物理人教版（2019）必修第二册8.4机械能守恒定律（共26张ppt）
文档属性
| 名称 | 物理人教版（2019）必修第二册8.4机械能守恒定律（共26张ppt） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 20.7MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-04-01 10:23:44 | ||
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文档简介
(共26张PPT)
第八章 机械能守恒定律
8.4 机械能守恒定律
思考：前面学习了哪几种形式的能量？表达式是什么？分别对应什么力做功？
重力势能
弹性势能
动能
势能
机械能
重力势能EP
弹性势能EP
动能Ek
WG=EP1-EP2 =-△EP
EP=mgh
W弹=EP1-EP2 = -△EP
W合=Ek2-Ek1 =△Ek
知识回顾
相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫做势能。
物体由于运动而具有的能量叫做动能。
动能和势能统称为机械能。
课堂引入
生活中有很多动能和势能相互转化的例子
伽利略
小球好像能“记住”自己的最大位置，从能量的角度思考里面的科学道理。
追寻守恒量
1.动能和势能之间的转化是通过什么来实现的呢？
2.动能和势能之间的相互转化遵循什么规律呢？
思考：
思考与讨论
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？
一、追寻守恒量
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：
一、追寻守恒量
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
一、追寻守恒量
1.重力势能与动能相互转化
A→B：物体的速度增加，即物体的动能增加，说明物体的重力势能转化成了动能。
二、动能与势能的相互转化
A
C
B
B→C：重力对物体做负功，物体的速度减小，即动能减少。但高度增加，即重力势能增加。说明物体的动能转化成了重力势能。
结论: 物体的动能和重力势能可以相互转化。
2.弹性势能与动能相互转化
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。
二、动能与势能的相互转化
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。
二、动能与势能的相互转化
2.弹性势能与动能相互转化
运动员从跳板上弹起的过程中，跳板的弹性势能转化为运动员的动能。
结论: 物体的动能和弹性势能可以相互转化。
二、动能与势能的相互转化
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（mechanical energy）。通过重力或弹力做功，机械能可以从一种形式转化成另一种形式。
二、动能与势能的相互转化
3.机械能
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？
思考与讨论
h2
h1
v2
h1
h2
Δh
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。
三、机械能守恒定律
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。
三、机械能守恒定律
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：
三、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：
守恒观点
转化观点
转移观点
或 ΔEk减=ΔEp增
或 ΔEA减=ΔEB增
（3）ΔEA=-ΔEB
（2）ΔEk= -ΔEp
（1）EK2+EP2=EK1+EP1 即 E2=E1
三、机械能守恒定律
三、机械能守恒定律
3.守恒条件
物体系统内只有重力或弹力做功(其他力不做功)，机械能守恒。（此处弹力高中阶段特指弹簧类弹力）
（1）系统不受外力。
（2）系统受其他力，而其他力不做功，只有重力（弹力）做功；
（3）系统受外力，除重力（弹力）以外的力也做功，但外力做功的代数和为零。
4.对守恒条件的理解：
拓展：对于由两个或两个以上物体(包括弹簧在内组成的系统)，如果系统只有重力做功或弹力做功，物体间只有动能、重力势能和弹性势能之间的相互转化，系统与外界没有机械能的转移，也没有机械能与其他形式能的转化，则系统的机械能就守恒。
三、机械能守恒定律
【例题】把一个小球用细线悬挂起来，就成为一个摆（如图），摆长为l ，最大偏角为θ。如果阻力可以忽略，小球运动到最低位置时的速度大小是多少？
【解析】系统只有重力做功，机械能守恒。
θ
Ep=0
在最高点: Ek1＝0，重力势能： Ep1＝mg（l － l cos θ）
在最低点: Ep2＝0， 动能：
由机械能守恒，有：Ek2＋Ep2 ＝ Ek1＋Ep1
三、机械能守恒定律
l
三、机械能守恒定律
拓展：由上述结果分析，如果改变释放时的角度，小球运动到最低点的速度有何变化？
θ
分析：从 可以看出，初状态的θ角越大，cosθ 越小，（1－cos θ ）就越大，v 也就越大。也就是说，最初把小球拉得越高，它到达最低点时的速度也就越大。
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
第八章 机械能守恒定律
8.4 机械能守恒定律
思考：前面学习了哪几种形式的能量？表达式是什么？分别对应什么力做功？
重力势能
弹性势能
动能
势能
机械能
重力势能EP
弹性势能EP
动能Ek
WG=EP1-EP2 =-△EP
EP=mgh
W弹=EP1-EP2 = -△EP
W合=Ek2-Ek1 =△Ek
知识回顾
相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫做势能。
物体由于运动而具有的能量叫做动能。
动能和势能统称为机械能。
课堂引入
生活中有很多动能和势能相互转化的例子
伽利略
小球好像能“记住”自己的最大位置，从能量的角度思考里面的科学道理。
追寻守恒量
1.动能和势能之间的转化是通过什么来实现的呢？
2.动能和势能之间的相互转化遵循什么规律呢？
思考：
思考与讨论
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？
一、追寻守恒量
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：
一、追寻守恒量
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
一、追寻守恒量
1.重力势能与动能相互转化
A→B：物体的速度增加，即物体的动能增加，说明物体的重力势能转化成了动能。
二、动能与势能的相互转化
A
C
B
B→C：重力对物体做负功，物体的速度减小，即动能减少。但高度增加，即重力势能增加。说明物体的动能转化成了重力势能。
结论: 物体的动能和重力势能可以相互转化。
2.弹性势能与动能相互转化
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。
二、动能与势能的相互转化
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。
二、动能与势能的相互转化
2.弹性势能与动能相互转化
运动员从跳板上弹起的过程中，跳板的弹性势能转化为运动员的动能。
结论: 物体的动能和弹性势能可以相互转化。
二、动能与势能的相互转化
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（mechanical energy）。通过重力或弹力做功，机械能可以从一种形式转化成另一种形式。
二、动能与势能的相互转化
3.机械能
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？
思考与讨论
h2
h1
v2
h1
h2
Δh
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。
三、机械能守恒定律
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。
三、机械能守恒定律
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：
三、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：
守恒观点
转化观点
转移观点
或 ΔEk减=ΔEp增
或 ΔEA减=ΔEB增
（3）ΔEA=-ΔEB
（2）ΔEk= -ΔEp
（1）EK2+EP2=EK1+EP1 即 E2=E1
三、机械能守恒定律
三、机械能守恒定律
3.守恒条件
物体系统内只有重力或弹力做功(其他力不做功)，机械能守恒。（此处弹力高中阶段特指弹簧类弹力）
（1）系统不受外力。
（2）系统受其他力，而其他力不做功，只有重力（弹力）做功；
（3）系统受外力，除重力（弹力）以外的力也做功，但外力做功的代数和为零。
4.对守恒条件的理解：
拓展：对于由两个或两个以上物体(包括弹簧在内组成的系统)，如果系统只有重力做功或弹力做功，物体间只有动能、重力势能和弹性势能之间的相互转化，系统与外界没有机械能的转移，也没有机械能与其他形式能的转化，则系统的机械能就守恒。
三、机械能守恒定律
【例题】把一个小球用细线悬挂起来，就成为一个摆（如图），摆长为l ，最大偏角为θ。如果阻力可以忽略，小球运动到最低位置时的速度大小是多少？
【解析】系统只有重力做功，机械能守恒。
θ
Ep=0
在最高点: Ek1＝0，重力势能： Ep1＝mg（l － l cos θ）
在最低点: Ep2＝0， 动能：
由机械能守恒，有：Ek2＋Ep2 ＝ Ek1＋Ep1
三、机械能守恒定律
l
三、机械能守恒定律
拓展：由上述结果分析，如果改变释放时的角度，小球运动到最低点的速度有何变化？
θ
分析：从 可以看出，初状态的θ角越大，cosθ 越小，（1－cos θ ）就越大，v 也就越大。也就是说，最初把小球拉得越高，它到达最低点时的速度也就越大。
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