物理人教版必修二 第七章 第八節(jié)《機(jī)械能守恒定律》課件

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第八節(jié)機(jī)械能守恒定律 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 能夠分析動(dòng)能和勢(shì)能之間的相互轉(zhuǎn)化問題 2 能夠推導(dǎo)機(jī)械能守恒定律 3 會(huì)根據(jù)機(jī)械能守恒的條件判斷機(jī)械能是否守恒 4 能運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解決有關(guān)問題 并領(lǐng)會(huì)運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解決問題的優(yōu)越性 重點(diǎn)難點(diǎn) 1 對(duì)機(jī)械能守恒條件的理解 2 應(yīng)用機(jī)械能守恒定律分析 解決實(shí)際問題 一 動(dòng)能與勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化 自主探究 1 動(dòng)能與重力勢(shì)能間的轉(zhuǎn)化物體自由下落或沿光滑斜面下滑時(shí) 重力做正功 能轉(zhuǎn)化為 能 物體由于慣性豎直上升或沿光滑斜面上升 重力勢(shì)能做負(fù)功 能轉(zhuǎn)化為 能 重力勢(shì) 動(dòng) 動(dòng) 重力勢(shì) 2 動(dòng)能與彈性勢(shì)能間的轉(zhuǎn)化被壓縮的彈簧當(dāng)恢復(fù)原狀時(shí) 彈簧的彈力做正功 能轉(zhuǎn)化為 能 運(yùn)動(dòng)的物體在壓縮彈簧時(shí) 彈簧的彈力做負(fù)功 能轉(zhuǎn)化為 能 彈性勢(shì) 動(dòng) 動(dòng) 彈性勢(shì) 成功發(fā)現(xiàn)1 在只有 做功時(shí) 動(dòng)能與重力勢(shì)能間發(fā)生相互轉(zhuǎn)化 2 在只有 做功時(shí) 動(dòng)能與彈性勢(shì)能間發(fā)生相互轉(zhuǎn)化 3 機(jī)械能 重力勢(shì)能 彈性勢(shì)能和 統(tǒng)稱為機(jī)械能 重力 彈力 動(dòng)能 二 機(jī)械能守恒定律 自主探究 動(dòng)能與勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化中遵守的規(guī)律 以動(dòng)能與重力勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化為例 圖7 8 1 物體沿如圖7 8 1所示的光滑曲面從A點(diǎn)滑到B點(diǎn)的過程中 只有重力做功 設(shè)在A B兩點(diǎn)的動(dòng)能分別為Ek1 Ek2 重力勢(shì)能分別為Ep1 Ep2 由動(dòng)能定理得 WG 由重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系得 WG 由以上兩式得 Ek2 Ep2 或E2 E1即 在只有 做功的物體系統(tǒng)內(nèi) 動(dòng)能與重力勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化 而總的機(jī)械能保持 同理 在只有 做功的物體系統(tǒng)內(nèi) 動(dòng)能與彈性勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化 而總的機(jī)械能保持 Ek2 Ek1 Ep1 Ep2 Ek1 Ep1 重力 不變 彈力 不變 成功發(fā)現(xiàn)機(jī)械能守恒定律1 內(nèi)容 在只有 做功的物體系統(tǒng)內(nèi) 動(dòng)能與勢(shì)能可以互相轉(zhuǎn)化 而總的機(jī)械能保持不變 2 表達(dá)式 Ek2 Ep2 Ek1 Ep1或E2 E13 成立條件 除重力和彈力以外 其他力 或做的總功為零 重力或彈力 不做功 1 研究對(duì)象 1 當(dāng)只有重力做功時(shí) 可取一個(gè)物體 其實(shí)是物體與地球構(gòu)成的系統(tǒng) 作為研究對(duì)象 2 當(dāng)物體之間有彈力做功時(shí) 必須將這幾個(gè)物體構(gòu)成的系統(tǒng)作為研究對(duì)象 使這些彈力成為系統(tǒng)內(nèi)力 2 適用條件 1 從能量轉(zhuǎn)化的角度看 只有系統(tǒng)內(nèi)動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化 沒有與其他形式能量 如內(nèi)能 之間的轉(zhuǎn)化 2 從系統(tǒng)的內(nèi) 外力做功的角度看 只有重力或系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功 具體表現(xiàn)為三種情況 只受重力 或系統(tǒng)內(nèi)彈力 不受其他力 還受其他力 但其他力不做功 其他力做功 但做功的代數(shù)和為零 3 守恒思想機(jī)械能守恒是指系統(tǒng)的機(jī)械能每時(shí)每刻都不變 系統(tǒng)內(nèi)的動(dòng)能和勢(shì)能之間可以相互轉(zhuǎn)化 即 Ek ep 系統(tǒng)與外界沒有能量交換和轉(zhuǎn)化 與機(jī)械能不變的含義是不同的 機(jī)械能不變 則是可以與外界有能量的交換與轉(zhuǎn)化 4 表達(dá)式意義 1 從能量守恒的角度 E1 E2或 E E2 E1 0 前者表示前 后兩狀態(tài)的機(jī)械能相等 后者表示系統(tǒng)的機(jī)械能沒變化 2 從能量轉(zhuǎn)化的角度 Ek Ep或 Ep Ek 前者表示系統(tǒng)增加的動(dòng)能等于減少的勢(shì)能 后者表示系統(tǒng)增加的勢(shì)能等于減少的動(dòng)能 3 從機(jī)械能轉(zhuǎn)移的角度 EA EB或 EB EA 前者表示系統(tǒng)內(nèi)物體A的機(jī)械能增加等于物體B的機(jī)械能減少 后者表示B物體的機(jī)械能增加量等于A物體機(jī)械能的減少量 2012 冀州中學(xué)高一檢測(cè) 下列運(yùn)動(dòng)過程滿足機(jī)械能守恒的是 A 電梯勻速下降過程B 起重機(jī)吊起重物過程C 物體做自由落體運(yùn)動(dòng)過程D 考慮阻力條件下滑雪者沿斜面下滑過程 精講精析 機(jī)械能守恒的條件是只有重力做功 只發(fā)生動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)化 電梯勻速下降過程中 重力做正功 拉力做負(fù)功 機(jī)械能減少 A錯(cuò)誤 起重機(jī)吊起重物過程 重力做負(fù)功 拉力做正功 機(jī)械能增加 B錯(cuò)誤 物體做自由落體運(yùn)動(dòng)過程 只有重力做功 機(jī)械能守恒 C正確 考慮阻力條件下滑雪者沿斜面下滑過程 重力做正功 支持力不做功 滑動(dòng)摩擦力做負(fù)功 機(jī)械能減少 D錯(cuò)誤 答案 C 方法總結(jié) 判斷機(jī)械能是否守恒的兩種常用方法 一是根據(jù)做功分析 在對(duì)物體受力分析的基礎(chǔ)上分析哪些力做功 哪些力不做功 如果只有重力或系統(tǒng)內(nèi)彈力做功 則機(jī)械能守恒 二是根據(jù)能量轉(zhuǎn)化分析 如果在變化過程中既沒有其他形式的能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 也沒有機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能 則系統(tǒng)的機(jī)械能守恒 變式訓(xùn)練1 關(guān)于機(jī)械能是否守恒的敘述 正確的是 A 做勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體機(jī)械能一定守恒B 做變速運(yùn)動(dòng)的物體機(jī)械能可能守恒C 做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體機(jī)械能一定守恒D 做平拋運(yùn)動(dòng)的物體機(jī)械能一定守恒 解析 選BD 判斷物體機(jī)械能是否守恒 依據(jù)是重力或彈力以外的力是否做了功 不管是物體做勻速運(yùn)動(dòng)還是變速運(yùn)動(dòng) 也不管物體是做直線運(yùn)動(dòng)還是曲線運(yùn)動(dòng) 只要重力或彈力以外的力不做功 機(jī)械能就一定守恒 B D正確 豎直平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體機(jī)械能不一定守恒 C錯(cuò) 豎直方向上的勻速直線運(yùn)動(dòng) 除重力做功外還有其他力做功 機(jī)械能不守恒 A錯(cuò) 1 應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解題的一般思路應(yīng)用機(jī)械能守恒定律時(shí) 相互作用的物體間的力可以是變力 也可以是恒力 而且只涉及物體系統(tǒng)的初 末狀態(tài) 使處理問題得到簡(jiǎn)化 應(yīng)用的基本思路如下 1 選取研究對(duì)象 系統(tǒng)或物體 2 對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力 做功分析 判斷機(jī)械能是否守恒 3 恰當(dāng)?shù)剡x取參考平面 確定研究對(duì)象初 末狀態(tài)時(shí)的機(jī)械能 4 選取恰當(dāng)?shù)臋C(jī)械能守恒定律的表達(dá)式 列式求解 2 應(yīng)用分類 1 單個(gè) 物體的機(jī)械能守恒 2 多個(gè) 物體的機(jī)械能守恒 2012 山西康杰中學(xué)高一檢測(cè) 如圖7 8 2所示 一固定在豎直平面內(nèi)的光滑的半圓形軌道ABC 其半徑R 0 5m 軌道在C處與水平地面相切 在C處放一小物塊 給它一水平向左的初速度v0 5m s 結(jié)果它沿CBA運(yùn)動(dòng) 通過A點(diǎn) 最后落在水平地面上的D點(diǎn) 求C D間的距離x 取重力加速度g 10m s2 思路點(diǎn)撥 先根據(jù)機(jī)械能守恒求出A點(diǎn)的速度 再根據(jù)平拋規(guī)律求x 圖7 8 2 答案 1m 方法總結(jié) 1 機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式有多種 具體選用哪一種要視情況而定 2 對(duì)單個(gè)物體而言 如果機(jī)械能守恒 則除了可應(yīng)用機(jī)械能守恒定律以外 也可以選用動(dòng)能定理 變式訓(xùn)練2 如圖7 8 3所示 用長(zhǎng)為L(zhǎng)的細(xì)線 一端系于懸點(diǎn)A 另一端拴住一質(zhì)量為m的小球 先將小球拉至水平位置并使細(xì)線繃直 在懸點(diǎn)A的正下方O點(diǎn)釘有一小釘子 今將小球由靜止釋放 要使小球能在豎直平面內(nèi)做完整圓周運(yùn)動(dòng) OA的最小距離是多少 圖7 8 3 2012 合肥一中高一檢測(cè) 如圖7 8 4所示 質(zhì)量不計(jì)的輕桿一端安裝在水平軸O上 桿的中央和另一端分別固定一個(gè)質(zhì)量均為m的小球A和B 可以當(dāng)做質(zhì)點(diǎn) 桿長(zhǎng)為l 將輕桿從靜止開始釋放 不計(jì)空氣阻力 當(dāng)輕桿通過豎直位置時(shí) 求 小球A B的速度各是多少 圖7 8 4 思路點(diǎn)撥 A球和B球單獨(dú)隨輕桿在空間轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)它們運(yùn)動(dòng)的快慢程度是不同的 即A B球和輕桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中 輕桿對(duì)A B球做功 因此兩球機(jī)械能均不守恒 但以A B 包括輕桿 作為一個(gè)系統(tǒng) 只有小球的重力和系統(tǒng)彈力做功 系統(tǒng)機(jī)械能守恒 方法總結(jié) 對(duì)于多個(gè)物體組成的系統(tǒng) 利用機(jī)械能守恒定律解題時(shí) 應(yīng)注意找物體之間的聯(lián)系 一是物體間高度變化的關(guān)系 二是物體間速度大小之間的關(guān)系 變式訓(xùn)練3 2012 高考上海卷 如圖7 8 5 可視為質(zhì)點(diǎn)的小球A B用不可伸長(zhǎng)的細(xì)軟輕線連接 跨過固定在地面上半徑為R的光滑圓柱 A的質(zhì)量為B的兩倍 當(dāng)B位于地面時(shí) A恰與圓柱軸心等高 將A由靜止釋放 B上升的最大高度是 A 2RB 5R 3C 4R 3D 2R 3 圖7 8 5 機(jī)械能守恒定律與動(dòng)能定理的綜合應(yīng)用在多個(gè)物體系統(tǒng)中 機(jī)械能守恒定律只能解決物體的狀態(tài)問題 要解決系統(tǒng)內(nèi)彈力做功問題 必須要應(yīng)用動(dòng)能定理 經(jīng)典案例 10分 如圖7 8 6所示是一個(gè)橫截面為半圓 半徑為R的光滑柱面 一根不可伸長(zhǎng)的細(xì)線兩端分別系著物體A B 且mA 2mB 由圖示位置從靜止開始釋放A物體 當(dāng)物體B達(dá)到圓柱頂點(diǎn)時(shí) 求繩的張力對(duì)物體B所做的功 圖7 8 6 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全