2020年高中物理人教版必修2课件：7.8 机械能守恒定律(共37张PPT)
文档属性
| 名称 | 2020年高中物理人教版必修2课件：7.8 机械能守恒定律(共37张PPT) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 3.2MB | ||
| 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 | 2020-04-15 06:52:57 | ||
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文档简介
(共37张PPT)
8.机械能守恒定律
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一、动能和势能的相互转化
1.动能与势能的相互转化
(1)动能与重力势能间的转化:只有重力做功时,若重力做正功,则重力势能转化为动能;若重力做负功,则动能转化为重力势能。
(2)动能与弹性势能间的转化:弹力做正功,弹性势能转化为动能;弹力做负功,动能转化为弹性势能。
2.机械能
(1)机械能是动能和势能(包括重力势能和弹性势能)的统称。
(2)机械能是状态量,是标量,没有方向,但有正负之分。
填一填
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二、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,动能与势能可以相互转化,而总的机械能保持不变。
2.机械能守恒定律的表达形式
(1)初、末状态的机械能相等,即:Ek1+Ep1=Ek2+Ep2。
(2)重力势能的增加(减少)量等于动能的减少(增加)量,
即:ΔEp增=ΔEk减。
3.机械能守恒的条件
只有重力做功或系统内弹力做功。
填一填
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将物体由地面竖直上抛,如果不计空气阻力,物体能够达到的最大高度为H。当物体在上升过程中的某一位置,它的动能是重力势能的3倍,则这一位置的高度是( )
解析：物体在运动过程中机械能守恒,设动能是重力势能的3倍时的高度为h,则有mgH=Ek+mgh,即mgH=4mgh,解得
答案：D
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
对机械能守恒定律的理解?
如图所示,小球抛出后在空中运动(不计空气阻力)的过程机械能守恒吗?降落伞在空中匀速下落时机械能守恒吗?
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
1.对机械能守恒条件的理解
(1)从能量特点看:
系统只有动能和势能相互转化,无其他形式能量之间(如内能)的转化,则系统机械能守恒。
(2)从做功特点看:
①只受重力(或弹簧弹力)作用,如做抛体运动的物体。
②除重力(或弹簧弹力)外,还受其他力的作用,但其他力不做功。
③除重力(或弹簧弹力)外,受到其他力的作用,但其他力做功的代数和为零。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
2.判断机械能是否守恒的方法
(1)做功条件分析法:应用系统机械能守恒的条件进行分析。若物体系统内只有重力和弹力做功,其他力均不做功,则系统的机械能守恒。
(2)能量转化分析法:从能量转化的角度进行分析。若只有系统内物体间动能和重力势能及弹性势能的相互转化,系统跟外界没有发生机械能的传递,机械能也没有转变成其他形式的能(如没有内能增加),则系统的机械能守恒。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
【例题1(多选)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,A机械能守恒
B.乙图中,A置于光滑水平面,物体B沿光滑斜面下滑,物体B机械能守恒
C.丙图中,不计任何阻力时A加速下落,B加速上升过程中,A、B机械能守恒
D.丁图中,小球沿水平面做匀速圆锥摆运动时,小球的机械能守恒
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
解析：甲图中重力和弹力做功,物体A和弹簧组成的系统机械能守恒,但物体A机械能不守恒,选项A错误。乙图中物体B除受重力外,还受弹力,弹力对B做负功,机械能不守恒,但从能量特点看A、B组成的系统机械能守恒,选项B错误。丙图中绳子张力对A做负功,对B做正功,代数和为零,A、B机械能守恒,选项C正确。丁图中动能不变,势能不变,机械能守恒,选项D正确。
答案：CD
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
变式训练1 (多选)下列叙述中正确的是( )?
A.做匀速直线运动的物体的机械能一定守恒
B.做变速直线运动的物体的机械能可能守恒
C.合外力对物体做功为零,物体的机械能一定守恒
D.系统内只有重力或弹力做功时,系统的机械能一定守恒
解析：做匀速直线运动的物体所受合力为零,动能不变,但重力势能可能改变,A错误;做变速直线运动的物体,若只有重力对它做功时,机械能守恒,B正确;合外力对物体做功为零时,除重力之外的力有可能做功,此时机械能不一定守恒,C错误;系统内只有重力或弹力做功时,系统的机械能守恒,D正确。
答案：BD
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
机械能守恒定律的应用?
如图所示,在同一高度处,将同一小球分别以相等大小的速度抛出,忽略空气阻力,这几种情况小球落地时速度大小相等吗?
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
1.常见的表达式
(1)Ek1+Ep1=Ek2+Ep2,即初状态的动能与势能之和等于末状态的动能和势能之和,用此式必须选择参考平面。
(2)ΔEk=-ΔEp或ΔEp=-ΔEk,即动能(或势能)的增加量等于势能(或动能)的减少量,使用此式不必选择参考平面。
(3)ΔEA=-ΔEB,即A物体机械能的增加量等于B物体机械能的减少量,用此式不必选择参考平面。
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
2.应用机械能守恒定律解题的步骤
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
3.机械能守恒定律和动能定理的比较
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
【例题2】过山车的运动轨道可视为如图所示的物理模型。过山车沿光滑的斜轨道由静止开始滑下,并进入竖直平面内的圆形轨道运动,为保持过山车能够通过圆形轨道最高点而不落下来,则过山车至少应从多高处开始滑下?已知圆形轨道半径为r,不计各处摩擦。
探究一
探究二
探究三
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典例剖析
探究一
探究二
探究三
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名师精讲
典例剖析
方法二 用转化式ΔEk增(减)=ΔEp减(增)求解。
选取过山车为研究对象,过山车在运动过程中受重力和轨道的支持力,整个过程中支持力不做功,只有过山车的重力做功,过山车的机械能守恒。过山车的重力势能的减少量等于过山车的动能的增加量,有mg(h-2r)= mv2
过山车能够通过圆形轨道最高点,应满足
探究一
探究二
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名师精讲
典例剖析
探究一
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探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
变式训练2 如图为一跳台的示意图。假设运动员从雪道的最高处A由静止开始滑下,不借助其他器械,沿光滑雪道到达跳台的B点时速度多大?当他落到离B点竖直高度为10 m的雪地C点时,速度又是多大?(设这一过程中运动员没有做其他动作,忽略摩擦和空气阻力,g取10 m/s2)?
探究一
探究二
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问题导引
名师精讲
典例剖析
解析：取B点所在水平面为参考平面。由题意知A点到B点的高度差h1=4 m,B点到C点的高度差h2=10 m
从A点到B点的过程由机械能守恒定律得
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
系统机械能守恒问题分析?
如图甲所示,玩跷跷板是很多儿童喜欢的娱乐项目,示意图如图乙所示,跷板轴间光滑,质量不计。开始时小孩B所在一端触地,小孩A坐上另一端,如何求得小孩A所在一端触地瞬间两个小孩的速度大小呢?
探究一
探究二
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名师精讲
典例剖析
探究一
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典例剖析
对于除了地球以外,仍有两个或两个以上的物体组成的系统,在只有重力和系统内弹力做功,其他力做功的代数和为零时,系统机械能守恒。
一般情况下,相互关联的多个物体运动时,单个物体机械能不守恒,而整个系统的机械能守恒。可以采用“转移观点”列方程,有时也采用“转化观点”和“守恒观点”,尤其是采用“守恒观点”时,一定要采用同一个重力势能参考平面。
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
【例题3】如图所示,一很长的、不可伸长的柔软轻绳跨过光滑定滑轮,绳两端各系一小球a和b。a球质量为m,静置于地面;b球质量为3m,用手托住,高度为h,此时轻绳刚好拉紧。从静止开始释放b后,求a球可能达到的最大高度为多少?
点拨b球落地之前,a和b组成的系统机械能守恒。b球落地后,a球单独上升的过程中,a球的机械能守恒。
探究一
探究二
探究三
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名师精讲
典例剖析
解析：在b球落地前,a、b两球组成的系统机械能守恒,且a、b两球速度大小相等,设速度为v,则求解速度的方法如下:
解法一:根据“守恒观点”
ΔE初=ΔE末,取地面处的重力势能为零,则初状态系统的机械能为3mgh,末状态的机械能为 ,根据机械能守恒定律有
解法二:根据“转化观点”
系统减少的重力势能转化为系统的动能,即
ΔEp=-ΔEk,则有
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
解法三:根据“转移观点”
由题意可知,b球减少的机械能等于a球增加的机械能,即ΔEa=-ΔEb,则有
答案：1.5h
探究一
探究二
探究三
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名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
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名师精讲
典例剖析
变式训练3?如图,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( )
探究一
探究二
探究三
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名师精讲
典例剖析
答案：C
1 2 3 4
1.物体在平衡力作用下运动的过程中,下列说法正确的是 ( )
A.机械能一定不变
B.物体的动能保持不变,而势能一定变化
C.若物体的势能变化,机械能一定变化
D.若物体的势能变化,机械能不一定变化
解析：由于物体在平衡力的作用下运动,则物体的速度不变,即物体的动能不变,当物体的势能变化时机械能一定变化,C正确,A、B、D错误。
答案：C
1 2 3 4
2.(多选)下列物体中,机械能守恒的是( )
A.做平抛运动的物体
B.被匀速吊起的集装箱
C.光滑曲面上自由运动的物体
D.物体以 g的加速度竖直向上做匀减速运动
答案：AC
1 2 3 4
3.如图所示,在距地面h高处以初速度v0沿水平方向抛出一个物体,不计空气阻力,物体在下落过程中,下列说法中正确的是( )
A.物体在C点比A点具有的机械能大
B.物体在B点比C点具有的动能大
C.物体在A、B、C三点具有的动能一样大
D.物体在A、B、C三点具有的机械能相等
解析：小球在运动过程中,只受到重力作用,机械能守恒,在任何一个位置小球的机械能都是相等的。
答案：D
1 2 3 4
4.(选做题)某人站在离地面h=10 m高处的平台上以水平速度v0=5 m/s抛出一个质量m=1 kg 的小球,不计空气阻力,g取10 m/s2,求:
(1)人对小球做了多少功。
(2)小球落地时的速度为多大。
答案：(1)12.5 J (2)15 m/s
8.机械能守恒定律
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一、动能和势能的相互转化
1.动能与势能的相互转化
(1)动能与重力势能间的转化:只有重力做功时,若重力做正功,则重力势能转化为动能;若重力做负功,则动能转化为重力势能。
(2)动能与弹性势能间的转化:弹力做正功,弹性势能转化为动能;弹力做负功,动能转化为弹性势能。
2.机械能
(1)机械能是动能和势能(包括重力势能和弹性势能)的统称。
(2)机械能是状态量,是标量,没有方向,但有正负之分。
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二、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,动能与势能可以相互转化,而总的机械能保持不变。
2.机械能守恒定律的表达形式
(1)初、末状态的机械能相等,即:Ek1+Ep1=Ek2+Ep2。
(2)重力势能的增加(减少)量等于动能的减少(增加)量,
即:ΔEp增=ΔEk减。
3.机械能守恒的条件
只有重力做功或系统内弹力做功。
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将物体由地面竖直上抛,如果不计空气阻力,物体能够达到的最大高度为H。当物体在上升过程中的某一位置,它的动能是重力势能的3倍,则这一位置的高度是( )
解析：物体在运动过程中机械能守恒,设动能是重力势能的3倍时的高度为h,则有mgH=Ek+mgh,即mgH=4mgh,解得
答案：D
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探究一
探究二
探究三
对机械能守恒定律的理解?
如图所示,小球抛出后在空中运动(不计空气阻力)的过程机械能守恒吗?降落伞在空中匀速下落时机械能守恒吗?
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探究一
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探究三
1.对机械能守恒条件的理解
(1)从能量特点看:
系统只有动能和势能相互转化,无其他形式能量之间(如内能)的转化,则系统机械能守恒。
(2)从做功特点看:
①只受重力(或弹簧弹力)作用,如做抛体运动的物体。
②除重力(或弹簧弹力)外,还受其他力的作用,但其他力不做功。
③除重力(或弹簧弹力)外,受到其他力的作用,但其他力做功的代数和为零。
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探究一
探究二
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2.判断机械能是否守恒的方法
(1)做功条件分析法:应用系统机械能守恒的条件进行分析。若物体系统内只有重力和弹力做功,其他力均不做功,则系统的机械能守恒。
(2)能量转化分析法:从能量转化的角度进行分析。若只有系统内物体间动能和重力势能及弹性势能的相互转化,系统跟外界没有发生机械能的传递,机械能也没有转变成其他形式的能(如没有内能增加),则系统的机械能守恒。
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【例题1(多选)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,A机械能守恒
B.乙图中,A置于光滑水平面,物体B沿光滑斜面下滑,物体B机械能守恒
C.丙图中,不计任何阻力时A加速下落,B加速上升过程中,A、B机械能守恒
D.丁图中,小球沿水平面做匀速圆锥摆运动时,小球的机械能守恒
问题导引
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解析：甲图中重力和弹力做功,物体A和弹簧组成的系统机械能守恒,但物体A机械能不守恒,选项A错误。乙图中物体B除受重力外,还受弹力,弹力对B做负功,机械能不守恒,但从能量特点看A、B组成的系统机械能守恒,选项B错误。丙图中绳子张力对A做负功,对B做正功,代数和为零,A、B机械能守恒,选项C正确。丁图中动能不变,势能不变,机械能守恒,选项D正确。
答案：CD
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变式训练1 (多选)下列叙述中正确的是( )?
A.做匀速直线运动的物体的机械能一定守恒
B.做变速直线运动的物体的机械能可能守恒
C.合外力对物体做功为零,物体的机械能一定守恒
D.系统内只有重力或弹力做功时,系统的机械能一定守恒
解析：做匀速直线运动的物体所受合力为零,动能不变,但重力势能可能改变,A错误;做变速直线运动的物体,若只有重力对它做功时,机械能守恒,B正确;合外力对物体做功为零时,除重力之外的力有可能做功,此时机械能不一定守恒,C错误;系统内只有重力或弹力做功时,系统的机械能守恒,D正确。
答案：BD
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机械能守恒定律的应用?
如图所示,在同一高度处,将同一小球分别以相等大小的速度抛出,忽略空气阻力,这几种情况小球落地时速度大小相等吗?
探究一
探究二
探究三
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1.常见的表达式
(1)Ek1+Ep1=Ek2+Ep2,即初状态的动能与势能之和等于末状态的动能和势能之和,用此式必须选择参考平面。
(2)ΔEk=-ΔEp或ΔEp=-ΔEk,即动能(或势能)的增加量等于势能(或动能)的减少量,使用此式不必选择参考平面。
(3)ΔEA=-ΔEB,即A物体机械能的增加量等于B物体机械能的减少量,用此式不必选择参考平面。
探究一
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2.应用机械能守恒定律解题的步骤
探究一
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3.机械能守恒定律和动能定理的比较
探究一
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【例题2】过山车的运动轨道可视为如图所示的物理模型。过山车沿光滑的斜轨道由静止开始滑下,并进入竖直平面内的圆形轨道运动,为保持过山车能够通过圆形轨道最高点而不落下来,则过山车至少应从多高处开始滑下?已知圆形轨道半径为r,不计各处摩擦。
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方法二 用转化式ΔEk增(减)=ΔEp减(增)求解。
选取过山车为研究对象,过山车在运动过程中受重力和轨道的支持力,整个过程中支持力不做功,只有过山车的重力做功,过山车的机械能守恒。过山车的重力势能的减少量等于过山车的动能的增加量,有mg(h-2r)= mv2
过山车能够通过圆形轨道最高点,应满足
探究一
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问题导引
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典例剖析
变式训练2 如图为一跳台的示意图。假设运动员从雪道的最高处A由静止开始滑下,不借助其他器械,沿光滑雪道到达跳台的B点时速度多大?当他落到离B点竖直高度为10 m的雪地C点时,速度又是多大?(设这一过程中运动员没有做其他动作,忽略摩擦和空气阻力,g取10 m/s2)?
探究一
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典例剖析
解析：取B点所在水平面为参考平面。由题意知A点到B点的高度差h1=4 m,B点到C点的高度差h2=10 m
从A点到B点的过程由机械能守恒定律得
探究一
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名师精讲
典例剖析
系统机械能守恒问题分析?
如图甲所示,玩跷跷板是很多儿童喜欢的娱乐项目,示意图如图乙所示,跷板轴间光滑,质量不计。开始时小孩B所在一端触地,小孩A坐上另一端,如何求得小孩A所在一端触地瞬间两个小孩的速度大小呢?
探究一
探究二
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对于除了地球以外,仍有两个或两个以上的物体组成的系统,在只有重力和系统内弹力做功,其他力做功的代数和为零时,系统机械能守恒。
一般情况下,相互关联的多个物体运动时,单个物体机械能不守恒,而整个系统的机械能守恒。可以采用“转移观点”列方程,有时也采用“转化观点”和“守恒观点”,尤其是采用“守恒观点”时,一定要采用同一个重力势能参考平面。
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【例题3】如图所示,一很长的、不可伸长的柔软轻绳跨过光滑定滑轮,绳两端各系一小球a和b。a球质量为m,静置于地面;b球质量为3m,用手托住,高度为h,此时轻绳刚好拉紧。从静止开始释放b后,求a球可能达到的最大高度为多少?
点拨b球落地之前,a和b组成的系统机械能守恒。b球落地后,a球单独上升的过程中,a球的机械能守恒。
探究一
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解析：在b球落地前,a、b两球组成的系统机械能守恒,且a、b两球速度大小相等,设速度为v,则求解速度的方法如下:
解法一:根据“守恒观点”
ΔE初=ΔE末,取地面处的重力势能为零,则初状态系统的机械能为3mgh,末状态的机械能为 ,根据机械能守恒定律有
解法二:根据“转化观点”
系统减少的重力势能转化为系统的动能,即
ΔEp=-ΔEk,则有
探究一
探究二
探究三
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典例剖析
解法三:根据“转移观点”
由题意可知,b球减少的机械能等于a球增加的机械能,即ΔEa=-ΔEb,则有
答案：1.5h
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探究二
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典例剖析
变式训练3?如图,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( )
探究一
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典例剖析
答案：C
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1.物体在平衡力作用下运动的过程中,下列说法正确的是 ( )
A.机械能一定不变
B.物体的动能保持不变,而势能一定变化
C.若物体的势能变化,机械能一定变化
D.若物体的势能变化,机械能不一定变化
解析：由于物体在平衡力的作用下运动,则物体的速度不变,即物体的动能不变,当物体的势能变化时机械能一定变化,C正确,A、B、D错误。
答案：C
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2.(多选)下列物体中,机械能守恒的是( )
A.做平抛运动的物体
B.被匀速吊起的集装箱
C.光滑曲面上自由运动的物体
D.物体以 g的加速度竖直向上做匀减速运动
答案：AC
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3.如图所示,在距地面h高处以初速度v0沿水平方向抛出一个物体,不计空气阻力,物体在下落过程中,下列说法中正确的是( )
A.物体在C点比A点具有的机械能大
B.物体在B点比C点具有的动能大
C.物体在A、B、C三点具有的动能一样大
D.物体在A、B、C三点具有的机械能相等
解析：小球在运动过程中,只受到重力作用,机械能守恒,在任何一个位置小球的机械能都是相等的。
答案：D
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4.(选做题)某人站在离地面h=10 m高处的平台上以水平速度v0=5 m/s抛出一个质量m=1 kg 的小球,不计空气阻力,g取10 m/s2,求:
(1)人对小球做了多少功。
(2)小球落地时的速度为多大。
答案：(1)12.5 J (2)15 m/s