高中一年级物理必修2第七章机械能守恒定律第一课时课件.ppt

1 1. .知道什么是机械能，知道物体的动能和势能可以相互转化知道什么是机械能，知道物体的动能和势能可以相互转化。 2 2. .会正确推导物体在光滑曲面上运动过程中的机械能守恒会正确推导物体在光滑曲面上运动过程中的机械能守恒。4.4.在具体问题中，能判定机械能是否守恒，并能列出机械能在具体问题中，能判定机械能是否守恒，并能列出机械能守恒的方程式守恒的方程式。 3 3. .理解机械能守恒定律的内容，知道它的含义和适用条件理解机械能守恒定律的内容，知道它的含义和适用条件。 1.1.动能、动能定理动能、动能定理2.2.重力势能、重力做功与重力势能变化量之间的关系重力势能、重力做功与重力势能变化量之间的关系3.3.弹性势能、弹力做功与弹性势能变化量之间的关系弹性势能、弹力做功与弹性势能变化量之间的关系4.4.功能关系功能关系N2kk 2k1pGP 2P12pFP 2P11Emv WEE2Emgh WEE1Ekx WEE2 5.功是能量转化的量度情景导入情景导入一、机械能一、机械能1.1.定义：物体在某状态时的动能与势能（包括重力势能和定义：物体在某状态时的动能与势能（包括重力势能和弹性势能）的总和叫做物体的机械能。弹性势能）的总和叫做物体的机械能。注：机械能具有相对性，其大小与参考平面和参考系的选注：机械能具有相对性，其大小与参考平面和参考系的选取有关，机械能是标量。取有关，机械能是标量。2.2.动能和势能之间可以相互转化动能和势能之间可以相互转化动能和重力势能的相互转化动能和重力势能的相互转化上坡：上坡：重力做负功，重力势能增加重力做负功，重力势能增加动能转化为重力势能动能转化为重力势能下坡：下坡：重力做正功，重力势能减少重力做正功，重力势能减少重力势能转化为动能重力势能转化为动能动能、重力势能和弹性势能的相互转化动能、重力势能和弹性势能的相互转化你能举出生活中动能和势能你能举出生活中动能和势能之间相互转化的例子吗？之间相互转化的例子吗？猜想：猜想：它们是否存在着某种守恒？它们是否存在着某种守恒？二、机械能守恒定律推导二、机械能守恒定律推导一个物体沿着光滑的曲面滑下，在一个物体沿着光滑的曲面滑下，在A A点时动能为点时动能为E Ek1k1，重力势能为，重力势能为E Ep1p1 ；在；在B B点时动能为点时动能为E Ek2k2，重力势能，重力势能为为E Ep2p2 。试判断物体在。试判断物体在A A点的机械能点的机械能E E1 1和在和在B B点的机械点的机械能能E E2 2的关系。的关系。111pkEEE222pkEEE由动能定理：由动能定理：kk2k1WEE21ppGEEWk2k1p1p2EEEE所以k2p2k1p1EEEE所以12EE 即：G GN N从重力做功与重力势能变化的关系知从重力做功与重力势能变化的关系知三、机械能守恒定律三、机械能守恒定律在只有重力做功或弹力做功的物体系统内，物体只发在只有重力做功或弹力做功的物体系统内，物体只发生动能与势能的相互转化，而总的机械能保持不变。生动能与势能的相互转化，而总的机械能保持不变。1.1.内容：内容：12EE 思考：思考：对条件如何理解？对条件如何理解？只有重力做功或弹簧弹力做功只有重力做功或弹簧弹力做功2.2.机械能守恒条件：机械能守恒条件：（1 1）物体只受重力，不受其他力）物体只受重力，不受其他力 v vv v0 0G GG Gv v0 0G G（2 2）物体只受重力和弹簧弹力，不受其他力）物体只受重力和弹簧弹力，不受其他力（3 3）物体除受重力和弹簧弹力外，还受其他力，）物体除受重力和弹簧弹力外，还受其他力，但其他力不做功但其他力不做功（4 4）除受重力、弹力外，还受其他力，其他力做）除受重力、弹力外，还受其他力，其他力做功，但做功代数和为零功，但做功代数和为零（5 5）从能量转化角度看，只有系统内动能和势能）从能量转化角度看，只有系统内动能和势能的相互转化，无其他形式能量的转化，系统机械能的相互转化，无其他形式能量的转化，系统机械能守恒守恒3. 3. 数学表达式：数学表达式： ):(:21212211222121前后状态机械能不变意义即pkpkEEEEmghmvmghmv k2k1p1p2kPEEEE: EE(:) 即意义 势能的减少量等于动能的增加量下列实例中哪下列实例中哪些情况机械能些情况机械能是守恒的是守恒的? ?跳伞员利用降落跳伞员利用降落伞在空中匀速下伞在空中匀速下落落抛出的篮球在抛出的篮球在空中运动（不空中运动（不计阻力）计阻力）光滑水平面上光滑水平面上运动的小球，运动的小球，把弹簧压缩后把弹簧压缩后又被弹回来。又被弹回来。v v 也不要把只有重力和弹力做功理解为物体只受重也不要把只有重力和弹力做功理解为物体只受重力和弹力力和弹力. . 不要把其他力不做功理解为物体受到的合外力为零不要把其他力不做功理解为物体受到的合外力为零. .注意注意: :机械能守恒中各量的变化机械能守恒中各量的变化 例题：把一个小球用细绳悬挂起来，就构成一个摆。例题：把一个小球用细绳悬挂起来，就构成一个摆。摆长为摆长为l，最大偏角为，最大偏角为。小球运动到最低位置时的速度。小球运动到最低位置时的速度是多大？是多大？解：解：拉力拉力F F不做功，只有重力不做功，只有重力G G做功，小球机械能守恒。做功，小球机械能守恒。以最低点为参考平面。以最低点为参考平面。21mgl(1 cos )mv2 所以v2gl(1 cos )所以)cos1 (1mglE2221mvE OBAlGFT（1 1）确定研究对象，画出运动过程示意图；）确定研究对象，画出运动过程示意图；应用机械能守恒定律解题的一般步骤：应用机械能守恒定律解题的一般步骤：（2 2）分析物体的受力，明确各力做功的情况，判断）分析物体的受力，明确各力做功的情况，判断是否符合机械能守恒的条件；是否符合机械能守恒的条件；（3 3）分析物体的运动，恰当地选取参考平面，确定）分析物体的运动，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）；物体初、末状态的机械能（势能和动能）；（4 4）根据机械能守恒定律列方程求解。）根据机械能守恒定律列方程求解。四、机械能守恒定律的应用四、机械能守恒定律的应用1.1.（20122012合浦高一检测）下列关于机械能是否守恒的叙述合浦高一检测）下列关于机械能是否守恒的叙述中，正确的是（中，正确的是（ ）A.A.做匀速直线运动的物体机械能一定守恒做匀速直线运动的物体机械能一定守恒B.B.做变速运动的物体机械能可能守恒做变速运动的物体机械能可能守恒C.C.外力对物体做功为零时，机械能一定守恒外力对物体做功为零时，机械能一定守恒D.D.若只有弹力对物体做功，则物体的机械能不一定守恒若只有弹力对物体做功，则物体的机械能不一定守恒B B 2.2.（20122012吉林高一检测）两质量相同的小球吉林高一检测）两质量相同的小球A A、B B，分，分别用线悬在等高的别用线悬在等高的O O1 1、O O2 2点，点，A A球的悬线比球的悬线比B B球的长，把球的长，把两球的悬线均拉到水平后将小球无初速释放，则经过最两球的悬线均拉到水平后将小球无初速释放，则经过最低点时（以悬点为零势能点，如图所示）（低点时（以悬点为零势能点，如图所示）（ ）A.AA.A球的速度大于球的速度大于B B球的速度球的速度B.AB.A球的动能大于球的动能大于B B球的动能球的动能C.AC.A球的机械能大于球的机械能大于B B球的机械能球的机械能D.AD.A球的机械能等于球的机械能等于B B球的机械能球的机械能ABD ABD 3.3.如图所示，在竖直平面内有一段四分之一圆弧轨道，半如图所示，在竖直平面内有一段四分之一圆弧轨道，半径径OAOA在水平方向，一个小球从顶端在水平方向，一个小球从顶端A A点由静止开始下滑，点由静止开始下滑，已知轨道半径已知轨道半径R R10cm10cm，不计摩擦，求小球刚离开轨道底，不计摩擦，求小球刚离开轨道底端端B B点时的速度大小？点时的速度大小？解：解：以小球（含地球）为研究对象，小球在轨道上作变速以小球（含地球）为研究对象，小球在轨道上作变速圆周运动，受到重力和支持力作用，支持力是一个大小、圆周运动，受到重力和支持力作用，支持力是一个大小、方向均改变的力，但因其方向始终垂直于小球的运动方向，方向均改变的力，但因其方向始终垂直于小球的运动方向，所以对小球不做功（这是难点），全程只有重力作功，所所以对小球不做功（这是难点），全程只有重力作功，所以该题可用机械能守恒定律求解。以该题可用机械能守恒定律求解。选取选取B B点所在水平面为零势能面，以小球在点所在水平面为零势能面，以小球在A A点时为初态，点时为初态，经过经过B B点时为末态，则依据机械能守恒定律可知：点时为末态，则依据机械能守恒定律可知：221mvmgR所以小球刚离开轨道底端所以小球刚离开轨道底端B B点时的速度大小为：点时的速度大小为：smgRv/41. 11 . 010224.4.如图为翻滚过山车示意图，圆轨道的半径为如图为翻滚过山车示意图，圆轨道的半径为10m10m，为了，为了安全，则过山车由静止开始向下运动时离地至少多高？安全，则过山车由静止开始向下运动时离地至少多高？（不考虑空气阻力和摩擦阻力）（不考虑空气阻力和摩擦阻力） h hB BA A解：解：以地面为参考平面。以地面为参考平面。2Bmvmg,R因为2B11mvmgR,22所以1h2RR25m .2所以在最高点在最高点B B时，只有重力提供向心力，时，只有重力提供向心力，2,122BmghmgRmvmgLLmgEp32181411解解: :铁链下滑过程中只有重力做功，铁链下滑过程中只有重力做功，机械能守恒机械能守恒. .选取桌面处为零势能面选取桌面处为零势能面, ,设铁链总质量为设铁链总质量为m,m,链条滑至刚刚离开链条滑至刚刚离开桌边时的速度大小为桌边时的速度大小为v,v,则则mgLLmgEp2121201kE2221mvEk由机械能守恒定律由机械能守恒定律E Ek2k2+E+EP2P2=E=Ek1k1+E+EP1 P1 得得gLv1615初态：初态：末态：末态：5.5.长为长为L L的均匀链条，放在光滑的水平桌面上，且使其长的均匀链条，放在光滑的水平桌面上，且使其长度的度的1/41/4垂在桌边，松手后链条从静止开始沿桌边下滑，垂在桌边，松手后链条从静止开始沿桌边下滑，则链条滑至刚刚离开桌边时的速度为多大？则链条滑至刚刚离开桌边时的速度为多大？6.6.长为长为L L质量分布均匀的绳子，对称地悬挂在轻小的定质量分布均匀的绳子，对称地悬挂在轻小的定滑轮上，如图乙所示轻轻地推动一下，让绳子滑下，那滑轮上，如图乙所示轻轻地推动一下，让绳子滑下，那么当绳子离开滑轮的瞬间，绳子的速度为多少？么当绳子离开滑轮的瞬间，绳子的速度为多少？解：解：由机械能守恒定律，取小滑轮处由机械能守恒定律，取小滑轮处为零势能面为零势能面. .22124212mvLmgLmg1vgL2所以甲甲乙乙一、动能与势能的相互转化一、动能与势能的相互转化 重力做功：动能重力做功：动能 重力势能重力势能 弹力做功：动能弹力做功：动能 弹性势能弹性势能二、机械能守恒定律二、机械能守恒定律 在只有重力和弹力做功的物体系统内，物体的动能和重在只有重力和弹力做功的物体系统内，物体的动能和重力势能可以相互转化，但机械能的总量保持不变。力势能可以相互转化，但机械能的总量保持不变。三、应用机械能守恒定律的条件三、应用机械能守恒定律的条件 1. 1.只受重力（弹力），不受其他力。如自由落体的物体只受重力（弹力），不受其他力。如自由落体的物体 2. 2.除重力（弹力）以外还有其他力，但其他力都不做功除重力（弹力）以外还有其他力，但其他力都不做功( (做功的代数和为做功的代数和为0)0)。如做单摆运动的物体。如做单摆运动的物体