物理人教版（2019）必修第二册8.4机械能守恒定律（共19张ppt）

(共19张PPT)
第八章 机械能守恒定律
8.4 机械能守恒定律
必备知识：知道什么是机械能，能够分析物体动能和势能相互转化问题
关键能力：1、能够推导出机械能守恒定律
2、会判断机械能是否守恒，并运用机械能守恒定律解决有关问题。
学科素养：体会科学概念解释和概括自然现象的能力
学习目标
1、动能:物体由于运动而具有的能。
2、重力势能:地球上的物体由于被举高而具有的能。
3、弹性势能:发生弹性形变的物体的各部分之间，由于有弹力的相互作用而具有的势能。
4、动能定理：合力所做的总功等于物体动能的变化。
5、重力做功与重力势能变化的关系：重力做的功等于物体重力势能的减少量。
复习回顾
变化量：速度、动能、重力势能
不变量：重力、最终小球高度
动能和重力势能的和
情境引入
　　实验表明斜面上的小球在运动过程中好像“记得 ”自己起始的高度（或与高度相关的某个量）。
后来的物理学家把这一事实说成是“某个量是守恒的”,并且把这个量叫做能量或能。
A
B
h
h'
α
β
追寻守恒量
动能与势能的相互转化
如图分析小球在运动过程中
1、什么力对小球做功？
2、小球运动过程中有什么能量？如何变化？
v0
竖直上抛运动
单摆运动
重力势能与动能的相互转化
某些汽车或列车站的站台都设计有一个小的坡度。这是为什么？
进站前关闭发动机，机车凭惯性上坡，动能变成势能储存起来，出站时下坡，势能变成动能，节省了能源。
生活中的现象
如图：小球固定在弹簧上在光滑杆上运动
1、小球运动过程受几个力？
说明这几个力做功情况？
2、小球由B到C运动过程中动能变如何变？
3、弹簧的弹性势能如何变？
B
C
O
弹性势能与动能的相互转化
分析小球从最低点向上运动到最高点的能量变化
弹性势能、重力势能和动能的相互转化
机械能
1、定义：重力势能、弹性势能与动能都是机械运动中的能量形式，统称为机械能。
3、机械能存在形式的改变：通过重力或弹力做功，动能与势能可以相互转化。
2、表达式：
4、机械能的性质：状态量、相对性、系统性
机械能守恒定律
猜想
动能与势能的相互转化是否存在某种定量关系
探究：质量为m的物体在自由落体过程中，以地面为参考平面，经过位置A时，距地面的高度为h1,下落至位置B时，高度为h2 。若不计空气阻力，试由所学分析物体在A和B处的机械能满足什么关系
A→B由动能定理可得：
①
重力做功与重力势能关系：
②
由① = ② 得：
移项得：
h1
h2
V0=0
V1
V2
A
B
结论：在只有重力做功的物体系统内，动能和重力势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。
在只有重力做功的情况下，机械能是守恒的；同样作为机械能组成部分的弹性势能，在只有弹力做功的物体系统中动能和弹性势能可以相互转化，总的机械能保持不变。
机械能守恒定律
1、内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，物体的动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。
2、表达式：
3、适用条件：只有重力做功或弹力做功
是否表示只受重力或弹力？
对机械能守恒适用条件的理解
1、物体只受重力，不受其他力。
如：忽略阻力的自由落体运动、抛体运动
2、物体受重力或弹簧弹力，还受其他力，但其他力不做功。
甲
v0
3、物体系统只受重力和弹簧弹力，不受其他力。
如：小球和弹簧组成的系统在竖直方向上做往返运动。
机械能守恒的具体判断方法
1、做功分析法（常用于单个物体）
2、能量分析法（常用于多个物体组成的系统）
关键：确定研究对象
无其他形式能量（如内能）之间的转化，无摩擦力做功
下列实例中哪些情况机械能是守恒的
用绳拉着一个物体沿着光滑的斜面匀速上升。
跳伞员利用降落伞在空中匀速下落。
抛出的篮球在空中运动。
光滑水平面上运动的小球，把弹簧压缩后又被弹回来。
v
(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。
应用机械能守恒定律解题的一般步骤：
例题：把一个小球用细线悬挂起来，就成为一个摆（如图所示），摆长为L，最大偏角为。求小球运动到最低位置时的速度为多大？
解析：小球摆动过程中，细线的拉力不做功，系统只有重力做功，机械能守恒。
解：设小球最低点所在位置为参考平面
由机械能守恒定律得：
解得：
应用机械能守恒定律解题，只需考虑过程的初、末状态，不必考虑两个状态间过程的细节，这是它的优点。
机械能守恒定律
在只有重力或弹力做功的物体系统内，物体的动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。
内容：
表达式：
适用条件：
只有重力做功或弹力做功
小结
注：此处弹力高中阶段特指弹簧类弹力