8.4 机械能守恒定律 第1课时 课件 2023-2024学年高一物理人教版(2019)必修第二册(共27张PPT)

(共27张PPT)
宣讲人：某某某 时间：20XX.XX
第4节 机械能守恒定律 第1课时
第八章 机械能守恒定律
学习目标
1.通过实例掌握重力、弹簧弹力做功对应势能的变化情况。
2.借自由落体运动，推导机械能守恒定律。
3.通过实例理解机械能守恒的条件及其判断技巧。
4.通过练习熟悉机械能守恒定律求解问题的步骤与方法，体会其优越性。
目录
02
01
追寻守恒的量
动能与势能的相互转化
03
机械能守恒定律
伽利略曾研究过小球在斜面上的运动。他发现：无论斜面B比斜面A陡些或缓些，小球的速度最后总会在斜面上的某点变为0，这点距斜面底端的竖直高度与它出发时的高度基本相同。
在小球的运动过程中，有哪些物理量是变化的？哪些是不变的？你能找出不变的量吗？
A
B
h
h
伽利略理想斜面实验
A
B
h
h'
探究：　小球能否到达等高处
试证明：小球在光滑的斜面Ａ上从高为h处由静止滚下，滚上另一光滑的斜面Ｂ，速度变为零时的高度为h'，h和h'的大小关系怎样？如果减小斜面B的倾角呢？
在A斜面上：
a＝gsinα
x＝ v2/2a
h ＝ x sinα＝v2/2g
在B斜面上：
a'＝－gsinβ
x'＝（0－v2）/2a'
h' ＝ x'sinβ = v2/2g
结论：h'＝h，且与β角的大小无关。
A
B
h
h'
α
β
证明：　
知识点一：追寻守恒的量
上述现象表明：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
能量概念的引入是科学前辈们追寻守恒量的一个重要事例。
知识点二：动能与势能的相互转化
mg
我们发现，在这过程中，物体的速度增加了，表示物体的动能增加了。这说明，物体原来的重力势能转化成了动能。
重力做正功
①重力势能→动能
减少的重力势能到哪里去了？
沿光滑斜面滑下
沿光滑斜面上升
mg
由于物体的高度增加，它的重力势能增加了。这说明，物体原来具有的动能转化成了重力势能。
v0
②动能→重力势能
重力做负功
减少的动能到哪里去了？
mg
竖直上抛
v0
由小球接触弹簧到速度为零的这一过程中，弹力做负功，弹簧的弹性势能增加，而物体速度减小，动能减少。小球原来的动能转化成了弹性势能。
v=6m/s
v=0
③动能→弹性势能
④弹性势能→动能
被压缩的弹簧具有弹性势能，当弹簧恢复原来形状时，就把跟它接触的物体弹出去。这一过程中，弹力做正功，弹簧的弹性势能减少，而物体得到一定的速度，动能增加。物体原来的弹性势能转化成了动能。
弹簧恢复原来形状
v=6m/s
压缩的弹簧
v=0
从上面的讨论可以看出来，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。
机械能
重力势能:
弹性势能
动能：
势能Ep
机械能E=EK+EP
物体由于运动而具有的能叫做动能
Ek=mv2/2
Ep=mgh
知识点三：机械能守恒定律
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？
v2
h1
h2
v1
情景一：落体运动（选地面为参考面）
只有重力作功的情况下，物体的机械能总量保持不变。
情景二：曲线运动
一个物体沿着光滑的曲面滑下，在A点时动能为Ek1，重力势能为Ep1 ；在B点时动能为Ek2，重力势能为Ep2 。试判断物体在A点的机械能E1和在B点的机械能E2的关系。
由动能定理：
G
FN
只有重力作功的情况下，物体的机械能总量保持不变。
在只有弹簧弹力做功的物体和弹簧系统内，动能和弹性势能相互转化，且机械能的总量保持不变。
在光滑水平面上，设弹簧被压缩x1时弹性势能为EP1，动能为EK1,设弹簧被压缩x2时弹性势能为EP2，动能为EK2
情景三：弹簧弹力做功
由动能定理：
在只有重力或弹力做功的情况下，物体系统的动能与势能相互转化，机械能的总量保持不变。这个结论称为机械能守恒定律。
2.适用条件：
系统内只有重力或弹力做功。
末态机械能
初态机械能
1.内容
3.三种常用的表达式
(1)从能量守恒的角度:E1=E2或++,即系统初态的机械能等于系统末态的机械能。注意:选用此表达式解题时,需选取零势能面。
(2)从能量转化的角度:ΔEk增=ΔEp减或ΔEp增=ΔEk减。即系统增加（或减少）的动能等于系统减少（或增加）的势能。
(3)从机械能转移的角度:ΔEA增=ΔEB减或ΔEB增=ΔEA减,即系统内物体A增加（或减少）的机械能等于物体B减少（或增加）的机械能。
4.机械能守恒的具体情况有：
(1)只受重力作用:如在不考虑空气阻力的情况下的各种抛体运动(自由落体、竖直上抛、平抛、斜抛等)。
(2)物体除受重力或系统内弹力外,还受其他力,但其他力不做功,如：物体沿光滑固定的斜面或圆弧面下滑,物体受重力和支持力作用,但支持力不做功;
(3)对于物体系统,除系统内的重力和弹力做功之外,外力不做功,有内力做功,但内力做功的代数和为零。
(4)系统跟外界没有发生机械能的传递,系统内也没有机械能与其他形式的能发生转化。
5.机械能守恒定律与动能定理的比较
规律比较 机械能守恒定律 动能定理
表达式 E1＝E2，ΔEk增＝ΔEp减 ΔEA增＝ΔEB减 W＝ΔEk
使用范围 只有重力或弹力做功 无条件限制
研究对象 物体与地球组成的系统 质点
物理意义 重力或弹力做功的过程是动能与势能相互转化的过程 合外力对物体做的功是动能变化的量度
应用角度 守恒条件及初末状态机械能的形式和大小 动能的变化及合外力做功情况
6.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,物体间的相互作用力可以是变力,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。
追寻守恒的量
机械能守恒定律
动能与势能的相互转化
动能转化为势能
势能转化为动能
机械能守恒定律
1.如图所示，下列关于机械能是否守恒的判断正确的是( )
A．甲图中，物体A将弹簧压缩的过程中，物体A的机械能守恒
B．乙图中，物体B在大小等于摩擦力的拉力作用下沿斜面下滑时，机械能守恒
C．丙图中，不计任何阻力时A加速下落、B加速上升的过程中，A、B组成的系统机械能守恒
D．丁图中，小球由水平位置A处静止释放，运动到B处的过程中，机械能守恒
BCD
2.下列过程中加点物体的机械能守恒的是 ( )
A. 秋天树叶从树上飘落
B. 在空中匀速上升的热气球
C. 运动员用力推出后在空中运动的铅球
D. 在蹦床上来回运动的运动员
C
3.如图所示，在光滑水平面上有一物体，它的左端连接着一轻弹簧，弹簧的另一端固定在墙上，在力F作用下物体处于静止状态，当撤去力F后，物体将向右运动，在物体向右运动的过程中，下列说法正确的是(　　)
A．弹簧的弹性势能逐渐减少　　　　　
B．物体的机械能不变
C．弹簧的弹性势能先增加后减少
D．弹簧的弹性势能先减少后增加
D
4.一小球以一定的初速度从图示位置进入光滑的轨道，小球先进入圆轨道1，再进入圆轨道2，圆轨道1的半径为R，轨道2的半径是轨道1的1.8倍，小球的质量为m，若小球恰好能通过轨道2的最高点B，则小球在轨道1上经过A处时对轨道的压力为(　　)
A．2mg　　　　B．3mg　　　　
C．4mg　　　　D．5mg
C