课件27张PPT。14.2 研究机械能守恒定律
第1课时 机械能守恒定律2 1、知道什么是机械能。 2、会通过重力做功来论证机械能守恒。 3、能应用机械能守恒定律分析实际问题。3生活中存在着各种各样的能量，不同的能量之间可以相互转化，让我们通过几个例子来看一看这种转化的过程。4视频中的几个实例在运动过程中，存在哪些能量，又是如何转化的呢？1、水从高处流下，推动水车转动。水的重力势能转化为水的动能，水的动能又转化为水车的动能。2、重锤从高处落下。重锤的重力势能转化为重锤的动能。3、弹簧把小球弹开。弹簧的弹性势能转化为小球的动能。54、过山车在轨道上运动。下降过程重力势能转化为动能，上升过程动能转化为重力势能。可以看到不同形式的机械能可以相互转化，那么它们的转化遵循什么规律呢？如何应用这个规律解决实际问题呢？机械能：物体的动能与势能之和称为机械能。6研究机械能守恒定律设打桩机重锤的质量是m，当重锤离桩顶高为H时，以桩顶为参考平面，重锤具有的机械能是忽略空气阻力，重锤下落过程中只有重力做功。当下落至离桩顶高度为h处时，7此时的动能此时的势能此时的机械能同理，重锤刚下落至桩顶时，有此时的动能此时的势能此时的机械能8 可以看到，重锤自由下落过程中只有重力做功，它的重力势能转化为动能，但二者的总和保持不变，是个恒量，也就是说机械能守恒。 进一步的研究表明，在只有重力做功时，无论物体做直线运动还是曲线运动，机械能都是守恒的。 同理可证，在只有弹力做功的系统内，物体的弹性势能和动能也能相互转化，且总的机械能也保持不变。9在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以互相转化，而总的机械能保持不变。机械能守恒定律机械能守恒条件：只有重力或弹力做功。10 只有重力（弹力）做功与物体只受重力（弹力）有什么不同？ 思考： 只有重力（弹力）做功，包括两种情况：一是只受重力（弹力） ，不受其他的力；二是物体除重力（弹力）外还受其他的力，但其他力不做功。可见只受重力（弹力）是只有重力（弹力）做功的一种情况。11例1、关于物体的机械能是否守恒的叙述，下列说法中正确的是（ ）
A.做匀速直线运动的物体，机械能一定守恒
B.做匀变速直线运动的物体，机械能一定守恒
C.外力对物体所做的功等于0时，机械能一定守恒
D.物体若只有重力做功，机械能一定守恒D12解析：机械能守恒的条件是只有重力做功，此时物体一定不是匀速运动，故A错。匀变速运动直线运动不一定只有重力做功，比如用力拉着物体匀加速上升，故B错。外力做功为0，不一定只有重力做功，故C错。13 在下列实例中运动的物体，不计空气阻力，机械能守恒的是( )
A.起重机吊起物体匀速上升
B.物体做平抛运动
C.物体沿着光滑的斜面下滑
D.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 BCD练习114应用机械能守恒定律：例2、打桩机重锤的质量为250kg，被提升到20m的高度后自由落下。求它到达地面时的动能和速度。（g=10m/s2）解析：打桩机自由下落的过程中，只有重力做功，故机械能守恒，选地面为参考面则有初状态的机械能15末状态的机械能由机械能守恒定律得用机械能守恒定律解决实际问题时要先判断是不是只有重力或弹力做功。16练习2
将物体由地面竖直上抛，如果不计空气阻力，物体能够达到的最大高度为H，当物体在上升过程中的某一位置时，它的动能是重力势能的2倍，则这一位置的高度为（ ）
A.2H/3 B.H/2
C.H/3 D.H/4 C17由机械能守恒得所以应该选C解析：选C，竖直上抛，不考虑空气阻力，则物体只受重力作用，机械能守恒，选抛出点为参考面，设要求的位置到参考平面的高度为h，结合这两个题目，请同学们总结一下应用机械能守恒定律解题应遵循什么步骤呢？18应用机械能守恒定律解题的步骤：(1)确定研究对象，明确它的运动过程(2)对物体受力分析，明确各力做功情况，判断机械能是否守恒(3)明确初状态和末状态的机械能(4)利用机械能守恒定律列方程求解19例3、一条长为L的均匀链条，放在光滑水平桌面上，链条的一半垂于桌边，如图所示，现由静止开始使链条自由滑落，当它全部脱离桌面时的速度为多大?解析：分析链条受力，桌面光滑，故没有摩擦；桌面的支持力对链条不做功，在下滑过程中只有重力对链条做功，故下滑过程机械能守恒20设链条总质量为m，由于质量分布均匀，所以
重心可以认为在几何中心。选取桌面为参考面。初状态的机械能末状态的机械能机械能守恒，则21练习3.
长为L质量分布均匀的绳子，对称地悬挂在轻小的定滑轮上，如图所示.轻轻地推动一下，让绳子滑下，那么当绳子离开滑轮的瞬间，绳子的速度是多大？ 链条下落过程只有重力做功，所以系统的机械能守恒。重心可以认为在几何中心。选取定滑轮为参考面22例4、某车站的站台建得稍高，汽车进站时要上坡，出站时要下坡。忽略斜坡的摩擦力，从机械能守恒的角度分析这种设计的优点？23 汽车进站时关闭了发动机，但仍具有动能，可使汽车爬上斜坡，这是将动能转化为势能储存起来。出站时，汽车可利用斜坡再将势能转化成动能。这种设计可以节约能源。 另外这种设计还有效的减少了刹车系统的使用，降低了刹车磨损。24例4、行星绕太阳运动，卫星绕地球运动的过程是否也遵循机械能守恒定律呢？ 物体的重力是由于地球的引力产生的。在地球表面的物体只有重力做功时机械能守恒。研究表明，宇宙中各星球之间都存在相互作用的引力，行星绕太阳的运动，卫星绕地球的运动都符合机械能守恒的条件，它们的机械能守恒。251、机械能守恒定律：2、机械能守恒的条件只有重力或弹力做功。 在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以互相转化，而总的机械能保持不变。26(1)确定研究对象，明确它的运动过程(2)对物体受力分析，明确各力做功情况，判断机械能是否守恒(3)明确初状态和末状态的机械能(4)利用机械能守恒定律列方程求解3、应用机械能守恒定律解题的步骤：27 不谦虚的话只能有这个辩解，即缺少谦虚就是缺少见识
──富兰克林课件27张PPT。1第2课时 实验：验证机械能守恒定律2 1、知道怎样验证机械能守恒。 2、会通过打点计时器或DIS系统来验证机械能守恒。 3、能对实验结果进行分析论证，并指出误差的来源。3实验目的：验证机械能守恒定律实验原理：1、比较在只有重力做功的过程中减少的重力势能
与增加的动能 的大小关
系。如果在误差范围内近似相等，则证明机械能守恒。42、比较在只有重力做功的过程中，初末位置的机械能，如果在误差范围内近似相等，则证明机械能守恒。要得到动能和重力势能，我们需要测量哪些物理量呢? 物体的高度 物体的初速度 ，末速度5物体的质量需要测量吗？对同一个物体的重力势能和动能的转化不需要测质量，设质量为m，代入公式计算，动能和势能中都表示为m的倍数，直接进行比较就可以了。6实验方案一：用自由下落的重物和打点计时器验证机械能守恒 铁架台（带铁夹）、电火花计时器或打点计时器、重锤（带铁夹）、纸带、复写纸片、直尺、导线、电源实验器材：我们的实验装置如图所示，请大家想一想，都要用到哪些器材呢？7实验设计和思考：1、重锤带着纸带下落过程中受到几个力的作用呢？ 重锤下落中受到重力、空气阻力、限位孔的摩擦力2、怎样减少空气阻力和摩擦力的影响？ 选用质量大体积小的重锤可以减小影响。安装仪器时要注意使打点计时器的两个限位孔处于竖直状态，减少摩擦8实验步骤：1、按图安装好实验装置，并把
打点计时器调节到竖直平面内。
2、将纸带一端夹在重物的夹子上，
另一端穿过计时器，提在手中。
3、接通电源，待计时器工作稳定后释放纸带。
4、关闭电源，取下纸带，并标好纸带编号。
5、更换纸带，重复2-4步，多打几条纸带。
6、整理仪器，并处理纸带。9数据的处理：选择纸带上点迹比较清晰的一点作为起点，并将其标记为0点，然后依次每隔一个点取一个计数点1，2，3，4，5。测量出各相邻计数点间的距离h，填入表格。根据公式 计算1点速度，同理根据公式
……计算各点的速度，填入表格。10假设物体的质量为m，根据公式计算打下各点时的动能。以0点为参考平面，计算各点的重力势能。比较1-2，1-3，1-4的重力势能变化量与动能改变量的大小关系，看它们在误差允许范围内是否近似相等，验证机械能守恒定律。11误差的分析：由于空气阻力和限位孔的摩擦作用，物体的重力势能减少量总是比获得的动能要大。12实验方案二：用单摆和DIS装置验证机械能守恒实验装置如图，把一个摆球用细线悬挂起来并拉到一定的高度，然后放开，摆球在摆动过程中，动能和势能发生相互转化，忽略空气的阻力影响，因只有重力对其做功，所以机械能守恒。13取摆球摆动时最低点为零势点，将光电门传感器固定
在不同点，设此点的高度为h，则在光电门传感器处摆
球的机械能为 ，比较不同位置的机
械能是否相同。实验原理：141、将DIS机械能守恒实验器按装配图安装好，把光电门传感器固定在实验器的A点，并接入数据采集器的第一通道；
2、将小摆球用磁铁夹吸住，固定在A点上方5～10厘米处； 实验过程与数据分析153、移动光电门传感器固定臂，使用测平器观察并调整光电门的透光孔并使其正好在A点；
4、打开“计算表格”，点击“自动记录”中的“开始”，释放摆球，当摆球通过光电门传感器后，阻止摆球回摆；165、移动光电门传感器固定臂，使用测平器观察并调整光电门的透光孔分别位于B、C、D点，重复步骤4，获得四次实验数据；6、点击“变量”分别定义“h”“m”表示光电门距零势点的高度和摆球的质量，并输入相应的数据；177、点击“公式”，输入计算摆球速度和摆球在各点的机械能公式，得到实验结果；
8、由结果可见：摆球在四个点的机械能变化范围小于5％。在误差范围内，可得出结论：在只有重力做功的情况下，机械能守恒。181、在“用打点计时器验证机械能守恒定律”的实验中，下面叙述正确的是 （ ）
A．应用天平称出重物的质量
B．应当选用点迹清晰的纸带，选的计数点应适当距离远些并多选几个
C．操作时应先放纸带，后接通电源
D．打点计时器应接在电压为4～6V的直流电源上B19解析：物体的质量设为m，则动能和重力势能都可以表示出来，最后比较是否相同，带着m比较就可以，所以A错。距离远些多选几个点计算可以减小误差，B对。先接通电源可以保证第一个点是从静止开始的，故C错。打点计时器应接4-6V的交流电源，故D错。202、在“用打点计时器验证机械能守恒定律”的实验中，需直接测量的物理量是 ( )
A．重物的质量
B．重力加速度
C．重物下落的高度
D．与下落高度对应的重物的瞬时速度C解析：选C,物体的质量不用测量，故A错，不用测重力加速度，故B错，下落的瞬时速度是计算得到的，故D错。选C。213、如图是用自由落体运动验证机械能守恒定律时得到的一条纸带,中间有一段的点没有画出。我们选用 点
来验证机械能守恒定律，下面有关 点速度的方法计算
正确的是（ ）CD22解析：选CD,重物下落的过程中受到阻力作用，加速度要小于g，故不能用v=gt计算质点的速度。根据匀加速运动的特点，中间时刻的瞬时速度等于这一段的平均速度，所以CD的算法对，故选CD。234、某同学对实验数据的处理做了改进，选择0点时把0点标在自由落体的起始点，这样后面的计数点到0点的距离就是物体下落的高度，mgh就是物体减少的重力势能，比较它和该点动能的大小可以验证机械能是否守恒。若交流电频率为50Hz，重力加速度g＝9.80m/s2，重锤质量为1kg，从所打纸带中选择一条合适的纸带，此纸带第1、2点间的距离应接近 。纸带上连续的点A、B、C、D至第1点O的距离如图所示，则重锤从O运动到C，重力势能减少_____J，重锤经过C时的速度为 m/s，其动能增加 J。24对基本实验的改进是高考出题的一个特点，一定要掌握实验的原理，结合题目给出的信息来处理。解析：自由落体运动在最初的0.2s运动的位移约为2mm，所以1、2距离为2mm的点是符合要求的纸带。答案：2mm 5.50 3.3 5.45251、实验目的：2、实验原理：验证重力势能的减少量和动能的增加量相等验证只有重力做功时，机械能守恒验证初末状态的机械能相等263、实验方案：用打点计时器和自由落下的重物验证用单摆和DIS装置验证如何减少空气阻力和限位孔摩擦力的影响？怎样处理数据？如何减小偶然误差？27不轻易献出成功的皇冠乃是困难的天性。
