【成才之路】高中物理 第七章 机械能守恒定律 第九节 实验验证机械能守恒定律课件 新人教版必修2.ppt

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1、* 理解动能与势能的相互转化理解动能与势能的相互转化*掌握机械能守恒的内容及适用掌握机械能守恒的内容及适用条件条件*会用机械能守恒定律解决力学会用机械能守恒定律解决力学问题问题*培养理论联系实际的思想培养理论联系实际的思想你体验过公园里的翻滚过山车吗？过山车，呼啸着、你体验过公园里的翻滚过山车吗？过山车，呼啸着、奔驰着，紧张、惊险、刺激如下图所示是上海共青森林奔驰着，紧张、惊险、刺激如下图所示是上海共青森林公园旅游过山车，同学们可以开动脑筋，过山车是靠什么公园旅游过山车，同学们可以开动脑筋，过山车是靠什么做一圆圈的转动，而不需要动力？做一圆圈的转动，而不需要动力？1物体自由下落或沿光滑斜面下落

2、时，重力对物体物体自由下落或沿光滑斜面下落时，重力对物体做做_，物体的，物体的_减少，减少，_增加增加将物体以一定的初速度上抛或沿光滑斜面上升时，重将物体以一定的初速度上抛或沿光滑斜面上升时，重力做力做_，物体的，物体的_增加，增加，_减少减少2动能和弹性势能之间也可以相互转化例如，像动能和弹性势能之间也可以相互转化例如，像图甲那样，以一定速度运动的小球能使弹簧压缩，这时小图甲那样，以一定速度运动的小球能使弹簧压缩，这时小球球_做功，使动能转化成弹簧的做功，使动能转化成弹簧的_；小球静；小球静止以后，被压缩的弹簧又能将小球弹回止以后，被压缩的弹簧又能将小球弹回(如图乙所示如图乙所示)，这，这时

3、弹力对小球时弹力对小球_，又使弹簧的，又使弹簧的_转化成小球转化成小球的的_3一个物体如果只在一个物体如果只在_和和_作用下，作用下，发生发生_和和_的相互转化时，机械能的总量的相互转化时，机械能的总量_，这就是，这就是_答案：答案：1.正功重力势能动能负功重力势能正功重力势能动能负功重力势能动能动能2克服弹力弹性势能做功弹性势能动能克服弹力弹性势能做功弹性势能动能3重力重力(弹簧弹簧)弹力动能势能保持不变机械弹力动能势能保持不变机械能守恒定律能守恒定律机械能是指系统内所有物体的动能和势能机械能是指系统内所有物体的动能和势能(重力势能，重力势能，弹簧所具有的弹性势能弹簧所具有的弹性势能)的总和

4、的总和(1)机械能是一个状态量，机械运动的物体在某一位置机械能是一个状态量，机械运动的物体在某一位置时，具有确定的速度，也就有确定的动能和势能，即具有时，具有确定的速度，也就有确定的动能和势能，即具有确定的机械能确定的机械能(2)机械能是一个相对量，其大小与参考系、零势能面机械能是一个相对量，其大小与参考系、零势能面有关有关(3)机械能是标量，是系统所具有的机械能是标量，是系统所具有的如图，质量为如图，质量为m的苹果，从离地面的苹果，从离地面H高的树上由静止高的树上由静止开始落下，树下有一深度为开始落下，树下有一深度为h的坑若以地面为零势能参的坑若以地面为零势能参考平面，则当苹果落到坑底时的机

5、械能为考平面，则当苹果落到坑底时的机械能为()AmghBmgHCmg(Hh) Dmg(Hh)答案：答案：B(1)内容：在只有重力或内容：在只有重力或(弹簧弹簧)弹力做功的物体系统内，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做机械能守恒定律(2)机械能守恒定律的表达形式：机械能守恒定律的表达形式：初、末状态的机械能相等，即：初、末状态的机械能相等，即：EK1EP1Ek2EP2重力势能的增加重力势能的增加(减少减少)量等于动能的减少量等于动能的减少(增加增加)量，量，即：即：EP增增Ek减减(3)定律适用

6、条件：定律适用条件：只有重力做功或系统内只有重力做功或系统内(弹簧弹簧)弹力做功弹力做功.(1)对单个物体而言：其机械能是否守恒一般通过做功对单个物体而言：其机械能是否守恒一般通过做功来判定分析除重力，弹簧弹力外，有无其他力做功，若来判定分析除重力，弹簧弹力外，有无其他力做功，若无其他力做功，则其机械能守恒若有其他力做功，且不无其他力做功，则其机械能守恒若有其他力做功，且不为零，则其机械能必不守恒为零，则其机械能必不守恒(2)对几个物体组成的系统而言：其机械能是否守恒一对几个物体组成的系统而言：其机械能是否守恒一般通过能量转化来判定分析除重力势能，弹性势能和动般通过能量转化来判定分析除重力势能

7、，弹性势能和动能外，有无其他形式的能参与转化若无其他形式的能参能外，有无其他形式的能参与转化若无其他形式的能参与转化，则系统机械能守恒；若有其他形式的能参与转化，与转化，则系统机械能守恒；若有其他形式的能参与转化，则系统机械能必不守恒则系统机械能必不守恒(江苏无锡一中江苏无锡一中0809学年高一下学期期中学年高一下学期期中)如图所示，如图所示，一小孩从公园中粗糙的滑梯上加速滑下，对于其机械能变一小孩从公园中粗糙的滑梯上加速滑下，对于其机械能变化情况，下列说法中正确的是化情况，下列说法中正确的是()A重力势能减小，动能不变，机械能减小重力势能减小，动能不变，机械能减小B重力势能减小，动能增加，机

8、械能减小重力势能减小，动能增加，机械能减小C重力势能减小，动能增加，机械能增加重力势能减小，动能增加，机械能增加D重力势能减小，动能增加，机械能不变重力势能减小，动能增加，机械能不变答案：答案：B(1)应用步骤应用步骤选取研究对象选取研究对象(物体或系统物体或系统)明确研究对象的运动过程，分析研究对象在过程中明确研究对象的运动过程，分析研究对象在过程中的受力情况，弄清各力做功情况，判断机械能是否守恒的受力情况，弄清各力做功情况，判断机械能是否守恒选取恰当的参考平面，确定研究对象在初末状态的选取恰当的参考平面，确定研究对象在初末状态的机械能机械能选取恰当的表达式列方程求解常见的表达式有以选取恰当

9、的表达式列方程求解常见的表达式有以下几种：下几种：aEk1EP1Ek2EP1，即初状态的动能与势能之和，即初状态的动能与势能之和等于末状态的动能和势能之和等于末状态的动能和势能之和bEkEP或或EPEk，即动能，即动能(或势能或势能)的增的增加量等于势能加量等于势能(或动能或动能)的减少量的减少量cEAEB，即系统内，即系统内A物体机械能的增加量等物体机械能的增加量等于于B物体机械能的减少量物体机械能的减少量(2)机械能守恒定律和动能定理的比较机械能守恒定律和动能定理的比较 两大规律两大规律比较内容比较内容机械能守恒定律机械能守恒定律动能定理动能定理应用范围应用范围只有重力和弹力做功时只有重力

10、和弹力做功时无条件限制无条件限制物理意义物理意义其他力其他力(重力、弹力以外重力、弹力以外)所做的功是机械能变化的所做的功是机械能变化的量度量度合外力对物体做的功是动合外力对物体做的功是动能变化的量度能变化的量度关注角度关注角度守恒的条件和始末状态机守恒的条件和始末状态机械能的形式及大小械能的形式及大小动能的变化及改变动能的动能的变化及改变动能的方式方式(合外力做功情况合外力做功情况)说明说明等号右边表示动能增量时，等号右边表示动能增量时，左边表示势能的减少量，左边表示势能的减少量，“mgh”表示重力势能表示重力势能(或或重力势能的变化重力势能的变化)等号左边是合外力的功，等号左边是合外力的功

11、，右边是动能的增量，右边是动能的增量，“mgh”表示重力的功表示重力的功特别提醒：特别提醒：(1)除重力外还有其他力做功且做功不为零时，其他力除重力外还有其他力做功且做功不为零时，其他力做功数值等于机械能的变化量做功数值等于机械能的变化量(2)由于应用动能定理不需要满足什么条件，所以涉及由于应用动能定理不需要满足什么条件，所以涉及到功能关系问题时还是优先考虑动能定理到功能关系问题时还是优先考虑动能定理通过下列三个问题，探究机械能守恒要满足的条件通过下列三个问题，探究机械能守恒要满足的条件(1)瀑布是水流从高处落下形成的美丽自然景观水流瀑布是水流从高处落下形成的美丽自然景观水流在下落过程中的能量

12、如何转化？如果不计一切阻力，水流在下落过程中的能量如何转化？如果不计一切阻力，水流在下落过程中的机械能守恒吗？在下落过程中的机械能守恒吗？(2)流星从高空向地球坠落的过程中，在进入大气层之流星从高空向地球坠落的过程中，在进入大气层之前，可以看作只受地球的引力作用，那么，流星在进入大前，可以看作只受地球的引力作用，那么，流星在进入大气层之前的机械能守恒吗？气层之前的机械能守恒吗？(3)射箭的时候，运动员先把弓弦拉满，储存弹性势能，射箭的时候，运动员先把弓弦拉满，储存弹性势能，然后放手，释放弹性势能，你分析一下，运动员松手后，然后放手，释放弹性势能，你分析一下，运动员松手后，箭和弓弦组成的系统中，

13、能量如何转化？总的机械能是否箭和弓弦组成的系统中，能量如何转化？总的机械能是否守恒？守恒？解析：解析：机械能是由物体的机械运动状态决定的能机械能是由物体的机械运动状态决定的能量动能、重力势能和弹性势能统称为机械能当能量只量动能、重力势能和弹性势能统称为机械能当能量只在这三种形式的能量之间转化时，物体所具有的总能量保在这三种形式的能量之间转化时，物体所具有的总能量保持不变，也就是机械能守恒机械能守恒的条件是：系统持不变，也就是机械能守恒机械能守恒的条件是：系统内只有重力内只有重力(或弹簧中弹力或弹簧中弹力)对物体做功，系统外外力做的对物体做功，系统外外力做的功为零系统外外力做功为零应理解为不受外

14、力，或外力功为零系统外外力做功为零应理解为不受外力，或外力做的功为零在做的功为零在(1)中，水流在高处具有的重力势能完全转中，水流在高处具有的重力势能完全转化为动能，总的机械能守恒；在化为动能，总的机械能守恒；在(2)中，流星在进入大气层中，流星在进入大气层之前没有空气阻力作用，可以看成只受重力作用，流星和之前没有空气阻力作用，可以看成只受重力作用，流星和地球组成的系统机械能守恒；在地球组成的系统机械能守恒；在(3)中，弓弦储存的弹性势中，弓弦储存的弹性势能完全转化为箭的动能，弓弦和箭组成的系统机械能守能完全转化为箭的动能，弓弦和箭组成的系统机械能守恒恒点评：点评：要正确理解机械能守恒的含义，

15、掌握机械能守要正确理解机械能守恒的含义，掌握机械能守恒的条件恒的条件下列几种情况，系统的机械能守恒的是下列几种情况，系统的机械能守恒的是()A一颗弹丸在光滑的碗内做复杂的曲线运动一颗弹丸在光滑的碗内做复杂的曲线运动图图(a)B运动员在蹦床上越跳越高运动员在蹦床上越跳越高图图(b)C图图(c)中小车上放一木块，小车的左侧有弹簧与墙中小车上放一木块，小车的左侧有弹簧与墙壁相连，小车在左右振动时，木块相对于小车无滑动壁相连，小车在左右振动时，木块相对于小车无滑动(车轮车轮与地面摩擦不计与地面摩擦不计)D图图(c)中如果小车振动时，木块相对小车有滑动中如果小车振动时，木块相对小车有滑动答案：答案：AC

16、解析：解析：A选项弹丸只受重力与支持力，支持力不做功，选项弹丸只受重力与支持力，支持力不做功，只有重力做功，所以机械能守恒只有重力做功，所以机械能守恒B选项中运动员做功，选项中运动员做功，其机械能越来越大，其机械能越来越大，C选项中只有弹力做功，机械能守选项中只有弹力做功，机械能守恒恒D选项中有滑动摩擦力做功，所以机械能不守恒选项中有滑动摩擦力做功，所以机械能不守恒.某同学身高某同学身高1.8m，在运动会上他参加跳高比赛，起跳，在运动会上他参加跳高比赛，起跳后身体横着越过了后身体横着越过了1.8m高度的横杆高度的横杆(如图所示如图所示)，据此可估，据此可估算出他起跳时竖直向上的速度大约为算出他

17、起跳时竖直向上的速度大约为(g取取10m/s2)()A2m/sB4m/sC6m/sD8m/s答案：答案：B点评：点评：此题是此题是1999年上海高考题，此题最容易出现的年上海高考题，此题最容易出现的错误是漏掉人的身高，认为人的重心从地面升高而错选错误是漏掉人的身高，认为人的重心从地面升高而错选C.如图所示，轻弹簧如图所示，轻弹簧k一端与墙相连，质量为一端与墙相连，质量为4kg的木块的木块沿光滑的水平面以沿光滑的水平面以5m/s的速度运动并压缩弹簧的速度运动并压缩弹簧k，求弹簧在，求弹簧在被压缩过程中的最大弹性势能及木块速度减为被压缩过程中的最大弹性势能及木块速度减为3m/s时的弹时的弹性势能性

18、势能答案：答案：EPm50JEP132J解析：解析：木块压缩弹簧的过程及弹簧把木块弹开的过程木块压缩弹簧的过程及弹簧把木块弹开的过程中，通过弹簧弹力做功使木块的动能和弹簧的弹性势能相中，通过弹簧弹力做功使木块的动能和弹簧的弹性势能相互转化，由于不存在其他力做功，故木块和弹簧构成的系互转化，由于不存在其他力做功，故木块和弹簧构成的系统机械能守恒统机械能守恒当木块速度减为零时，弹簧压缩量最大，弹性势能最当木块速度减为零时，弹簧压缩量最大，弹性势能最大，设弹簧的最大弹性势能为大，设弹簧的最大弹性势能为EPm，则，则(2010山东省实验中学模拟山东省实验中学模拟)如图所示，水平传送带如图所示，水平传送

19、带AB的右端与竖直面内的用光滑钢管弯成的的右端与竖直面内的用光滑钢管弯成的“9”形固定轨道相形固定轨道相接，钢管内径很小传送带的运行速度为接，钢管内径很小传送带的运行速度为v06m/s，将质，将质量量m1.0kg的可看作质点的滑块无初速地放到传送带的可看作质点的滑块无初速地放到传送带A端，端，已知传送带高度为已知传送带高度为h0.4m，长度为，长度为L12.0m，“9”字全字全高高H0.8m，“9”字上半部分圆弧半径为字上半部分圆弧半径为R0.2m，滑块，滑块与传送带间的动摩擦因数为与传送带间的动摩擦因数为0.3，重力加速度，重力加速度g10m/s2，试求：试求：(1)滑块从传送带滑块从传送带

20、A端运动到端运动到B端所需要的时间端所需要的时间(2)滑块滑到轨道最高点滑块滑到轨道最高点C时对轨道作用力的大小和方时对轨道作用力的大小和方向向(3)滑块从滑块从D点抛出后的水平射程点抛出后的水平射程即轨道对滑块的弹力方向竖直向下，由牛顿第三定律即轨道对滑块的弹力方向竖直向下，由牛顿第三定律得，滑块对轨道的压力大小为得，滑块对轨道的压力大小为FNFN90N，方向竖直向，方向竖直向上上答案：答案：(1)3s(2)90N方向竖直向上方向竖直向上(3)2.1m如图所示，让摆球从图中如图所示，让摆球从图中A位置由静止开始下摆，正位置由静止开始下摆，正好到最低点好到最低点B位置时线被拉断，设摆线长位置时

21、线被拉断，设摆线长L1.6m，悬点与，悬点与地面的竖直高度为地面的竖直高度为6.6m，不计空气阻力，求摆球着地时速，不计空气阻力，求摆球着地时速度的大小度的大小答案：答案：10.8m/s在研究问题时时常碰到复杂的动态过程例如，粗细在研究问题时时常碰到复杂的动态过程例如，粗细均匀的均匀的U形管内装有同种液体，开始时使两边液面的高度形管内装有同种液体，开始时使两边液面的高度差为差为h，管中液柱的总长度为，管中液柱的总长度为4h，如图所示后来让液体，如图所示后来让液体自由流动，不计液体流动时与管内壁间的摩擦探究当两自由流动，不计液体流动时与管内壁间的摩擦探究当两液面高度相等时，右侧液面下降的速度为多大？液面高度相等时，右侧液面下降的速度为多大？解析：解析：本情境中整个运动过程中的本情境中整个运动过程中的“动态动态”很复杂，很复杂，但可将整个过程等效为一个相对简单的过程，从而方便求但可将整个过程等效为一个相对简单的过程，从而方便求解解