高中物理必修二《4 机械能守恒定律》多媒体精品课件

1、4.机械能守恒定律 一、动能与势能的相互转化一、动能与势能的相互转化【思考思考】蹦床运动员在向上的运动过程中蹦床运动员在向上的运动过程中,蹦床的弹性蹦床的弹性势能、运动员的重力势能与动能如何相互转化势能、运动员的重力势能与动能如何相互转化?提示提示:离开蹦床前离开蹦床前,蹦床的弹性势能转化为运动员的动蹦床的弹性势能转化为运动员的动能能,离开蹦床后离开蹦床后,运动员的动能转化为运动员的重力势运动员的动能转化为运动员的重力势能。能。1.1.机械能的形式机械能的形式:重力势能、重力势能、_和动能都是机和动能都是机械运动中的能量形式械运动中的能量形式,统称为统称为_。2.2.转化的方式转化的方式:通过通过_做功做功,机械能可以从机械能可以从一种形式转化为另一种形式。一种形式转化为另一种形式。3.3.标矢性标矢性:机械能是状态量机械能是状态量,是是_(_(选填选填“标量标量”或或“矢量矢量”)。弹性势能弹性势能机械能机械能重力或弹力重力或弹力标量标量二、机械能守恒定律二、机械能守恒定律【思思考考】物物体体从从某某一一高高度度由由静静止止做做自自由由落落体体运运动动,机机械械能如何变化能如何变化?

2、提示提示:物体下落过程中物体下落过程中,重力势能减小重力势能减小,动能增加动能增加,重力重力势能转化为动能势能转化为动能,总的机械能不变。总的机械能不变。1.1.内容内容:在只有在只有_做功的物体系统内做功的物体系统内,动能与动能与势能可以相互转化势能可以相互转化,_,_保持不变。保持不变。重力或弹力重力或弹力而总的机械能而总的机械能2.2.表达式表达式:如图所示如图所示,一机械能守恒条件的判断一机械能守恒条件的判断1.1.做功条件分析做功条件分析:只有重力和系统内弹力做功只有重力和系统内弹力做功,其他力其他力不做功。不做功。2.2.能量转化分析能量转化分析:系统内只有动能、重力势能及弹性势系统内只有动能、重力势能及弹性势能间相互转化能间相互转化,即系统内只有物体间的机械能相互转移即系统内只有物体间的机械能相互转移,则机械能守恒。则机械能守恒。3.3.定义判断法定义判断法:如物体沿竖直方向或沿斜面匀速运动时如物体沿竖直方向或沿斜面匀速运动时,动能不变动能不变,势能变化势能变化,机械能不守恒。机械能不守恒。【思考思考讨论讨论】情境情境:如图所示如图所示,过山车在高处关闭发动机飞奔而下过山

3、车在高处关闭发动机飞奔而下,忽忽略一切阻力。略一切阻力。讨论讨论:(1)(1)过山车受什么力过山车受什么力?各做什么功各做什么功?(物理观念物理观念)(2)(2)过山车动能和势能怎么变化过山车动能和势能怎么变化?过山车下滑过程的机过山车下滑过程的机械能守恒吗械能守恒吗?(模型建构模型建构)提示提示:(1)(1)过山车受到重力和支持力的作用过山车受到重力和支持力的作用;重力做正功重力做正功,支持力不做功。支持力不做功。(2)(2)动能增加动能增加,重力势能减小重力势能减小,机械能守恒。机械能守恒。【典例示范典例示范】下列情况中下列情况中,说法正确的是说法正确的是 ()A.A.物体做匀速运动时物体做匀速运动时,机械能一定守恒机械能一定守恒B.B.物体所受合外力做功为零时物体所受合外力做功为零时,机械能一定守恒机械能一定守恒C.C.物体所受合外力做功不为零时物体所受合外力做功不为零时,机械能可能守恒机械能可能守恒D.D.物体做曲线运动时物体做曲线运动时,机械能一定不守恒机械能一定不守恒【解析解析】选选C C。如果物体竖直向上做匀速运动。如果物体竖直向上做匀速运动,则动能则动能不变不变,重力势

4、能增加重力势能增加,故机械能不守恒故机械能不守恒,故故A A错误错误;物体机物体机械能守恒的条件不是合外力对物体做功为零械能守恒的条件不是合外力对物体做功为零,而是只有而是只有重力或弹簧弹力做功重力或弹簧弹力做功,故故B B错误错误;如果物体受到的合外力如果物体受到的合外力为重力为重力,则只有重力做功的情况下则只有重力做功的情况下,机械能守恒机械能守恒,故故C C正正确确;物体做曲线运动时物体做曲线运动时,只要满足只有重力做功只要满足只有重力做功,则机械则机械能守恒能守恒,如平抛运动如平抛运动,故故D D错误。错误。【素养训练素养训练】1.1.如图所示如图所示,下列说法正确的是下列说法正确的是(所有情况均不计摩擦、所有情况均不计摩擦、空气阻力以及滑轮质量空气阻力以及滑轮质量)()A.A.甲图中甲图中,火箭升空的过程中火箭升空的过程中,若匀速升空则机械能守若匀速升空则机械能守恒恒,若加速升空则机械能不守恒若加速升空则机械能不守恒B.B.乙图中乙图中,物块在外力物块在外力F F的作用下匀速上滑的作用下匀速上滑,物块的机械物块的机械能守恒能守恒C.C.丙图中丙图中,物块物块A A以一定的初速

5、度将弹簧压缩的过程中以一定的初速度将弹簧压缩的过程中,物块物块A A的机械能守恒的机械能守恒D.D.丁图中丁图中,物块物块A A加速下落、物块加速下落、物块B B加速上升的过程中加速上升的过程中,A,A、B B系统机械能守恒系统机械能守恒【解析解析】选选D D。甲图中。甲图中,不论是匀速还是加速不论是匀速还是加速,由于推力由于推力对火箭做功对火箭做功,火箭的机械能不守恒火箭的机械能不守恒,是增加的是增加的,故故A A错误错误;乙图中乙图中,物块匀速上滑物块匀速上滑,动能不变动能不变,重力势能增加重力势能增加,则机则机械能必定增加械能必定增加,故故B B错误错误;丙图中丙图中,在物块在物块A A压缩弹簧的过压缩弹簧的过程中程中,弹簧和物块弹簧和物块A A组成的系统只有重力和弹力做功组成的系统只有重力和弹力做功,系系统机械能守恒统机械能守恒,由于弹性势能增加由于弹性势能增加,则则A A的机械能减小的机械能减小,故故C C错误错误;丁图中丁图中,对对A A、B B组成的系统组成的系统,不计空气阻力不计空气阻力,只只有重力做功有重力做功,A,A、B B组成的系统机械能守恒组成的系统机械能守恒,

6、故故D D正确。正确。2.“2.“竹蜻蜓竹蜻蜓”是一种儿童玩具是一种儿童玩具,双手用力搓柄可使双手用力搓柄可使“竹竹蜻蜓蜻蜓”向上升向上升,某次实验某次实验,“,“竹蜻蜓竹蜻蜓”离手后沿直线上离手后沿直线上升到最高点升到最高点,在此过程中在此过程中()A.A.空气对空气对“竹蜻蜓竹蜻蜓”的作用力大于的作用力大于“竹蜻蜓竹蜻蜓”对空气对空气的作用力的作用力B.“B.“竹蜻蜓竹蜻蜓”的动能一直增加的动能一直增加C.“C.“竹蜻蜓竹蜻蜓”的重力势能一直增加的重力势能一直增加D.“D.“竹蜻蜓竹蜻蜓”的机械能守恒的机械能守恒【解析解析】选选C C。根据牛顿第三定律可知。根据牛顿第三定律可知,空气对空气对“竹蜻竹蜻蜓蜓”的力一定等于的力一定等于“竹蜻蜓竹蜻蜓”对空气的力对空气的力,A,A错误错误;“;“竹竹蜻蜓蜻蜓”离手后沿直线上升到最高点离手后沿直线上升到最高点,从运动描述可知它从运动描述可知它是先加速后减速是先加速后减速,所以动能先增加后减小所以动能先增加后减小,高度升高高度升高,重重力势能一直增加力势能一直增加,B,B错误错误,C,C正确正确;“;“竹蜻蜓竹蜻蜓”克服空气阻克服空气阻力做功

7、力做功,“,“竹蜻蜓竹蜻蜓”的机械能不守恒的机械能不守恒,D,D错误。错误。【补偿训练补偿训练】1.1.下列物体在运动过程中下列物体在运动过程中,机械能可视作守恒的机械能可视作守恒的是是 ()A.A.飘落中的秋叶飘落中的秋叶B.B.乘电梯匀速上升的人乘电梯匀速上升的人C.C.沿粗糙斜面匀速下滑的木箱沿粗糙斜面匀速下滑的木箱D.D.被掷出后在空中运动的铅球被掷出后在空中运动的铅球【解析解析】选选D D。飘落中的秋叶除了受重力之外还有阻力。飘落中的秋叶除了受重力之外还有阻力做功做功,所以机械能不守恒所以机械能不守恒,故故A A错误错误;乘电梯匀速上升的乘电梯匀速上升的人人,动能不变动能不变,重力势能增加重力势能增加,机械能增加机械能增加,故故B B错误错误;沿沿粗糙斜面匀速下滑的木箱粗糙斜面匀速下滑的木箱,动能不变动能不变,重力势能减小重力势能减小,机机械能减小械能减小,故故C C错误错误;被掷出后在空中运动的铅球被掷出后在空中运动的铅球,运动运动的过程中只有重力做功的过程中只有重力做功,所以机械能守恒所以机械能守恒,故故D D正确。正确。2.(2.(多选多选)如图所示如图所示,在光滑固定

8、的曲面上在光滑固定的曲面上,放有两个质放有两个质量分别为量分别为1 kg 1 kg 和和2 kg2 kg的可视为质点的小球的可视为质点的小球A A和和B,B,两球两球之间用一根轻质弹簧相连之间用一根轻质弹簧相连,用手拿着用手拿着A A如图所示竖直放如图所示竖直放置置,A,A、B B间距离间距离L=0.2 m,L=0.2 m,小球小球B B刚刚与曲面接触且距水刚刚与曲面接触且距水平面的高度平面的高度h=0.1 mh=0.1 m。此时弹簧的弹性势能。此时弹簧的弹性势能E Ep p=1 J,=1 J,自自由释放后两球以及弹簧从静止开始下滑到光滑地面上由释放后两球以及弹簧从静止开始下滑到光滑地面上,以后一直沿光滑地面运动以后一直沿光滑地面运动,不计一切碰撞时机械能的损不计一切碰撞时机械能的损失失,g,g取取10 m/s10 m/s2 2。则下列说法中正确的是。则下列说法中正确的是()A.A.下滑的整个过程中弹簧和下滑的整个过程中弹簧和A A球组成的系统机械能守恒球组成的系统机械能守恒B.B.下滑的整个过程中两球及弹簧组成的系统机械能守下滑的整个过程中两球及弹簧组成的系统机械能守恒恒C.BC.B

9、球刚到地面时球刚到地面时,速度是速度是 m/sm/sD.D.当弹簧处于原长时当弹簧处于原长时,以地面为参考平面以地面为参考平面,两球在光滑两球在光滑水平面上运动时的机械能为水平面上运动时的机械能为6 J6 J【解析解析】选选B B、D D。系统涉及弹簧和。系统涉及弹簧和A A、B B两个小球两个小球,机械机械能守恒的条件是只有重力或弹力做功。本题中特别需能守恒的条件是只有重力或弹力做功。本题中特别需注意的是弹簧对注意的是弹簧对A A、B B都有作用力。由于弹簧和都有作用力。由于弹簧和B B之间有之间有作用力作用力,弹簧和弹簧和A A球组成的系统机械能不守恒球组成的系统机械能不守恒,A,A项错误项错误;由于没有摩擦由于没有摩擦,系统只有弹簧弹力和重力做功系统只有弹簧弹力和重力做功,则则B B项正项正确确;因为弹簧作用于因为弹簧作用于B,B,并对并对B B做功做功,B,B的机械能不守恒的机械能不守恒,而而 m/s m/s是根据机械能守恒求解出的是根据机械能守恒求解出的,所以所以C C项错误项错误;根据根据系统机械能守恒系统机械能守恒,到地面时的机械能与刚释放时的机械到地面时的机械能与刚释放

10、时的机械能相等能相等,又因为弹簧处于原长又因为弹簧处于原长,则则E=mE=mA Ag(L+h)+mg(L+h)+mB Bgh+Egh+Ep p=6 J,D6 J,D项正确。项正确。二机械能守恒定律的应用二机械能守恒定律的应用应用机械能守恒定律的三个角度应用机械能守恒定律的三个角度类别类别表达式表达式物理意物理意义义从不同从不同状状态态看看E Ek1k1+E+Ep1p1=E=Ek2k2+E+Ep2p2或或E E初初=E=E末末初状初状态态的机械能等于末状的机械能等于末状态态的机械能的机械能从从转转化化角度看角度看E Ek2k2-E-Ek1k1=E=Ep1p1-E-Ep2p2或或EEk k=-E=-Ep p动动能的增加量等于能的增加量等于势势能的能的减少量减少量类别类别表达式表达式物理意物理意义义从从转转移移角度看角度看或或EEA A=-E=-EB B两个物体两个物体组组成的系成的系统统,A,A物体增加的机械能等于物体增加的机械能等于B B物体减少的机械能物体减少的机械能【思考思考讨论讨论】情境情境:如图如图,运动员抛铅球运动员抛铅球,铅球质量为铅球质量为m,m,抛出点所在位抛出点所在位置

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