8.4机械能守恒定律 课件 高一下学期物理人教版（2019）必修第二册(共30张PPT)
文档属性
| 名称 | 8.4机械能守恒定律 课件 高一下学期物理人教版（2019）必修第二册(共30张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 1.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-11-04 08:53:15 | ||
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文档简介
(共30张PPT)
第八章 机械能守恒定律
第四节机械能守恒定律
第四节|机械能守恒定律
核心素养点击
物理观念 知道机械能的各种形式，能够分析动能与势能(包括弹性势能)之间的相互转化问题；能够根据动能定理和重力做功与重力势能变化间的关系，推导出机械能守恒定律
科学思维 理解机械能包含动能、重力势能、弹性势能与它们之间的相互转化
科学探究 会根据机械能守恒的条件判断机械能是否守恒，能运用机械能守恒定律解决有关问题
科学态度与责任 能从能量转化的角度理解机械能守恒的条件，领会运用机械能守恒定律解决问题的优越性
梳理主干新知初感悟
一、追寻守恒量
1、能量是普遍存在的
2、伽利略斜面实验现象表明：让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个对接斜面，没有摩擦时，小球将滚到与开始时相同的高度。
3、能量概念的建立：始、末位置高度相同，小球运动中守恒的量叫（能量）。
二、动能与势能的相互转化
1、重力做（正功），重力势能转化为动能；克服重力做功，（动能）转化为重力势能。
2、弹性势能也可以与动能（相互转化）。
3、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）。
【思考与讨论】
提问：一个小球在真空中做自由落体运动，另一个同样的小球在黏性较大的液体中由静止开始下落（如图）。它们都由高度为h1的地方下落到高度为h2的地方。在这两种情况下，重力做的功相等吗？重力势能的变化相等吗？动能的变化相等吗？重力势能各转化成什么形式的能？
【典例一】
1、下列说法正确的是( )
A.随着科技的发展,永动机是可以制成的
B.太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量,但照射到宇宙空间的能量都消失了
C.“既让马儿跑,又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律,因而是不可能的
D.有种“全自动”手表,不用上发条,也不用任何形式的电源,却能一直走动,说明能量可以凭空产生
解题思路：永动机是指不消耗或少消耗能量，而可以对外做大量的功的装置，历史上曾出现过各式各样的所谓的永动机的发明，结果都以失败告终，原因就是违背了能量的转化和守恒定律，所以永动机是永远不可能制成的，A错。太阳辐射到宇宙空间的能量没有消失，而是转化成了别的能量，B错,马和其他动物，包括人要运动，必须消耗能量，动物的能量来源是食物中储存的生物能，C对。所谓的“全自动”手表内部还是有能量转化装置的，一般是一个摆锤，当人戴着手表活动时，使摆锤不停摆动，给游丝弹簧补充能量，才会维持手表的走动，D错。
答案：C
三、机械能守恒定律
机械能守恒定律内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能（保持不变）。
对机械能守恒条件的理解和判断
研究对象一定是系统，至少包括地球在内。通常我们说“小球的机械能守恒”就包括地球在内，因为重力势能是小球和地球共有的，小球的动能中用到的v，也是相对于地面的速度。
1、对机械能守恒条件的理解
只有重力或弹力做功，可以从以下三个方面进行理解：
（1）物体只受重力或弹力作用。
（2）存在其他力作用，但其他力不做功，只有重力或弹力做功。
（3）相互作用的物体组成的系统只有动能和势能的相互转化，无其他形式能量的转化。
注意:“只有重力或弹力做功”并非“只受重力或弹力作用”，也不是合力的功等于零，更不是某个物体所受的合力等于零。
2、机械能守恒的具体判断方法
（1）从能量转化来判断:系统只有动能和势能的相互转化，无其他形式能量（如内能）之间的转化，则系统机械能守恒。若物体间发生相对运动，且存在相互的摩擦力作用时有内能产生，则机械能不守恒。
（2）从做功来判断“只有重力或弹力做功”，具体表现在:
①只受重力或系统内的弹力。
②还受其他力，但只有重力或系统内的弹力做功，其他力不做功。
【典例二】
2、图 中弹丸以一定的初速度在光滑碗内做复杂的曲线运动,图 中的运动员在蹦床上越跳越高。不计空气阻力,下列说法正确的是( )
A.图（a） 弹丸在上升的过程中,机械能逐渐增大
B.图 （a）弹丸在上升的过程中,机械能保持不变
C.图 （b）中的运动员多次跳跃后,机械能减小
D.图 （b）中的运动员多次跳跃后,机械能不变
解题思路：题图 （a）弹九在上升的过程中，只有重力做功，机械能守恒，所以选项B正确，A错误；题图 （b）中的运动员多次跳跃后，在蹦床上越跳越高，机械能增加，所以选项CD错误。
答案：B
机械能守恒的应用
1、单个物体的机械能守恒
（1）应用机械能守恒定律解题的基本思路
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，只要符合守恒条件，机械能就守恒。机械能守恒定律只涉及物体系的初、末状态的物理量，无需分析中间过程的复杂变化，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—物体系或物体。
②根据研究对象所经历的物理过程，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，确定研究对象在所研究过程的初、末状态时的机械能。
④根据机械能守恒定律列方程，进行求解。
【典例三】
3、如图所示的四图中有四个不同的运动过程,图甲为滑块A由静止释放将轻弹簧压缩至最短;图乙为斜面体放在光滑的水平面上,滑块B沿光滑的斜面体下滑;图丙为两个不同质量的滑块用轻绳相连接跨过光滑的定滑轮后,滑块A向下加速运动,滑块B向上加速运动;图丁为用长为L的细绳一端连接小球,另一端悬于天花板使小球在水平面内做匀速圆周运动。则下列说法正确的是( )
A.图甲中滑块的机械能守恒
B.图乙中滑块的机械能守恒
C.图丙中两个滑块组成的系统机械能守恒
D.图丁中小球的机械能不守恒
解题思路：图甲中有滑块的重力和轻弹簧的弹力做功,则滑块和轻弹簧组成的系统机械能守恒,但滑块的机械能不守恒,A错误;图乙中滑块除受重力外还受弹力作用,弹力对滑块做负功,机械能不守恒,但从能量观点看滑块和斜面体组成的系统机械能守恒,B错误;图丙中两个滑块组成的系统机械能守恒,C正确;图丁中小球的动能不变,势能不变,机械能守恒,D错误。
答案：C
【基础练习】
2、如图所示，一根跨越光滑定滑轮的轻绳，两端各拴有一杂技演员（可视为质点）。a站在地面，b处于高台上，此时绷紧的细绳间夹角为60°且左侧细绳竖直。若b从图示位置由静止开始摆下，当b摆至最低点时，a刚好对地面无压力。不考虑空气阻力，则a与b的质量之比为（ ）
A.1：1 B.2：1
C.3：1 D.4：1
3、如图所示,轻质弹簧的一端与固定的竖直板P 拴接,另一端与A物体相连,A物体静止于光滑水平桌面上,右端接一细线,细线绕过光滑的定滑轮与B 物体相连。开始时用手托住B,让细线恰好伸直,然后由静止释放B,直至B获得最大速度。下列有关该过程的分析正确的是( )
A.物体的机械能一直减小
B.B物体的动能增加量等于B物体重力势能的减少量
C.B物体机械能的减少量等于弹簧的弹性势能的增加量
D.细线拉力对A做的功等于A物体与弹簧所组成的系统机械能的增加量
解析：从开始到B速度达到最大的过程中，细线的拉力对B —直做负功，所以B的机械能一直减小，故A正确；对 于B物体，只有重力与细线拉力做功，根据动能定理可知,B物体动能的增加量等于它所受重力与拉力做功之和，不等于它 的重力势能的减少量.故B错误；整个系统中，根据功能关系 可知，B减少的机械能转化为A的机械能以及弹簧的弹性势 能，故B物体机械能的减少量大于弹簧弹性势能的增加量，故 C错误；系统机械能的增加量等于系统除重力和弹簧弹力之外 的力所做的功,A物体与弹簧所组成的系统机械能的增加量等 于细线拉力对A做的功，故D正确。
答案：D
4、如图所示,将带有凹槽的滑块甲紧靠竖直的墙壁放置,可视为质点的滑块乙由凹槽的正上方自由下落,沿图中的虚线由半圆槽的切线进入滑块甲,经过一段时间后,滑块乙从凹槽的右侧相对凹槽以竖直向上的速度离开,如果忽略一切摩擦。则( )
A.滑块乙从释放到与凹槽分离的过程中,只有重力对滑块乙做功
B.滑块乙从凹槽的最低点一直到与凹槽分离的过程中,滑块乙与凹槽组成的系统机械能守恒
C.滑块乙从释放到凹槽的最低点的过程中,始终处于失重状态
D.滑块乙在整个运动过程中的机械能守恒
解析：滑块乙从释放到凹槽的最低点的过程中,凹槽有向左运动的趋势,但实际上没有动,整个系统中只有重力做功,所以滑块乙与凹槽组成的系统机械能守恒,而滑块乙过了凹槽的最低点以后,凹槽向右运动,凹槽对滑块乙做负功,滑块乙的机械能不守恒,AD错误,B正确;滑块乙从开始下落至凹槽的最低点的过程中,滑块乙的加速度方向先向下,后有向上的分加速度,则滑块乙先失重后超重,C错误。
答案：B
第八章 机械能守恒定律
第四节机械能守恒定律
第四节|机械能守恒定律
核心素养点击
物理观念 知道机械能的各种形式，能够分析动能与势能(包括弹性势能)之间的相互转化问题；能够根据动能定理和重力做功与重力势能变化间的关系，推导出机械能守恒定律
科学思维 理解机械能包含动能、重力势能、弹性势能与它们之间的相互转化
科学探究 会根据机械能守恒的条件判断机械能是否守恒，能运用机械能守恒定律解决有关问题
科学态度与责任 能从能量转化的角度理解机械能守恒的条件，领会运用机械能守恒定律解决问题的优越性
梳理主干新知初感悟
一、追寻守恒量
1、能量是普遍存在的
2、伽利略斜面实验现象表明：让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个对接斜面，没有摩擦时，小球将滚到与开始时相同的高度。
3、能量概念的建立：始、末位置高度相同，小球运动中守恒的量叫（能量）。
二、动能与势能的相互转化
1、重力做（正功），重力势能转化为动能；克服重力做功，（动能）转化为重力势能。
2、弹性势能也可以与动能（相互转化）。
3、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）。
【思考与讨论】
提问：一个小球在真空中做自由落体运动，另一个同样的小球在黏性较大的液体中由静止开始下落（如图）。它们都由高度为h1的地方下落到高度为h2的地方。在这两种情况下，重力做的功相等吗？重力势能的变化相等吗？动能的变化相等吗？重力势能各转化成什么形式的能？
【典例一】
1、下列说法正确的是( )
A.随着科技的发展,永动机是可以制成的
B.太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量,但照射到宇宙空间的能量都消失了
C.“既让马儿跑,又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律,因而是不可能的
D.有种“全自动”手表,不用上发条,也不用任何形式的电源,却能一直走动,说明能量可以凭空产生
解题思路：永动机是指不消耗或少消耗能量，而可以对外做大量的功的装置，历史上曾出现过各式各样的所谓的永动机的发明，结果都以失败告终，原因就是违背了能量的转化和守恒定律，所以永动机是永远不可能制成的，A错。太阳辐射到宇宙空间的能量没有消失，而是转化成了别的能量，B错,马和其他动物，包括人要运动，必须消耗能量，动物的能量来源是食物中储存的生物能，C对。所谓的“全自动”手表内部还是有能量转化装置的，一般是一个摆锤，当人戴着手表活动时，使摆锤不停摆动，给游丝弹簧补充能量，才会维持手表的走动，D错。
答案：C
三、机械能守恒定律
机械能守恒定律内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能（保持不变）。
对机械能守恒条件的理解和判断
研究对象一定是系统，至少包括地球在内。通常我们说“小球的机械能守恒”就包括地球在内，因为重力势能是小球和地球共有的，小球的动能中用到的v，也是相对于地面的速度。
1、对机械能守恒条件的理解
只有重力或弹力做功，可以从以下三个方面进行理解：
（1）物体只受重力或弹力作用。
（2）存在其他力作用，但其他力不做功，只有重力或弹力做功。
（3）相互作用的物体组成的系统只有动能和势能的相互转化，无其他形式能量的转化。
注意:“只有重力或弹力做功”并非“只受重力或弹力作用”，也不是合力的功等于零，更不是某个物体所受的合力等于零。
2、机械能守恒的具体判断方法
（1）从能量转化来判断:系统只有动能和势能的相互转化，无其他形式能量（如内能）之间的转化，则系统机械能守恒。若物体间发生相对运动，且存在相互的摩擦力作用时有内能产生，则机械能不守恒。
（2）从做功来判断“只有重力或弹力做功”，具体表现在:
①只受重力或系统内的弹力。
②还受其他力，但只有重力或系统内的弹力做功，其他力不做功。
【典例二】
2、图 中弹丸以一定的初速度在光滑碗内做复杂的曲线运动,图 中的运动员在蹦床上越跳越高。不计空气阻力,下列说法正确的是( )
A.图（a） 弹丸在上升的过程中,机械能逐渐增大
B.图 （a）弹丸在上升的过程中,机械能保持不变
C.图 （b）中的运动员多次跳跃后,机械能减小
D.图 （b）中的运动员多次跳跃后,机械能不变
解题思路：题图 （a）弹九在上升的过程中，只有重力做功，机械能守恒，所以选项B正确，A错误；题图 （b）中的运动员多次跳跃后，在蹦床上越跳越高，机械能增加，所以选项CD错误。
答案：B
机械能守恒的应用
1、单个物体的机械能守恒
（1）应用机械能守恒定律解题的基本思路
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，只要符合守恒条件，机械能就守恒。机械能守恒定律只涉及物体系的初、末状态的物理量，无需分析中间过程的复杂变化，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—物体系或物体。
②根据研究对象所经历的物理过程，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，确定研究对象在所研究过程的初、末状态时的机械能。
④根据机械能守恒定律列方程，进行求解。
【典例三】
3、如图所示的四图中有四个不同的运动过程,图甲为滑块A由静止释放将轻弹簧压缩至最短;图乙为斜面体放在光滑的水平面上,滑块B沿光滑的斜面体下滑;图丙为两个不同质量的滑块用轻绳相连接跨过光滑的定滑轮后,滑块A向下加速运动,滑块B向上加速运动;图丁为用长为L的细绳一端连接小球,另一端悬于天花板使小球在水平面内做匀速圆周运动。则下列说法正确的是( )
A.图甲中滑块的机械能守恒
B.图乙中滑块的机械能守恒
C.图丙中两个滑块组成的系统机械能守恒
D.图丁中小球的机械能不守恒
解题思路：图甲中有滑块的重力和轻弹簧的弹力做功,则滑块和轻弹簧组成的系统机械能守恒,但滑块的机械能不守恒,A错误;图乙中滑块除受重力外还受弹力作用,弹力对滑块做负功,机械能不守恒,但从能量观点看滑块和斜面体组成的系统机械能守恒,B错误;图丙中两个滑块组成的系统机械能守恒,C正确;图丁中小球的动能不变,势能不变,机械能守恒,D错误。
答案：C
【基础练习】
2、如图所示，一根跨越光滑定滑轮的轻绳，两端各拴有一杂技演员（可视为质点）。a站在地面，b处于高台上，此时绷紧的细绳间夹角为60°且左侧细绳竖直。若b从图示位置由静止开始摆下，当b摆至最低点时，a刚好对地面无压力。不考虑空气阻力，则a与b的质量之比为（ ）
A.1：1 B.2：1
C.3：1 D.4：1
3、如图所示,轻质弹簧的一端与固定的竖直板P 拴接,另一端与A物体相连,A物体静止于光滑水平桌面上,右端接一细线,细线绕过光滑的定滑轮与B 物体相连。开始时用手托住B,让细线恰好伸直,然后由静止释放B,直至B获得最大速度。下列有关该过程的分析正确的是( )
A.物体的机械能一直减小
B.B物体的动能增加量等于B物体重力势能的减少量
C.B物体机械能的减少量等于弹簧的弹性势能的增加量
D.细线拉力对A做的功等于A物体与弹簧所组成的系统机械能的增加量
解析：从开始到B速度达到最大的过程中，细线的拉力对B —直做负功，所以B的机械能一直减小，故A正确；对 于B物体，只有重力与细线拉力做功，根据动能定理可知,B物体动能的增加量等于它所受重力与拉力做功之和，不等于它 的重力势能的减少量.故B错误；整个系统中，根据功能关系 可知，B减少的机械能转化为A的机械能以及弹簧的弹性势 能，故B物体机械能的减少量大于弹簧弹性势能的增加量，故 C错误；系统机械能的增加量等于系统除重力和弹簧弹力之外 的力所做的功,A物体与弹簧所组成的系统机械能的增加量等 于细线拉力对A做的功，故D正确。
答案：D
4、如图所示,将带有凹槽的滑块甲紧靠竖直的墙壁放置,可视为质点的滑块乙由凹槽的正上方自由下落,沿图中的虚线由半圆槽的切线进入滑块甲,经过一段时间后,滑块乙从凹槽的右侧相对凹槽以竖直向上的速度离开,如果忽略一切摩擦。则( )
A.滑块乙从释放到与凹槽分离的过程中,只有重力对滑块乙做功
B.滑块乙从凹槽的最低点一直到与凹槽分离的过程中,滑块乙与凹槽组成的系统机械能守恒
C.滑块乙从释放到凹槽的最低点的过程中,始终处于失重状态
D.滑块乙在整个运动过程中的机械能守恒
解析：滑块乙从释放到凹槽的最低点的过程中,凹槽有向左运动的趋势,但实际上没有动,整个系统中只有重力做功,所以滑块乙与凹槽组成的系统机械能守恒,而滑块乙过了凹槽的最低点以后,凹槽向右运动,凹槽对滑块乙做负功,滑块乙的机械能不守恒,AD错误,B正确;滑块乙从开始下落至凹槽的最低点的过程中,滑块乙的加速度方向先向下,后有向上的分加速度,则滑块乙先失重后超重,C错误。
答案：B