广西南宁地区2020-2021学年高一下学期物理人教版必修2课件：7.8机械能守恒定律40张PPT

机械能守恒定律
教学目标
知道机械能的各种形式，能够分析动能与势能（包括弹性势能）之间的相互转化问题
能够根据动能定理和重力做功与重力势能变化间的关系，推导出机械能守恒定律
会根据机械能守恒的条件判断机械能是否守恒，能运用机械能守恒定律解决有关问题
能从能量转化的角度理解机械能守恒的条件，领会运用机械能守恒定律解决问题的优越性
教学重点
教学难点
机械能守恒的条件
在具体的问题中能判定机械能是否守恒，并能列出数学表达式
判断机械能是否守恒
灵活运用机械能守恒定律解决问题
在小球从左边最高点摆动至右边最高点的过程中，重力如何做功，能量如何转化？
正功
负功
重力势能
动能
重力势能
在小球自由下落的过程中，重力如何做功，能量如何转化？
重力势能
动能
正功
正功
在木块沿光滑斜面滑下的过程中，重力如何做功，能量如何转化？
在小球竖直上抛的过程中，重力如何做功，能量如何转化？
动能
重力势能
负功
负功
在小球沿光滑斜面上升的过程中，重力如何做功，能量如何转化？
在弹簧由压缩状态至将物体完全弹出的过程中，弹力如何做功，能量如何转化？
弹性势能
动能
正功
正功
在弓由拉伸状态至将箭射出的过程中，弹力如何做功，能量如何转化？
从以上讨论可以看出
重力势能，弹性势能与动能之间具有密切的联系
复习动能定理和势能原理，并推导机械能变化与做功的关系
掌握通过做功研究机械能变化的方法
机械能变化与力做功的关系
定义：
我们把重力势能、弹性势能与动能统称为机械能
符号：
大小：
单位：
焦耳，J
注意：机械能是标量，是状态量，具有相对性
E
机械能
质量为2kg的小球在距离地面10m高处瞬时速度是10m/s，求出此刻小球具有的机械能（g=10m/? ? ）（以地面为参考平面）
300J
机械能
重力势能的变化量与重力做功相关，弹性势能的变化量与弹力做功相关，动能的变化量与合外力做的功相关，那么机械能的变化量与什么力做的功相关呢？
两式相减
机械能的变化量等于除重力和弹力以外的其他力做的功
机械能的变化
除重力和弹力以外的其它力? ? ? ? ? ? ? ? ?，物体的机械能就?
②除重力和弹力以外的其它力做多少? ? ? ?，物体的机械能就? ? ? ?多少
③除重力和弹力以外的其它力做多少? ? ? ?，物体的机械能就? ? ? ?多少
做了多少功
变化多少
正功
增加
减少
负功
机械能的变化
用一根细绳拉一物体上升，若物体分别加速上升、匀速上升、减速上升，它的机械能分别如何变化？若已知细绳拉力F，上升高度为h，那么机械能变化多少？
机械能均增加
增加的机械能?
物体机械能的变化与物体运动状态无关，与物体质量无关，只与除重力和弹力以外其它力做的功有关
机械能的变化
物块沿粗糙斜面下滑，物体机械能如何变化？若已知物块所受摩擦力f，沿斜面下滑s，那么机械能变化多少？
机械能减小
减少量为?
机械能的变化
如果除重力和弹力以外的其它力做功为零，物体的机械能变化情况又是如何？
能够研究机械能守恒的条件和典型情况
学习并掌握机械能守恒和动能定理的应用差别
学习并掌握通过机械能守恒计算物体的速度等物理量
机械能守恒的条件和应用
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，这叫做机械能守恒定律。
为零
机械能守恒
机械能守恒定律
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，这叫做机械能守恒定律。?
只有重力或弹力做功
或
只有系统内动能和势能之间的相互转化
在某一过程中，若物体机械能守恒，那么：
①若动能增加，那么势能一定减少；? ? ?且动能增加量等于势能减少量
②若动能减少，那么势能一定增加；?
? ? 且动能减少量等于势能增加量
条件：
能量转化关系：
机械能守恒定律
判断下列过程中物体的机械能是否守恒
小球做自由下落运动
小球做竖直上抛运动
小球做平抛运动
物体只受重力（只有重力做功）
判断机械能是否守恒
判断下列过程中物体的机械能是否守恒
弹簧弹出物体的过程
弓射出箭的过程
竖直平面上连接弹簧的小球上下振动的过程
只受重力和弹力，只有弹簧的弹力或重力做功
判断机械能是否守恒
判断下列过程中物体的机械能是否守恒
小球沿光滑斜面滑下的过程
小球由于惯性沿光滑斜面上滑的过程
小球左右摆动的过程
小球沿粗糙斜面滑下的过程
除重力和弹力外，还受其它力，但其它力不做功
判断机械能是否守恒
若物体在一恒定外力F作用下沿粗糙水平面做匀速直线运动，那么该物体在运动的过程中机械能守恒吗？
外力所做的功等于摩擦力做的负功的值
一般不称机械能守恒，只能称机械能保持动态平衡
机械能守恒条件的反思
一个小球放置在竖直的轻弹簧上端，并且上下振动，小球的机械能守恒吗？
小球的机械能不守恒??
机械能守恒条件的反思
小球和弹簧组成的系统机械能守恒
机械能守恒具有不同形式的表达式
需选取参考平面?
只需要动能和势能的差值，可以不选取参考平面?
②
①
机械能守恒定律的不同表达形式
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? ?。如果阻力可以忽略，小球运动到最低位置时的速度是多大？
机械能守恒定律的计算
解：
把最低点的重力势能定为0，以小球在最高点的状态作为初状态。
在最高点的重力势能是
而动能为0，即
以小球在最低点的状态作为末状态，势能
而动能可以表示为
运动过程中只有重力做功，所以机械能守恒，即
把各个状态下动能、势能的表达式代入，即
由此解出
利用机械能守恒定律解题的一般步骤：
①确定研究对象（物体或系统），选取运动过程
②对物体进行受力分析，明确各力做功的情况，判断机械能是否守恒
③恰当地选取参考平面，确定物体初、末状态的机械能（势能和动能）
④根据机械能守恒定律列方程求解
⑤对解进行讨论评估
机械能守恒定律的计算
上面这个例题可以用动能定理求解吗？如果可以，请写出过程
机械能守恒定律和动能定理
解：以小球在最高点的状态作为初状态
小球从最高点运动至最低点的过程中，重力做功
小球所受绳子的拉力在这个过程中不做功
记小球在最低点的速度为v
那么在这个过程中，由动能定理有：
把重力和拉力的功代入，即
由此解出
动能定理和机械能守恒定律的应用区别：
机械能守恒定律
动能定理
①表述：
②条件：
③解题步骤：
④能量转化：
只需确定初、末状态能量
还需计算合外力的功
有使用条件
具有普遍性
需确定势能零点
不需确定势能零点
利于体现能量转化
各有优劣
机械能守恒定律和动能定理
一个小球在真空中自由下落，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? ? 的地方下落到高度为? ? 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？
重力做的功相等
重力势能的变化相等
动能的变化不等
在真空中，重力势能转化为动能
在液体中，重力势能转化为动能和内能
机械能守恒定律的反思
问题与练习
如图所示，质量为m的小球从光滑曲线上滑下，当它到达高度为? ? 的位置A时，速度的大小为? ? ，滑到高度为? ? ?的位置B 时，速度的大小为? ? ?.在由高度? ? ?滑到高度? ? ?的过程中，重力做的功为W。
（1）根据动能定理列出方程，描述小球在A、B两点间动能的关系
（2）根据重力做功与重力势能的关系，把以上方程变形，以反映出小球运动过程中机械能是守恒的。
（1）
（2）
小球运动过程中机械能守恒
神舟号载人飞船在发射至返回的过程中，以下哪些阶段中返回舱的机械能是守恒的？
A.飞船升空的阶段
B.飞船在椭圆轨道上绕地球运行的阶段
C.返回舱在大气层以外向着地球做无动力飞行的阶段
D.降落伞张开后，返回舱下降的阶段
BC
问题与练习
把质量为0.5kg的石块从10m高处以30度角斜向上方抛出（如图所示），初速度是? ? ? ? ? ? ? 。不计空气阻力。（? ? ? ? ? ? ? ）
（1）石块落地时的速度是多大？请用机械能守恒定律和动能定理分别讨论
（2）石块落地时速度的大小与下列哪些量有关，与哪些量无关？说明理由
A.石块的质量
B.石块初速度的大小
C.石块初速度的仰角
D.石块抛出时的高度
问题与练习
（1）动能定理
机械能守恒定律
（2）与BD有关，与AC无关
有一种地下铁道，车站的路轨建得高些，车辆进站时要上坡，出站时要下坡，如图所示，设坡高h为2m，进站车辆到达坡下的A点时，速度为25.2km/h，此时切断电动机的电源，车辆能不能“冲”到坡上？如果能够，到达坡上的速度是多大？
能够“冲”上坡
到达坡上的速度是3m/s
问题与练习
机械能
定义:
我们把______________________________统称为机械能
重力势能、弹性势能与动能
表达式：
机械能是_______，具有_________?
标量
相对性
机械能守恒定律
内容：
在_______________________ 的物体系统中，_____________ 可以相互转化，而总的机械能保持不变
只有重力或弹力做功
表达式：
____________或_______________?
成立条件:
只有________________ 做功，或只有____________之间的能量转化
重力或弹簧弹力
动能和势能
动能和势能
总结
【分析】
【解答】
【点评】
练习
【分析】
【解答】
【点评】
练习
【分析】
【解答】
【点评】
练习
【分析】
【解答】
【点评】
练习
【分析】
【解答】
【点评】
练习