高中物理 沪科版 必修2 4.2 研究机械能守恒定律 (1)(共25张PPT)

(共25张PPT)
沪科版·高中物理·必修2
第四章
能量守恒与可持续发展
4.2
1、知道什么是机械能。
2、会通过重力做功来论证机械能守恒。
3、能应用机械能守恒定律分析实际问题。
生活中存在着各种各样的能量，不同的能量之间可以相互转化，让我们通过几个例子来看一看这种转化的过程。
视频中的几个实例在运动过程中，存在哪些能量，又是如何转化的呢？
1、水从高处流下，推动水车转动。
水的重力势能转化为水的动能，水的动能又转化为水车的动能。
2、重锤从高处落下。
重锤的重力势能转化为重锤的动能。
3、弹簧把小球弹开。
弹簧的弹性势能转化为小球的动能。
4、过山车在轨道上运动。
下降过程重力势能转化为动能，上升过程动能转化为重力势能。
可以看到不同形式的机械能可以相互转化，那么它们的转化遵循什么规律呢？如何应用这个规律解决实际问题呢？
机械能：物体的动能与势能之和称为机械能。
用符号E表示机械能，则有：
机械能是标量，具有相对性。
一、机械能
二、研究机械能守恒定律
情景问题1：一台打桩机重锤从距桩顶高H的0处自由下落，最后落至桩顶B处，途中经过距桩顶高h的A处。求：
重锤在0处、A处以及刚落至桩顶B处的机械能？并分析重锤在0处、A处和B处机械能的定量关系。
0
A
B
设打桩机重锤的质量是m，当重锤离桩顶高H的0处时，以桩顶为参考平面，重锤具有的机械能是
忽略空气阻力，重锤下落过程中只有重力做功。当下落至离桩顶高h的A处时，
0
A
B
此时的动能
此时的势能
此时的机械能
同理，重锤刚下落至桩顶B处时，有
此时的动能
此时的势能
此时的机械能
情景问题2：一质量为m的物体从高H处由静止沿光滑曲面滑下，经过高度为h1的A点时速度为v1，下落至高度为h2的B点时速度为v2，取地面为参考平面。试分析：
物体在A点的机械能和在B点的机械能的定量关系也相等吗？
h1
h2
v2
v1
物体从H高处运动至A点时，由动能定理有
此时的动能
此时的势能
此时的机械能
同理，物体运动至B点时，由动能定理有
此时的动能
此时的势能
此时的机械能
对比两种不同情景
仅受重力；
只有重力做功；
直线运动
除了受重力还受到支持力；
只有重力做功；
曲线运动
结论：在只有重力做功的系统内，动能与重力势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。
0
A
B
可以看到，在只有重力做功时，无论物体做直线运动还是曲线运动，机械能都是守恒的。
同理可证，在只有弹力做功的系统内，物体的弹性势能和动能也能相互转化，且总的机械能也保持不变。
在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以互相转化，而总的机械能保持不变。
内容：
1、只受重力或弹力，不受其他力；
2、除重力或弹力外还受其它力，但其它力都不做功或其它力做功的代数和始终为零。
对象
守恒条件
表达式：
机械能守恒定律
物体沿光滑斜面下滑
例1：你能确定以下运动机械能是否守恒吗？
光滑
将一轻弹簧压缩后，物体沿光滑水平面运动。
空气阻力和摩擦力忽略不计。
应用机械能守恒定律：
例2、打桩机重锤的质量为250kg，被提升到20m的高度后自由落下。求它到达地面时的动能和速度。（g=10m/s2）
解析：打桩机自由下落的过程中，只有重力做功，故机械能守恒，选地面为参考面则有
初状态的机械能
末状态的机械能
由机械能守恒定律得
用机械能守恒定律解决实际问题时要先判断是不是只有重力或弹力做功。
应用机械能守恒定律解题的步骤：
(1)确定研究对象，明确它的运动过程
(2)对研究对象受力分析，明确各力做功情况，判断机械能是否守恒
(3)明确初状态和末状态的机械能
(4)利用机械能守恒定律列方程求解
课堂检测
练习1、某车站的站台建得稍高，汽车进站时要上坡，出站时要下坡。忽略斜坡的摩擦力，从机械能守恒的角度分析这种设计的优点？
练习2、行星绕太阳运动，卫星绕地球运动的过程是否也遵循机械能守恒定律呢？
练习1、某车站的站台建得稍高，汽车进站时要上坡，出站时要下坡。忽略斜坡的摩擦力，从机械能守恒的角度分析这种设计的优点？
汽车进站时关闭了发动机，但仍具有动能，可使汽车爬上斜坡，这是将动能转化为势能储存起来。出站时，汽车可利用斜坡再将势能转化成动能。这种设计可以节约能源。
另外这种设计还有效的减少了刹车系统的使用，降低了刹车磨损。
练习2、行星绕太阳运动，卫星绕地球运动的过程是否也遵循机械能守恒定律呢？
物体的重力是由于地球的引力产生的。在地球表面的物体只有重力做功时机械能守恒。研究表明，宇宙中各星球之间都存在相互作用的引力，行星绕太阳的运动，卫星绕地球的运动都符合机械能守恒的条件，它们的机械能守恒。
1、机械能守恒定律：
2、机械能守恒的条件
只有重力或弹力做功。
在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以互相转化，而总的机械能保持不变。
(1)确定研究对象，明确它的运动过程
(2)对物体受力分析，明确各力做功情况，判断机械能是否守恒
(3)明确初状态和末状态的机械能
(4)利用机械能守恒定律列方程求解
3、应用机械能守恒定律解题的步骤：