人教版高中物理必修第二册 第8章 第4节 机械能守恒定律（课件）(共26张PPT)
文档属性
| 名称 | 人教版高中物理必修第二册 第8章 第4节 机械能守恒定律（课件）(共26张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 1.2MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-12-07 14:50:30 | ||
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文档简介
(共26张PPT)
第8章 机械能守恒定律
第4节 机械能守恒定律
让小球在斜面A某位置处由静止滚下，小球会冲上斜面B，改变斜面B的倾角，观察小球是否能够到达与释放位置相同的高度。
导入
伽利略曾研究过小球在斜面上的运动。改变斜面A的倾角，小球的速度最后总会在斜面B上的某位置变为0，那小球能否到达与释放位置相同的高度呢？
不能。因为存在空气阻力和摩擦力。
如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略不计，又会出现什么现象呢？
小球在斜面B上静止时，距底面的竖直高度与它出发时的竖直高度基本相同。
环节一：分析“斜面实验”，初步认识守恒思想
小球似乎会“记住”或“有愿望”，总想回到原来的高度。某种“东西”在小球的运动过程中是不变的。运动过程中总是保持不变的量，我们称之为“守恒量”。在忽略空气阻力和摩擦力影响的前提下，小球在斜面A、B上运动的过程中什么量是守恒的呢？
能量守恒。
16世纪末，伽利略、惠更斯、托马斯·杨等科学家对上述现象进行了不懈的研究，认为应当从能量的角度来研究这个“守恒量”。这节课我们就从能量的角度来研究一下，能量是如何转化的呢？这个关于能量的守恒量究竟是什么呢？
环节一：分析“斜面实验”，初步认识守恒思想
在忽略空气阻力和摩擦力的前提下，我们可以把两个斜面抽象成光滑斜面。请大家从能量的角度来认识这个物理过程——小球从斜面A上由静止滚下到冲上斜面B且速度变为0的过程中，哪些能量发生了转化？
小球从光滑斜面A上滚下的过程中，它的重力势能不断减少，但它的速度越来越大，即它的动能不断增加，所以这个过程中小球的重力势能转化为动能；在小球冲上光滑斜面B的过程中，它的重力势能不断增加，但它的速度越来越小，即它的动能不断减少，在这个过程中小球的动能不断转化为重力势能。
环节二：从动能和势能转化的角度，认识机械
能守恒
做功是能量转化的量度，在整个过程中，通过什么力做功使重力势能发生了变化？通过什么力做功使动能发生了变化？
小球从光滑斜面A滚下的过程中，重力做正功，重力势能减少；小球冲上光滑斜面B的过程中，重力做负功，重力势能增加。整个过程中，只有重力做了功。小球从光滑斜面A上滚下的过程中，重力做正功，动能增加；小球冲上光滑斜面B的过程中，重力做负功，动能减少。
环节二：从动能和势能转化的角度，认识机械
能守恒
通过重力做功，重力势能和动能之间发生了转化。在整个过程中，什么是守恒量
重力势能和动能之和保持不变，所以重力势能和动能之和是守恒量。
弹性势能可以与动能相互转化吗？
环节二：从动能和势能转化的角度，认识机械
能守恒
在水平桌面上放置一个气垫导轨，将弹簧的一端固定于气垫导轨左侧，弹簧的另一端与滑块相连。开始，弹簧处于原长状态，滑块位于O点。然后，推动滑块压缩弹簧至某一位置A并由静止释放，滑块来回振动。
在这个过程中，空气阻力和摩擦力足够小，可以忽略不计。滑块的运动有什么特点？
滑块在O点左右两侧运动。
环节二：从动能和势能转化的角度，认识机械
能守恒
在理想过程中，能量是如何转化的？通过什么力做功，实现了能量的转化？整个过程中，存在守恒量吗？
从A点到O点，弹力做正功，弹性势能减少。根据动能定理，只有弹力做功，合力做的功即弹力做的功，弹力做正功，动能增加。滑块到达O点时，动能最大，弹性势能最小。
从O点到B点，弹力做负功，弹性势能增加。根据动能定理，只有弹力做功，合力做的功即弹力做的功，弹力做负功，动能减少。滑块到达B点时，动能最小，弹性势能最大。
整个过程中，通过弹力做功，弹性势能和动能之间相互转化，弹性势能和动能之和保持不变。
环节二：从动能和势能转化的角度，认识机械
能守恒
如图所示，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。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？
环节二：从动能和势能转化的角度，认识机械
能守恒
这两种情况下，重力做的功相同，重力做的功等于重力势能的变化量，所以重力势能的变化相等。动能的变化可以根据动能定理来分析。在真空中，重力做的功等于动能的变化量，减少的重力势能等于增加的动能，系统机械能守恒。在黏性较大的液体中，重力做的功和阻力做的功之和等于动能的变化量，减少的重力势能一部分转化为动能，一部分转化为内能，系统机械能不守恒。
环节二：从动能和势能转化的角度，认识机械
能守恒
请同学们试着举例，还有哪些过程中系统机械能守恒？
竖直上抛小钢球，小钢球受到的空气阻力较小，可以忽略不计。在这个过程中，只有重力做功，系统机械能守恒。
环节二：从动能和势能转化的角度，认识机械
能守恒
动能与势能之间的相互转化，是否存在定量关系呢？
如图所示，质量为m的物体沿
光滑的曲面下滑，下落过程中经
过任意两个位置A和B，高度由h1
变化到h2，速度由v1变化到v2，不
计空气阻力。请利用动能定理和
重力做功的特点，讨论沿光滑曲
面下滑的物块的机械能是否守恒。
环节三：通过定量研究机械能之间的相互转化，
得出机械能守恒定律
任取两个位置A和B，研究物体从位置A运动到位置B的过程。该过程中，物体受到重力和曲面支持力的作用，因为支持力方向与运动方向垂直，支持力不做功，只有重力做功。
根据动能定理，重力对物体做的功等于物体动能的增加量，即WG＝mv22﹣mv12；重力对物体做的功等于重力势能的变化量，即WG＝mgh1﹣mgh2；从以上两式可得mgh1﹣mgh2＝mv22﹣mv12。
环节三：通过定量研究机械能之间的相互转化，
得出机械能守恒定律
物体下滑的过程中，重力做正功，重力势能减少，减小的重力势能转化为动能。
由mgh1﹣mgh2＝mv22﹣mv12可得mv12＋mgh1＝mv22＋mgh2。
取水平面为零势能面，等式左边是物体初状态的动能与势能之和，等式右边为物体末状态的动能与势能之和。在只有重力做功的系统内，动能和重力势能互相转化时，总的机械能保持不变。
环节三：通过定量研究机械能之间的相互转化，
得出机械能守恒定律
上述过程中，物体从位置B上升到位置A的过程中，重力做负功，上述关系式是否依然成立？
重力虽然做负功，但是合力做的功与动能的关系、重力做功与重力势能的关系依然成立，因此上述关系式也仍然是成立的。
环节三：通过定量研究机械能之间的相互转化，
得出机械能守恒定律
在水平弹簧系统中，可以定量分析动能和弹性势能的相互转化吗？
在水平弹簧系统中，只有弹力做功。根据动能定理，弹力对物体做的功等于物体动能的增加量，弹力对物体做的功等于弹性势能的减少量。也可以定量分析出，系统内只有动能和弹性势能相互转化时，系统的机械能守恒。
环节三：通过定量研究机械能之间的相互转化，
得出机械能守恒定律
如果在一个过程中，重力和弹力都做功，系统的机械能还守恒吗？
例题 竖直悬挂的轻弹簧下连接一个
小球，小球处于静止状态时位于O点。用手
托起小球至某位置。放手后，小球来回振
动。忽略空气阻力的影响，在小球振动的
过程中，系统机械能守恒吗？为什么？
环节三：通过定量研究机械能之间的相互转化，
得出机械能守恒定律
在小球运动的过程中，任选两个状态A和B。选某位置为势能零点，处于状态A时，物体具有的动能为EkA，系统具有的重力势能为
Ep重A，系统具有的弹性势能为Ep弹A；处于状态B时，物体具有动能为EkB，系统具有的重力势能为Ep重B，系统具有的弹性势能为Ep弹B。
环节三：通过定量研究机械能之间的相互转化，
得出机械能守恒定律
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，这叫作机械能守恒定律。
根据以上的研究，你认为物体在运动过程中机械能守恒的条件是什么？你对机械能守恒是如何理解的？
只有重力或弹力做功。
环节三：通过定量研究机械能之间的相互转化，
得出机械能守恒定律
重力势能是地球与物体所组成的“系统”所共有的，弹性势能也是系统所共有的，如弹簧的弹性势能是弹簧与弹簧连接的物体所构成的“系统”所共有的，它们都具有系统性，所以守恒对象是指“系统”。
对“只有重力或弹力做功”的守恒条件的理解，弹力指的是系统内的弹力，守恒条件可以理解为在系统内有且仅有重力或系统内的弹力做功。
“动能与势能相互转化”是指系统内不同形式的机械能相互转化，其他形式的能量不参与该转化。
环节三：通过定量研究机械能之间的相互转化，
得出机械能守恒定律
例题 把一小球用细线悬挂
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？
环节四：机械能守恒定律的应用
应用机械能守恒定律分析问题的思维流程：
(1)确定研究对象及运动过程。
(2)分析物体在运动过程中的受力情况，明确过程中系统内是否只有重力或弹力做功，是否满足机械能守恒的条件。
(3)如果满足机械能守恒的条件，规定势能参考面，明确初状态的动能和势能和末状态的动能和势能。
(4)根据机械能守恒定律写出表达式并计算求解。
环节四：机械能守恒定律的应用
课堂练习
BD
课堂练习
CD
课堂练习
3.在高度为0.8 m的水平光
滑桌面上，有一轻弹簧左端固
定，质量为1 kg的小球在外力
作用下使弹簧处于压缩状态，
当弹簧具有4.5 J的弹性势能时，
由静止释放小球，将小球水平弹出，如图所示，不计空气阻力，求小球落地时的速度大小。（g取10 m/s2）
小球在运动过程中只受重力和弹力，系统机械能守恒，以地面为零势能面，则有mgh＋W弹＝mv2，代入数据解得v＝5 m/s。
第8章 机械能守恒定律
第4节 机械能守恒定律
让小球在斜面A某位置处由静止滚下，小球会冲上斜面B，改变斜面B的倾角，观察小球是否能够到达与释放位置相同的高度。
导入
伽利略曾研究过小球在斜面上的运动。改变斜面A的倾角，小球的速度最后总会在斜面B上的某位置变为0，那小球能否到达与释放位置相同的高度呢？
不能。因为存在空气阻力和摩擦力。
如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略不计，又会出现什么现象呢？
小球在斜面B上静止时，距底面的竖直高度与它出发时的竖直高度基本相同。
环节一：分析“斜面实验”，初步认识守恒思想
小球似乎会“记住”或“有愿望”，总想回到原来的高度。某种“东西”在小球的运动过程中是不变的。运动过程中总是保持不变的量，我们称之为“守恒量”。在忽略空气阻力和摩擦力影响的前提下，小球在斜面A、B上运动的过程中什么量是守恒的呢？
能量守恒。
16世纪末，伽利略、惠更斯、托马斯·杨等科学家对上述现象进行了不懈的研究，认为应当从能量的角度来研究这个“守恒量”。这节课我们就从能量的角度来研究一下，能量是如何转化的呢？这个关于能量的守恒量究竟是什么呢？
环节一：分析“斜面实验”，初步认识守恒思想
在忽略空气阻力和摩擦力的前提下，我们可以把两个斜面抽象成光滑斜面。请大家从能量的角度来认识这个物理过程——小球从斜面A上由静止滚下到冲上斜面B且速度变为0的过程中，哪些能量发生了转化？
小球从光滑斜面A上滚下的过程中，它的重力势能不断减少，但它的速度越来越大，即它的动能不断增加，所以这个过程中小球的重力势能转化为动能；在小球冲上光滑斜面B的过程中，它的重力势能不断增加，但它的速度越来越小，即它的动能不断减少，在这个过程中小球的动能不断转化为重力势能。
环节二：从动能和势能转化的角度，认识机械
能守恒
做功是能量转化的量度，在整个过程中，通过什么力做功使重力势能发生了变化？通过什么力做功使动能发生了变化？
小球从光滑斜面A滚下的过程中，重力做正功，重力势能减少；小球冲上光滑斜面B的过程中，重力做负功，重力势能增加。整个过程中，只有重力做了功。小球从光滑斜面A上滚下的过程中，重力做正功，动能增加；小球冲上光滑斜面B的过程中，重力做负功，动能减少。
环节二：从动能和势能转化的角度，认识机械
能守恒
通过重力做功，重力势能和动能之间发生了转化。在整个过程中，什么是守恒量
重力势能和动能之和保持不变，所以重力势能和动能之和是守恒量。
弹性势能可以与动能相互转化吗？
环节二：从动能和势能转化的角度，认识机械
能守恒
在水平桌面上放置一个气垫导轨，将弹簧的一端固定于气垫导轨左侧，弹簧的另一端与滑块相连。开始，弹簧处于原长状态，滑块位于O点。然后，推动滑块压缩弹簧至某一位置A并由静止释放，滑块来回振动。
在这个过程中，空气阻力和摩擦力足够小，可以忽略不计。滑块的运动有什么特点？
滑块在O点左右两侧运动。
环节二：从动能和势能转化的角度，认识机械
能守恒
在理想过程中，能量是如何转化的？通过什么力做功，实现了能量的转化？整个过程中，存在守恒量吗？
从A点到O点，弹力做正功，弹性势能减少。根据动能定理，只有弹力做功，合力做的功即弹力做的功，弹力做正功，动能增加。滑块到达O点时，动能最大，弹性势能最小。
从O点到B点，弹力做负功，弹性势能增加。根据动能定理，只有弹力做功，合力做的功即弹力做的功，弹力做负功，动能减少。滑块到达B点时，动能最小，弹性势能最大。
整个过程中，通过弹力做功，弹性势能和动能之间相互转化，弹性势能和动能之和保持不变。
环节二：从动能和势能转化的角度，认识机械
能守恒
如图所示，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。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？
环节二：从动能和势能转化的角度，认识机械
能守恒
这两种情况下，重力做的功相同，重力做的功等于重力势能的变化量，所以重力势能的变化相等。动能的变化可以根据动能定理来分析。在真空中，重力做的功等于动能的变化量，减少的重力势能等于增加的动能，系统机械能守恒。在黏性较大的液体中，重力做的功和阻力做的功之和等于动能的变化量，减少的重力势能一部分转化为动能，一部分转化为内能，系统机械能不守恒。
环节二：从动能和势能转化的角度，认识机械
能守恒
请同学们试着举例，还有哪些过程中系统机械能守恒？
竖直上抛小钢球，小钢球受到的空气阻力较小，可以忽略不计。在这个过程中，只有重力做功，系统机械能守恒。
环节二：从动能和势能转化的角度，认识机械
能守恒
动能与势能之间的相互转化，是否存在定量关系呢？
如图所示，质量为m的物体沿
光滑的曲面下滑，下落过程中经
过任意两个位置A和B，高度由h1
变化到h2，速度由v1变化到v2，不
计空气阻力。请利用动能定理和
重力做功的特点，讨论沿光滑曲
面下滑的物块的机械能是否守恒。
环节三：通过定量研究机械能之间的相互转化，
得出机械能守恒定律
任取两个位置A和B，研究物体从位置A运动到位置B的过程。该过程中，物体受到重力和曲面支持力的作用，因为支持力方向与运动方向垂直，支持力不做功，只有重力做功。
根据动能定理，重力对物体做的功等于物体动能的增加量，即WG＝mv22﹣mv12；重力对物体做的功等于重力势能的变化量，即WG＝mgh1﹣mgh2；从以上两式可得mgh1﹣mgh2＝mv22﹣mv12。
环节三：通过定量研究机械能之间的相互转化，
得出机械能守恒定律
物体下滑的过程中，重力做正功，重力势能减少，减小的重力势能转化为动能。
由mgh1﹣mgh2＝mv22﹣mv12可得mv12＋mgh1＝mv22＋mgh2。
取水平面为零势能面，等式左边是物体初状态的动能与势能之和，等式右边为物体末状态的动能与势能之和。在只有重力做功的系统内，动能和重力势能互相转化时，总的机械能保持不变。
环节三：通过定量研究机械能之间的相互转化，
得出机械能守恒定律
上述过程中，物体从位置B上升到位置A的过程中，重力做负功，上述关系式是否依然成立？
重力虽然做负功，但是合力做的功与动能的关系、重力做功与重力势能的关系依然成立，因此上述关系式也仍然是成立的。
环节三：通过定量研究机械能之间的相互转化，
得出机械能守恒定律
在水平弹簧系统中，可以定量分析动能和弹性势能的相互转化吗？
在水平弹簧系统中，只有弹力做功。根据动能定理，弹力对物体做的功等于物体动能的增加量，弹力对物体做的功等于弹性势能的减少量。也可以定量分析出，系统内只有动能和弹性势能相互转化时，系统的机械能守恒。
环节三：通过定量研究机械能之间的相互转化，
得出机械能守恒定律
如果在一个过程中，重力和弹力都做功，系统的机械能还守恒吗？
例题 竖直悬挂的轻弹簧下连接一个
小球，小球处于静止状态时位于O点。用手
托起小球至某位置。放手后，小球来回振
动。忽略空气阻力的影响，在小球振动的
过程中，系统机械能守恒吗？为什么？
环节三：通过定量研究机械能之间的相互转化，
得出机械能守恒定律
在小球运动的过程中，任选两个状态A和B。选某位置为势能零点，处于状态A时，物体具有的动能为EkA，系统具有的重力势能为
Ep重A，系统具有的弹性势能为Ep弹A；处于状态B时，物体具有动能为EkB，系统具有的重力势能为Ep重B，系统具有的弹性势能为Ep弹B。
环节三：通过定量研究机械能之间的相互转化，
得出机械能守恒定律
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，这叫作机械能守恒定律。
根据以上的研究，你认为物体在运动过程中机械能守恒的条件是什么？你对机械能守恒是如何理解的？
只有重力或弹力做功。
环节三：通过定量研究机械能之间的相互转化，
得出机械能守恒定律
重力势能是地球与物体所组成的“系统”所共有的，弹性势能也是系统所共有的，如弹簧的弹性势能是弹簧与弹簧连接的物体所构成的“系统”所共有的，它们都具有系统性，所以守恒对象是指“系统”。
对“只有重力或弹力做功”的守恒条件的理解，弹力指的是系统内的弹力，守恒条件可以理解为在系统内有且仅有重力或系统内的弹力做功。
“动能与势能相互转化”是指系统内不同形式的机械能相互转化，其他形式的能量不参与该转化。
环节三：通过定量研究机械能之间的相互转化，
得出机械能守恒定律
例题 把一小球用细线悬挂
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？
环节四：机械能守恒定律的应用
应用机械能守恒定律分析问题的思维流程：
(1)确定研究对象及运动过程。
(2)分析物体在运动过程中的受力情况，明确过程中系统内是否只有重力或弹力做功，是否满足机械能守恒的条件。
(3)如果满足机械能守恒的条件，规定势能参考面，明确初状态的动能和势能和末状态的动能和势能。
(4)根据机械能守恒定律写出表达式并计算求解。
环节四：机械能守恒定律的应用
课堂练习
BD
课堂练习
CD
课堂练习
3.在高度为0.8 m的水平光
滑桌面上，有一轻弹簧左端固
定，质量为1 kg的小球在外力
作用下使弹簧处于压缩状态，
当弹簧具有4.5 J的弹性势能时，
由静止释放小球，将小球水平弹出，如图所示，不计空气阻力，求小球落地时的速度大小。（g取10 m/s2）
小球在运动过程中只受重力和弹力，系统机械能守恒，以地面为零势能面，则有mgh＋W弹＝mv2，代入数据解得v＝5 m/s。