人教版高中物理必修2第8章第4节机械能守恒定律课件(共34张PPT)

文档属性

名称 人教版高中物理必修2第8章第4节机械能守恒定律课件(共34张PPT)
格式 zip
文件大小 1.1MB
资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2020-08-29 05:56:56

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文档简介

(共34张PPT)
机械能守恒定律
新知导入
这实际上是动能和势能之间发生了相互转化,那么你知道它们在转化的过程中遵守什么规律吗?
翻滚过山车
思考:一辆过山车在下滑过程中,既然没有什么动力,为什么每次总能如此准确的完成一连串有惊无险的动作呢?
新知讲解
一、追寻守恒量
能量对于科学研究和日常生活有着巨大的影响,但要用一句话说清楚能量究竟是什么却非易事。
思考讨论1:如果不采用能量的概念,你能描述伽利略的斜面实验吗?
h
h
B
A
新知讲解
伽利略为了把小球从桌面提高到斜面上的某个位置,施加了与重力相反的力;当他释放小球时,重力使小球滚下斜面
A
;在斜面的底部,小球由于惯性而滚上斜面
B。
思考讨论2:不采用能量描述,能全面并准确表达伽利略的斜面实验吗?
不能直接表达一个最重要的事实:如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略,小球必将准确地终止于它开始运动时的高度,不会更高一点,也不会更低一点。这说明某种“东西”在小球运动的过程中是不变的。
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。
新知讲解
二、动能与势能的相互转化
1.重力势能与动能相互转化
A
C
B
A-B:在这个过程中,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。
新知讲解
A
C
B
B-C:在这个过程中,这时重力对物体做负功,物体的速度减小,表示物体的动能减少了。但由于物体的高度增加,它的重力势能增加了。
这说明,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。
新知讲解
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。
V=5m/s
V=0
新知讲解
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。
压缩的弹簧
弹簧恢复原来形状
新知讲解
运动员从跳板上弹起的过程中,跳板的—————————转化为运动员的
——————。
跳板跳水
弹性势能
动能
结论:
物体的动能和弹性势能可以相互转化。
新知讲解
3.机械能
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。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。
思考与讨论: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,如下图所示。
新知讲解
(1)在这两种情况下,重力做的功相等吗?
(2)重力势能的变化相等吗?
(3)动能的变化相等吗?
(3)重力势能各转化成什么形式的能?
h1
h2
真空

小球在真空和油中的下落
新知讲解
参考答案:
(1)这两种情况下,重力做功相等;
(2)重力势能的变化相等;
(3)动能变化不相等;
(4)第一次减小的重力势能完全转化为动能,第二次减小的重力势能除了转化为动能外,还有一部分转化为内能。
新知讲解
三、机械能守恒定律
我们发现其它力做功会引起机械能与内能等其他能量的相互转换,所以机械能守恒定律是有条件的。
例1:如图物体沿光滑曲面滑下的情形。这种情形下,物体受到哪些力的作用?哪些力做功?
A
B
h1
h2
G
FN
新知讲解
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,所以,只有重力做功。
如图所示物体在某一时刻处在高度为
h1
的位置A,这时它的速度是
v1
。经过一段时间后,物体下落到高度为
h2
的另一位置
B,这时它的速度是
v2
。用
W
表示这一过程中重力做的功。
A
B
h1
h2
新知讲解
另一方面,重力对物体做的功等于物体重力势能的减少。
即:
从动能定理知道,重力对物体做的功等于物体动能的增加,即:
进一步整理可得:
从以上两式可得:
这就是说,重力做了多少功,就有多少重力势能转化为动能。
新知讲解
等式左边为物体末状态动能与势能之和,等式右边为物体初状态动能与势能之和。
结论:在只有重力做功的系统内,动能与重力势能互相转化时总的机械能保持不变。
思考与讨论
在上图中,如果物体从位置
B
沿光滑曲面上升到位置
A,重力做负功。这种情况下上式的关系是否还成立?
新知讲解
另一方面,重力对物体做的负功等于物体重力势能的增加。
即:
由动能定理得:
进一步整理可得:
从以上两式可得:
这就是说,重力做了多少功,就有多少重力势能转化为动能。
这种情况下上式的关系仍然成立。
新知讲解
思考讨论:如何理解只有重力做功?
(1)物体只受重力作用。
(2)物体除受重力外还受到其他力的作用,但其他力不做功,或其他力做功的代数和为零.
平抛运动或其它抛体运动的物体。
mg
v
沿光滑斜面下滑的物体受重力和支持力
v
mg
N
只受重力。
但支持力不做功。
新知讲解
沿粗糙斜面下滑的物体,拉力F大小和摩擦力
f
大小相等,拉力F和摩擦力f
做功的代数和为零。
v
mg
N
F
f
同样可以证明,在只有弹力做功的系统内,动能和弹性势能互相转化时总的机械能也保持不变。
新知讲解
1.机械能守恒定律内容
在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能和势能发生相互转化,但机械能的总量保持不变。
2.
表达式
EK1
+
EP1
=
EK2
+
EP2
或E1=E2
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。对于该条件可具体理解如下:
新知讲解
(1)系统不受外力。
(2)系统受外力,但所有外力均不做功。
(3)系统受外力,而且外力做功,但外力做功的代数和为零。
如图所示滑雪者沿斜面下滑时机械能守恒吗?
新知讲解
滑雪者沿斜面下滑时,斜面的支持力与运动方向垂直,不做功;如果阻力做的功较少,可以忽略,则只有重力做功。此种情况下,动能与重力势能可以互相转化,总的机械能守恒。
如果阻力做的功较大,不能忽略,则机械能不守恒。
新知讲解
【例题】把一个小球用细线悬挂起来,就成为一个摆如图所示,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?
分析
在阻力可以忽略的情况下,小球摆动过程中受重力和细线的拉力。细线的拉力与小球的运动方向垂直,不做功,所以这个过程中只有重力做功,机械能守恒。
l
θ
A
O
C
新知讲解
小球在最高点只有重力势能,动能为
0,计算小球在最高点和最低点重力势能的差值,根据机械能守恒定律就能得出它在最低点的动能,从而算出它在最低点的速度。
解:以小球为研究对象。设最低点的重力势能为
0,以小球在最高点的状态作为初状态,以小球在最低点的状态作为末状态。
在最高点的动能
Ek1=0,重力势能是Ep1=mg(l

l
cos
θ)
在最低点的重力势能
Ep2

0,而动能可以表示为:
新知讲解
运动过程中只有重力做功,所以机械能守恒,即:Ek2+Ep2

Ek1+Ep1
把初末状态下动能、重力势能的表达式代入,得
=mg(L-L
cos
θ)
由此解出小球运动到最低点时的速度大小:
从得到的表达式可以看出,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。
新知讲解
解题步骤:
(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。
新知讲解
应用机械能守恒定律解决问题的优点:只需考虑运动的初状态和末状态,不必考虑两个状态间过程的细节,这样就简化了计算。
特别提醒!
机械能守恒的条件绝不是合外力的功等于零,更不是合外力为零;判断机械能是否守恒时主要看是否只有重力或弹力做功。
课堂练习
1.在下列情况中,机械能守恒的是


A.飘落的树叶
B.沿着斜面匀速下滑的物体
C.被起重机匀加速吊起的物体
D.不计空气阻力,推出的铅球在空中运动的过程
D
课堂练习
2.关于机械能,下列说法中正确的是(

A.做变速运动的物体,
只要有摩擦力存在,机械能一定减少
B.如果物体所受的合外力不为零,则机械能一定发生变化
C.作斜抛运动的物体,不计空气阻力时,机械能是守恒的。
因而物体在同一高度,
具有相同的速度
D.在水平面上做变速运动的物体,它的机械能不一定变化
D
课堂练习
3.关于机械能守恒定律的适用条件,下列说法中正确的是(
)
A.
物体所受的合外力为零时,机械能守恒
B.
物体沿斜面加速下滑过程中,机械能一定不守恒
C.
系统中只有重力和弹簧弹力做功时,系统的机械能守恒
D.
在空中飞行的炮弹爆炸前后机械能守恒
C
课堂练习
4.
如图所示,某人用平行斜面向下的拉力F将物体沿固定斜面拉下,拉力大小等于摩擦力,则下列说法中正确的是(

A.物体的机械能不变
B.合外力对物体做功为零
C.物体做匀速直线运动
D.物体的机械能减小
A
5.在下列运动过程中,物体机械能守恒的是(  )
A.核潜艇在海中匀速下潜
B.陨石在大气层加速下落
C.神舟飞船在椭园轨道上绕地球运行
D.动车组在平直铁轨上加速出站
C
课堂练习
拓展提高
1.直升飞机下挂一质量为10Kg的重物,以v0=10m/s匀速上升,当到达离地高h=175m处时,悬挂重物的绳子突然断裂,求:从绳子断裂开始,重物经______落到地面,重物落地时的机械能为_________J.(取地面为零势能面,空气阻力不计,g取10m/s2)
18000
7s
拓展提高
2.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.以4g
/5的加速度竖直向上做匀减速运动的物体
AC