2)EA＝mgh1＋ mv12
EB＝mgh2＋ mv22
(3)由动能定理得：WG＝ mv22－ mv12
又WG＝mgh1－mgh2
联立以上两式可得： mv22＋mgh2＝ mv12＋mgh1
即EB＝EA.
总结：在只有重力做功的系统内，动能与重力势能互相转化时总的机械能保持不变。
同样可以证明，在只有弹力做功的系统内，动能和弹性势能互相转化时总的机械能也保持不变。
让运动的物块向左运动压缩弹簧，分析机械能是否守恒。
1、内容：在只有重力和弹力做功的物体系统内，动能和势能可以互相转化，而总的机械能保持不变。
2、条件：（1）系统内只有重力（或弹力）做功；
（2）只发生动能和势能间的相互转化。
3、表达式： ① EP2+EK2=EP1+EK1 （ E2= E1）
② △EK增＝△EP减
或△EK减＝△EP增
二、机械能守恒定律
对于只有重力（或弹力）做功，在生活中，我们一般可以理解为没有阻力。包括摩擦阻力、空气阻力等，也就是说没有转化为其他形式能。
只有重力、弹力做功
在具体判断机械能是否守恒时，一般从以下两方面考虑：
①对于某个物体，只受重力（弹力）做功；受其它力，而其他力不做功，则该物体的机械能守恒。
②对于由两个或两个以上物体(包括弹簧在内组成的系统，如果系统只有重力做功或弹力做功，物体间只有动能、重力势能和弹性势能之间的相互转化，系统与外界没有机械能的转移，系统内部没有机械能与其他形式能的转化系统的机械能就守恒。
条件
解 以小球为研究对象。设最低点的重力势能为 0，以小球在最高点的状态作为
初状态，以小球在最低点的状态作为末状态。
在最高点的动能 Ek1 ＝ 0，重力势能是Ep1 ＝ mg（l － l cos θ）
在最低点的重力势能 Ep2 ＝ 0，而动能可以表示为Ek2 ＝ mv2/ 2
运动过程中只有重力做功，所以机械能守恒，即
Ek2 ＋ Ep2 ＝ Ek1 ＋ Ep1
把初末状态下动能、重力势能的表达式代入，得
mv2/ 2＝ mg（ l － l cos θ ）
由此解出小球运动到最低点时的速度大小
把一个小球用细线悬挂起来，就成为一个摆，摆长为 l，最大偏角为 θ。如果阻力可以忽略，小球运动到最低点时的速度大小是多少？
课本例题
应用机械能守恒定律的解题步骤
(1)确定研究对象
(2)对研究对象进行正确的受力分析
(3)判定各个力是否做功，并分析是否符合机械能守恒的条件
(4)视解题方便选取零势能参考平面，并确定研究对象在始、末状态时的机械能。
(5)根据机械能守恒定律列出方程，或再辅之以其他方程，进行求解。
1．判断下列说法的正误．(1)通过重力做功，动能和重力势能可以相互转化．( )(2)机械能守恒时，物体一定只受重力和弹力作用．( )(3)合力做功为零，物体的机械能一定保持不变．( )(4)只有重力做功时，物体的机械能一定守恒．( )2．如图所示，桌面高为h，质量为m的小球从离桌面高为H处自由落下，不计空气阻力，重力加速度为g，以桌面所在水平面为参考平面，则小球落到地面前瞬间的机械能为________．
【例1】如图，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，物体A机械能守恒B．乙图中，A置于光滑水平面上，物体B沿光滑斜面下滑，物体B机械能守恒C．丙图中，不计任何阻力和滑轮质量时A加速下落、B加速上升过程中，A、B系统机械能守恒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
二、机械能守恒定律的应用1．机械能守恒定律的不同表达式
项目 表达式 物理意义 说明
从守恒的角度看 Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2或E初＝E末 初状态的机械能等于末状态的机械能 必须先选零势能面
从转化角度看 Ek2－Ek1＝Ep1－Ep2或ΔEk＝－ΔEp 过程中动能的增加量等于势能的减少量 不必选零势能面
从转移角度看 EA2－EA1＝EB1－EB2或ΔEA＝－ΔEB 系统只有A、B两物体时，A增加的机械能等于B减少的机械能
2.应用机械能守恒定律解题的一般步骤(1)根据题意选取研究对象；(2)明确研究对象的运动过程，分析研究对象在此过程中的受力情况，弄清各力做功的情况，判断机械能是否守恒．(3)恰当地选取参考平面，确定研究对象在此过程中的初状态和末状态的机械能．(4)根据机械能守恒定律的不同表达式列方程并求解．
【例2】如图所示，质量m＝50 kg的跳水运动员从距水面高h＝10 m的跳台上以v0＝5 m/s的速度斜向上起跳，最终落入水中，若忽略运动员的身高，取g＝10 m/s2，不计空气阻力．求：(1)运动员在跳台上时具有的重力势能(以水面为零势能面)；(2)运动员起跳时的动能；(3)运动员入水时的速度大小；入水时的速度大小与起跳时的方向有关吗？
(1)5 000 J (2)625 J (3)15 m/s 无关