江苏省海头高级中学2012-2013学年高一下学期物理第七章第8节《机械能守恒定律》课件
文档属性
| 名称 | 江苏省海头高级中学2012-2013学年高一下学期物理第七章第8节《机械能守恒定律》课件 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.0MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2013-04-17 16:48:00 | ||
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文档简介
课件37张PPT。第八节 机械能守恒定律学.科.网学习目标：1.能够分析动能和势能之间的相互转化问题．
2．能够推导机械能守恒定律．
3.会根据机械能守恒的条件判断机械能是否守恒/
4．能运用机械能守恒定律解决有关问题，并领会运用机械能守恒定律解决问题的优越性．
重点难点：1.对机械能守恒条件的理解．
2．应用机械能守恒定律分析、解决实际问题． 一、动能与势能的相互转化
[自主探究]
1.动能与重力势能间的转化
物体自由下落或沿光滑斜面下滑时,重力做正功,
________能转化为_____能；
物体由于惯性竖直上升或沿光滑斜面上升,重力势能做负功, ____能转化为________能．学.科.网重力势动动重力势2.动能与弹性势能间的转化
被压缩的弹簧当恢复原状时,弹簧的弹力做正功,
________能转化为_____能；
运动的物体在压缩弹簧时，弹簧的弹力做负功, _____能转化为________能．弹性势动动弹性势成功发现
1.在只有________做功时，动能与重力势能间发生相互转化；
2.在只有________做功时，动能与弹性势能间发生相互转化；
3.机械能：重力势能、弹性势能和______统称
为机械能.重力弹力动能 二、机械能守恒定律
[自主探究]
动能与势能相互转化中遵守的规律(以动能与重力势能的相互转化为例)
图7－8－1物体沿如图7－8－1所示的光滑曲面从A点滑到B点的过程中,只有重力做功.设在A、B两点的动能分别为Ek1、Ek2，重力势能分别为Ep1、Ep2.
由动能定理得：WG＝ ___________
由重力做功与重力势能的关系得:WG＝ _________
由以上两式得：Ek2＋Ep2＝ ________ 或E2＝E1
即：在只有_______做功的物体系统内,动能与重
力势能可以相互转化,而总的机械能保持______．
同理,在只有_______做功的物体系统内,动能与弹性势能可以相互转化,而总的机械能保持______.
Ek2－Ek1Ep1－Ep2Ek1＋Ep1重力不变弹力不变成功发现
机械能守恒定律
1.内容：在只有____________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.
2.表达式：Ek2＋Ep2＝Ek1＋Ep1或E2＝E1
3.成立条件:除重力和弹力以外,其他力________,或做的总功为零.学.科.网重力或弹力不做功1.研究对象
(1)当只有重力做功时，可取一个物体(其实是物体与地球构成的系统)作为研究对象．
(2)当物体之间有弹力做功时，必须将这几个物体构成的系统作为研究对象(使这些弹力成为系统内力)．2.适用条件
(1)从能量转化的角度看，只有系统内动能和势能相互转化，没有与其他形式能量(如内能)之间的转化．
(2)从系统的内、外力做功的角度看，只有重力或系统内的弹力做功，具体表现为三种情况：
①只受重力(或系统内弹力，不受其他力)．
②还受其他力，但其他力不做功．
③其他力做功，但做功的代数和为零．3.守恒思想
机械能守恒是指系统的机械能每时每刻都不变,系统内的动能和势能之间可以相互转化,即ΔEk＝－Δep,系统与外界没有能量交换和转化.与机械能不变的含义是不同的，机械能不变,则是可以与外界有能量的交换与转化．学.科.网
4.表达式意义
(1)从能量守恒的角度：E1＝E2或ΔE＝E2－E1＝0，前者表示前、后两状态的机械能相等，后者表示系统的机械能没变化．
(2)从能量转化的角度：ΔEk＝－ΔEp或ΔEp＝－ΔEk.前者表示系统增加的动能等于减少的势能,后者表示系统增加的势能等于减少的动能．(3)从机械能转移的角度：ΔEA＝－ΔEB或ΔEB－ΔEA，前者表示系统内物体A的机械能增加等于物体B的机械能减少，后者表示B物体的机械能增加量等于A物体机械能的减少量．
学.科.网 (2012·冀州中学高一检测)下列运动过程满足机械能守恒的是( )
A．电梯匀速下降过程
B．起重机吊起重物过程
C．物体做自由落体运动过程
D．考虑阻力条件下滑雪者沿斜面下滑过程【精讲精析】 机械能守恒的条件是只有重力做功，只发生动能和势能的转化，电梯匀速下降过程中，重力做正功，拉力做负功，机械能减少，A错误；起重机吊起重物过程，重力做负功，拉力做正功，机械能增加，B错误；物体做自由落体运动过程，只有重力做功，机械能守恒，C正确；考虑阻力条件下滑雪者沿斜面下滑过程，重力做正功，支持力不做功，滑动摩擦力做负功，机械能减少，D错误．
【答案】 C
【方法总结】 判断机械能是否守恒的两种常用方法：一是根据做功分析，在对物体受力分析的基础上分析哪些力做功，哪些力不做功，如果只有重力或系统内弹力做功，则机械能守恒；二是根据能量转化分析,如果在变化过程中既没有其他形式的能转化为机械能,也没有机械能转化为其他形式的能,则系统的机械能守恒．变式训练
1.关于机械能是否守恒的叙述，正确的是( )
A．做匀速直线运动的物体机械能一定守恒
B．做变速运动的物体机械能可能守恒
C．做匀速圆周运动的物体机械能一定守恒
D．做平抛运动的物体机械能一定守恒
解析：选BD.判断物体机械能是否守恒，依据是重力或弹力以外的力是否做了功，不管是物体做匀速运动还是变速运动,也不管物体是做直线运动还是曲线运动，只要重力或弹力以外的力不做功，机械能就一定守恒，B、D正确；竖直平面内做匀速圆周运动的物体机械能不一定守恒,C错；竖直方向上的匀速直线运动,除重力做功外还有其他力做功,机械能不守恒,A错．
1.应用机械能守恒定律解题的一般思路
应用机械能守恒定律时，相互作用的物体间的力可以是变力，也可以是恒力，而且只涉及物体系统的初、末状态，使处理问题得到简化，应用的基本思路如下：(1)选取研究对象——系统或物体．
(2)对研究对象进行受力、做功分析，判断机械能是否守恒．
(3)恰当地选取参考平面，确定研究对象初、末状态时的机械能．
(4)选取恰当的机械能守恒定律的表达式,列式求解.
2.应用分类
(1)“单个”物体的机械能守恒；
(2)“多个”物体的机械能守恒． (2012·山西康杰中学
高一检测)如图7－8－2所示,
一固定在竖直平面内的光滑
的半圆形轨道ABC，其半径R＝0.5 m，轨道在C处与水平地面相切，在C处放一小物块，给它一水平向左的初速度v0＝5 m/s，结果它沿CBA运动，通过A点，最后落在水平地面上的D点，求C、D间的距离x.(取重力加速度g＝10 m/s2)
【思路点拨】 先根据机械能守恒求出A点的速度，再根据平抛规律求x.
图7－8－2【答案】 1 m
【方法总结】 (1)机械能守恒定律的表达式有多种，具体选用哪一种要视情况而定；
(2)对单个物体而言,如果机械能守恒,则除了可应用机械能守恒定律以外,也可以选用动能定理．变式训练
2.如图7－8－3所示,用长为L的
细线,一端系于悬点A,另一端拴
住一质量为m的小球,先将小球
拉至水平位置并使细线绷直，
在悬点A的正下方O点钉有一小钉子，今将小球由静止释放，要使小球能在竖直平面内做完整圆周运动，OA的最小距离是多少？
图7－8－3 (2012·合肥一中高一检测)
如图7－8－4所示，质量不计的轻
杆一端安装在水平轴O上,杆的中央
和另一端分别固定一个质量均为m
的小球A和B(可以当做质点)，杆长为l，将轻杆从静止开始释放，不计空气阻力．当轻杆通过竖直位置时，求：小球A、B的速度各是多少？图7－8－4【思路点拨】 A球和B球单独随轻杆在空间转动时它们运动的快慢程度是不同的，即A、B球和轻杆一起转动的过程中，轻杆对A、B球做功,因此两球机械能均不守恒,但以A、B(包括轻杆)作为一个系统，只有小球的重力和系统弹力做功，系统机械能守恒．
【方法总结】 对于多个物体组成的系统，利用机械能守恒定律解题时，应注意找物体之间的联系：一是物体间高度变化的关系；二是物体间速度大小之间的关系．
变式训练
3.(2012·高考上海卷)如图7－8－5，
可视为质点的小球A、B用不可伸
长的细软轻线连接，跨过固定在
地面上半径为R的光滑圆柱，A的质量为B的两倍．当B位于地面时，A恰与圆柱轴心等高．将A由静止释放，B上升的最大高度是( )
A．2R B．5R/3
C．4R/3 D．2R/3
图7－8－5机械能守恒定律与动能定理的综合应用
在多个物体系统中，机械能守恒定律只能解决物体的状态问题，要解决系统内弹力做功问题,必须要应用动能定理．[经典案例] (10分)如图7－8－6所示是一个横截面为半圆、半径为R的光滑柱面,一根不可伸长的细线两端分别系着物体A、B,且mA＝2mB，由图示位置从静止开始释放A物体，当物体B达到圆柱顶点时,求绳的张力对物体B所做的功．
图7－8－6
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2．能够推导机械能守恒定律．
3.会根据机械能守恒的条件判断机械能是否守恒/
4．能运用机械能守恒定律解决有关问题，并领会运用机械能守恒定律解决问题的优越性．
重点难点：1.对机械能守恒条件的理解．
2．应用机械能守恒定律分析、解决实际问题． 一、动能与势能的相互转化
[自主探究]
1.动能与重力势能间的转化
物体自由下落或沿光滑斜面下滑时,重力做正功,
________能转化为_____能；
物体由于惯性竖直上升或沿光滑斜面上升,重力势能做负功, ____能转化为________能．学.科.网重力势动动重力势2.动能与弹性势能间的转化
被压缩的弹簧当恢复原状时,弹簧的弹力做正功,
________能转化为_____能；
运动的物体在压缩弹簧时，弹簧的弹力做负功, _____能转化为________能．弹性势动动弹性势成功发现
1.在只有________做功时，动能与重力势能间发生相互转化；
2.在只有________做功时，动能与弹性势能间发生相互转化；
3.机械能：重力势能、弹性势能和______统称
为机械能.重力弹力动能 二、机械能守恒定律
[自主探究]
动能与势能相互转化中遵守的规律(以动能与重力势能的相互转化为例)
图7－8－1物体沿如图7－8－1所示的光滑曲面从A点滑到B点的过程中,只有重力做功.设在A、B两点的动能分别为Ek1、Ek2，重力势能分别为Ep1、Ep2.
由动能定理得：WG＝ ___________
由重力做功与重力势能的关系得:WG＝ _________
由以上两式得：Ek2＋Ep2＝ ________ 或E2＝E1
即：在只有_______做功的物体系统内,动能与重
力势能可以相互转化,而总的机械能保持______．
同理,在只有_______做功的物体系统内,动能与弹性势能可以相互转化,而总的机械能保持______.
Ek2－Ek1Ep1－Ep2Ek1＋Ep1重力不变弹力不变成功发现
机械能守恒定律
1.内容：在只有____________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.
2.表达式：Ek2＋Ep2＝Ek1＋Ep1或E2＝E1
3.成立条件:除重力和弹力以外,其他力________,或做的总功为零.学.科.网重力或弹力不做功1.研究对象
(1)当只有重力做功时，可取一个物体(其实是物体与地球构成的系统)作为研究对象．
(2)当物体之间有弹力做功时，必须将这几个物体构成的系统作为研究对象(使这些弹力成为系统内力)．2.适用条件
(1)从能量转化的角度看，只有系统内动能和势能相互转化，没有与其他形式能量(如内能)之间的转化．
(2)从系统的内、外力做功的角度看，只有重力或系统内的弹力做功，具体表现为三种情况：
①只受重力(或系统内弹力，不受其他力)．
②还受其他力，但其他力不做功．
③其他力做功，但做功的代数和为零．3.守恒思想
机械能守恒是指系统的机械能每时每刻都不变,系统内的动能和势能之间可以相互转化,即ΔEk＝－Δep,系统与外界没有能量交换和转化.与机械能不变的含义是不同的，机械能不变,则是可以与外界有能量的交换与转化．学.科.网
4.表达式意义
(1)从能量守恒的角度：E1＝E2或ΔE＝E2－E1＝0，前者表示前、后两状态的机械能相等，后者表示系统的机械能没变化．
(2)从能量转化的角度：ΔEk＝－ΔEp或ΔEp＝－ΔEk.前者表示系统增加的动能等于减少的势能,后者表示系统增加的势能等于减少的动能．(3)从机械能转移的角度：ΔEA＝－ΔEB或ΔEB－ΔEA，前者表示系统内物体A的机械能增加等于物体B的机械能减少，后者表示B物体的机械能增加量等于A物体机械能的减少量．
学.科.网 (2012·冀州中学高一检测)下列运动过程满足机械能守恒的是( )
A．电梯匀速下降过程
B．起重机吊起重物过程
C．物体做自由落体运动过程
D．考虑阻力条件下滑雪者沿斜面下滑过程【精讲精析】 机械能守恒的条件是只有重力做功，只发生动能和势能的转化，电梯匀速下降过程中，重力做正功，拉力做负功，机械能减少，A错误；起重机吊起重物过程，重力做负功，拉力做正功，机械能增加，B错误；物体做自由落体运动过程，只有重力做功，机械能守恒，C正确；考虑阻力条件下滑雪者沿斜面下滑过程，重力做正功，支持力不做功，滑动摩擦力做负功，机械能减少，D错误．
【答案】 C
【方法总结】 判断机械能是否守恒的两种常用方法：一是根据做功分析，在对物体受力分析的基础上分析哪些力做功，哪些力不做功，如果只有重力或系统内弹力做功，则机械能守恒；二是根据能量转化分析,如果在变化过程中既没有其他形式的能转化为机械能,也没有机械能转化为其他形式的能,则系统的机械能守恒．变式训练
1.关于机械能是否守恒的叙述，正确的是( )
A．做匀速直线运动的物体机械能一定守恒
B．做变速运动的物体机械能可能守恒
C．做匀速圆周运动的物体机械能一定守恒
D．做平抛运动的物体机械能一定守恒
解析：选BD.判断物体机械能是否守恒，依据是重力或弹力以外的力是否做了功，不管是物体做匀速运动还是变速运动,也不管物体是做直线运动还是曲线运动，只要重力或弹力以外的力不做功，机械能就一定守恒，B、D正确；竖直平面内做匀速圆周运动的物体机械能不一定守恒,C错；竖直方向上的匀速直线运动,除重力做功外还有其他力做功,机械能不守恒,A错．
1.应用机械能守恒定律解题的一般思路
应用机械能守恒定律时，相互作用的物体间的力可以是变力，也可以是恒力，而且只涉及物体系统的初、末状态，使处理问题得到简化，应用的基本思路如下：(1)选取研究对象——系统或物体．
(2)对研究对象进行受力、做功分析，判断机械能是否守恒．
(3)恰当地选取参考平面，确定研究对象初、末状态时的机械能．
(4)选取恰当的机械能守恒定律的表达式,列式求解.
2.应用分类
(1)“单个”物体的机械能守恒；
(2)“多个”物体的机械能守恒． (2012·山西康杰中学
高一检测)如图7－8－2所示,
一固定在竖直平面内的光滑
的半圆形轨道ABC，其半径R＝0.5 m，轨道在C处与水平地面相切，在C处放一小物块，给它一水平向左的初速度v0＝5 m/s，结果它沿CBA运动，通过A点，最后落在水平地面上的D点，求C、D间的距离x.(取重力加速度g＝10 m/s2)
【思路点拨】 先根据机械能守恒求出A点的速度，再根据平抛规律求x.
图7－8－2【答案】 1 m
【方法总结】 (1)机械能守恒定律的表达式有多种，具体选用哪一种要视情况而定；
(2)对单个物体而言,如果机械能守恒,则除了可应用机械能守恒定律以外,也可以选用动能定理．变式训练
2.如图7－8－3所示,用长为L的
细线,一端系于悬点A,另一端拴
住一质量为m的小球,先将小球
拉至水平位置并使细线绷直，
在悬点A的正下方O点钉有一小钉子，今将小球由静止释放，要使小球能在竖直平面内做完整圆周运动，OA的最小距离是多少？
图7－8－3 (2012·合肥一中高一检测)
如图7－8－4所示，质量不计的轻
杆一端安装在水平轴O上,杆的中央
和另一端分别固定一个质量均为m
的小球A和B(可以当做质点)，杆长为l，将轻杆从静止开始释放，不计空气阻力．当轻杆通过竖直位置时，求：小球A、B的速度各是多少？图7－8－4【思路点拨】 A球和B球单独随轻杆在空间转动时它们运动的快慢程度是不同的，即A、B球和轻杆一起转动的过程中，轻杆对A、B球做功,因此两球机械能均不守恒,但以A、B(包括轻杆)作为一个系统，只有小球的重力和系统弹力做功，系统机械能守恒．
【方法总结】 对于多个物体组成的系统，利用机械能守恒定律解题时，应注意找物体之间的联系：一是物体间高度变化的关系；二是物体间速度大小之间的关系．
变式训练
3.(2012·高考上海卷)如图7－8－5，
可视为质点的小球A、B用不可伸
长的细软轻线连接，跨过固定在
地面上半径为R的光滑圆柱，A的质量为B的两倍．当B位于地面时，A恰与圆柱轴心等高．将A由静止释放，B上升的最大高度是( )
A．2R B．5R/3
C．4R/3 D．2R/3
图7－8－5机械能守恒定律与动能定理的综合应用
在多个物体系统中，机械能守恒定律只能解决物体的状态问题，要解决系统内弹力做功问题,必须要应用动能定理．[经典案例] (10分)如图7－8－6所示是一个横截面为半圆、半径为R的光滑柱面,一根不可伸长的细线两端分别系着物体A、B,且mA＝2mB，由图示位置从静止开始释放A物体，当物体B达到圆柱顶点时,求绳的张力对物体B所做的功．
图7－8－6
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