高中物理必修二7.8机械能守恒定律课件(人教版).pptx

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1、机械能守恒定律机械能守恒定律学习目标：学习目标：知识与技能知识与技能1.理解动能与势能的相互转化.2.掌握机械能守恒定律的表达式.过程与方法过程与方法 经过机械能守恒定律的实际应用，进一步理解机械能守恒的条件.情感态度与价值观情感态度与价值观 培养理论联系实际的思想，通过规律、理论的学习，培养学以致用的思想.重点：重点：1.机械能守恒的条件.2.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.教学难点教学难点1.判断机械能是否守恒.2.灵活运用机械能守恒定律解决问题.返回返回导入导入推进新课推进新课一、动能与势能的相互转化动能与势能的相互转化前面我们学习了动能、势能和机械能的知识.在初

2、中学习时我们就了解到，在一定条件下，物体的动能与势能(包括重力势能和弹性势能)可以相互转化，动能与势能相互转化的例子在生活中非常多，请同学们举出生活中的例子来说明动能与势能的相互转化.1.从树上掉下的苹果（势能向动能转化）；2.自行车猛蹬几下自由冲上斜坡（动能向势能转化）；3.拉弓射箭（势能向动能转化）4.运动会上撑竿跳高运动员在跳起的过程中（人的动能转化为杆的弹性势能,后杆的弹性势能转化为人的重力势能）.实验演示实验演示：返回返回二、机械能守恒定律机械能守恒定律问题问题：动能和势能的相互转化是否存在某种定量的关系呢？上述各运动过程中，物体的机械能是否变化呢？通过具体的实例进行理论推导分析.先

3、考虑只有重力对物体做功的理想情况.返回返回情境设置：质量为m的物体自由下落过程中，经过高度h1处速度为v1，下落至高度h2处速度为v2，不计空气阻力，分析由h1下落到h2过程中机械能的变化返回返回分析：分析：根据动能定理，有:=WG下落过程中重力对物体做功，重力做功在数值上等于物体重力势能的变化量.取地面为参考平面，有WG=mgh1-mgh2由以上两式可以得到 =mgh1-mgh2移项得 分析讨论上面表达式的物理意义等号的左侧表示末态的机械能，等号的右侧表示初态的机械能，表达式表明初态跟末态的机械能相等.即在小球下落的过程中，重力势能减小，动能增加，减小的重力势能转化为动能.问题：此表达式具有

4、普遍意义吗？还是仅在只受重力的自由落体运动中成立？返回返回推导竖直上抛、平抛的过程是否成立.思维拓展思维拓展 在只有弹力做功的体系统呢？在只有重力做功的情况下，机械能是守恒的；同样作为机械能组成部分的势能，是否在只有弹力做功的情况下，机械能也能守恒呢？通过上面只有重力做功与只有弹力做功两个部分的推导，总结机械能守恒定律的内容：返回返回机械能守恒定律机械能守恒定律1内容内容在只有在只有_或弹力做功的物体系统内，动能与或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以互相转化，而总的机械能势能可以互相转化，而总的机械能_重力重力保持不变保持不变2 2表达式表达式E Ek1k1E Ep1p1E Ek2k2E E

5、p2p2或或E E1 1E E2 2返回返回三三机械能守恒的条件机械能守恒的条件1.只受重力（弹力），不受其他力只受重力（弹力），不受其他力.2.除重力和弹力以外，除重力和弹力以外，受其他力受其他力,其他力其他力_不做功不做功注意：机械能守恒是指在一个过程中的每一注意：机械能守恒是指在一个过程中的每一个时刻机械能都相等，如果仅指出初末位置个时刻机械能都相等，如果仅指出初末位置的机械能相等，不能准确判断出整个过程中的机械能相等，不能准确判断出整个过程中机械能是否守恒机械能是否守恒返回返回特特别别提提醒醒：(1)机机械械能能守守恒恒的的条条件件绝绝不不是是合合外外力力的的功功等等于于零零，更更不不

6、是是合合外外力力为为零零；判判断断机机械械能能是是否否守守恒恒时时，要要根根据据不不同同情情景景恰恰当当地地选取判断方法选取判断方法(2)如果除物体的重力和系统内的弹力做功之如果除物体的重力和系统内的弹力做功之外，还有其他力做功，若其他力所做的总功外，还有其他力做功，若其他力所做的总功为零，此种情况下不能说物体的机械能守恒，为零，此种情况下不能说物体的机械能守恒，只能说其机械能不变只能说其机械能不变返回返回即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1如图如图781所示装置中，木块与水平桌所示装置中，木块与水平桌面间的接触面是光滑的，子弹面间的接触面是光滑的，子弹A沿水平方向沿水平

7、方向射入木块后留在木块内，将弹簧压缩到最短，射入木块后留在木块内，将弹簧压缩到最短，则从子弹开始射木块到弹簧压缩至最短的整则从子弹开始射木块到弹簧压缩至最短的整个过程中个过程中()图图781返回返回A子弹与木块组成的系统机械能守恒子弹与木块组成的系统机械能守恒B子弹与木块组成的系统机械能不守恒子弹与木块组成的系统机械能不守恒C子弹、木块和弹簧组成的系统机械能守恒子弹、木块和弹簧组成的系统机械能守恒D子弹、木块和弹簧组成的系统机械能不守恒子弹、木块和弹簧组成的系统机械能不守恒解析：解析：选选BD.从子弹射木块到木块压缩至最短的从子弹射木块到木块压缩至最短的整个过程中，由于存在机械能与内能的相互转

8、化，整个过程中，由于存在机械能与内能的相互转化，所以对整个系统机械能不守恒对子弹和木块，所以对整个系统机械能不守恒对子弹和木块，除摩擦生热外，还要克服弹簧弹力做功，故机械除摩擦生热外，还要克服弹簧弹力做功，故机械能也不守恒能也不守恒返回返回四、机械能守恒定律及其应用四、机械能守恒定律及其应用1应用机械能守恒定律时，相互作用的物应用机械能守恒定律时，相互作用的物体间的力可以是变力，也可以是恒力，只要体间的力可以是变力，也可以是恒力，只要符合守恒条件，机械能就守恒符合守恒条件，机械能就守恒2机械能守恒定律只涉及物体系的初、末机械能守恒定律只涉及物体系的初、末状态的物理量，而不须分析中间过程的复杂状

9、态的物理量，而不须分析中间过程的复杂变化，使处理问题得到简化变化，使处理问题得到简化返回返回例题例题 在距离地面20 m高处,以15 m/s的初速度水平抛出一小球，不计空气阻力，取g=10 m/s2，求小球落地速度大小.思考分析，问题：(1).前面学习过应用运动合成与分解的方法处理平抛运动，现在能否应用机械能守恒定律解决这类问题？(2).小球抛出后至落地之前的运动过程中，是否满足机械能守恒的条件？如何应用机械能守恒定律解决问题？返回返回分析：小球下落过程中，只有重力对小球做功，满足机械能守恒条件，可以用机械能守恒定律求解；应用机械能守恒定律时，应明确所选取的运动过程，明确初、末状态小球所具有的

10、机械能.取地面为参考平面，抛出时小球具有的重力势能Ep1=mgh，动能为Ek1=落地时,小球的重力势能Ep2=0,动能为Ek2=mv2.根据机械能守恒定律,有E1=E2,即mgh+=落地时小球的速度大小为v=25 m/s.mv2返回返回3应用机械能守恒定律解题的步骤应用机械能守恒定律解题的步骤(1)根据题意选取研究对象根据题意选取研究对象(物体或系统物体或系统)(2)明确研究对象的运动过程，分析研究对象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，弄清各力做功的情况，在过程中的受力情况，弄清各力做功的情况，判断机械能是否守恒判断机械能是否守恒(3)恰当地选取零势能面，确定研究对象在过

11、恰当地选取零势能面，确定研究对象在过程中的始态和末态的机械能程中的始态和末态的机械能(4)根据机械能守恒定律的不同表达式列方程，根据机械能守恒定律的不同表达式列方程，并求解结果并求解结果返回返回4应用机械能守恒定律列方程的两条基本思路应用机械能守恒定律列方程的两条基本思路(1)守恒观点守恒观点初态机械能等于末态机械能，即：Ek1Ep1Ek2Ep2.(2)转化或转移观点转化或转移观点动能动能(或势能或势能)的减少量等于势能的减少量等于势能(或动能或动能)的增加的增加量，即：量，即：Ek1Ek2Ep2Ep1.一个物体机械能的减少一个物体机械能的减少(或增加或增加)量等于其他物体量等于其他物体机械能

12、的增加机械能的增加(或减少或减少)量，即：量，即：EA1EA2EB2EB1.返回返回即时应用即时应用 (即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)例例(2011年杭州高一检测年杭州高一检测)如图如图782所示，竖所示，竖直轻弹簧下端固定在水平地面上，质量为直轻弹簧下端固定在水平地面上，质量为m的小的小球，从轻弹簧的正上方某一高处自由落下，并将球，从轻弹簧的正上方某一高处自由落下，并将弹簧压缩，直到小球的速度变为零对于小球、弹簧压缩，直到小球的速度变为零对于小球、轻弹簧和地球组成的系统，在小球开始与弹簧接轻弹簧和地球组成的系统，在小球开始与弹簧接触时起到小球速度变为零的过程中，有触时起到小球速度变为

13、零的过程中，有()图图782返回返回A小球的动能和重力势能的总和越来越小，小球的动能和重力势能的总和越来越小，小球的动能和弹性势能的总和越来越大小球的动能和弹性势能的总和越来越大B小球的动能和重力势能的总和越来越小，小球的动能和重力势能的总和越来越小，小球的动能和弹性势能的总和越来越小小球的动能和弹性势能的总和越来越小C小球的动能和重力势能的总和越来越大，小球的动能和重力势能的总和越来越大，小球的动能和弹性势能的总和越来越大小球的动能和弹性势能的总和越来越大D小球的动能和重力势能的总和越来越大，小球的动能和重力势能的总和越来越大，小球的动能和弹性势能的总和越来越小小球的动能和弹性势能的总和越来

14、越小返回返回解析：解析：选选A.在小球开始与弹簧接触到小球速度变在小球开始与弹簧接触到小球速度变为零的过程中，只有重力和弹力做功，小球和弹为零的过程中，只有重力和弹力做功，小球和弹簧组成的系统的机械能守恒，即动能、弹性势能簧组成的系统的机械能守恒，即动能、弹性势能和重力势能的总和不变，由于弹力一直做负功，和重力势能的总和不变，由于弹力一直做负功，弹性势能不断增大，故小球的动能和重力势能的弹性势能不断增大，故小球的动能和重力势能的总和越来越小；同理，由于重力一直做正功，重总和越来越小；同理，由于重力一直做正功，重力势能不断减小，故小球的动能和弹性势能的总力势能不断减小，故小球的动能和弹性势能的总

15、和越来越大和越来越大返回返回课堂互动讲练课堂互动讲练 (2011年长沙高一检测年长沙高一检测)下列运动中能满下列运动中能满足机械能守恒的是足机械能守恒的是()类型一类型一机械能是否守恒的判断机械能是否守恒的判断例例1返回返回A手榴弹从手中抛出后的运动手榴弹从手中抛出后的运动(不计空气阻力不计空气阻力)B子弹射穿木块子弹射穿木块C细绳一端固定，另一端拴着一个小球，使小细绳一端固定，另一端拴着一个小球，使小球在光滑水平面上做匀速圆周运动球在光滑水平面上做匀速圆周运动D吊车将货物匀速吊起吊车将货物匀速吊起E物体沿光滑圆弧面从下向上滑动物体沿光滑圆弧面从下向上滑动F降落伞在空中匀速下降降落伞在空中匀速

16、下降返回返回【精讲精析精讲精析】对于对于A，手榴弹从手中抛出后，手榴弹从手中抛出后，在不计空气阻力的情况下，只受重力的作用，整在不计空气阻力的情况下，只受重力的作用，整个运动过程中只有重力做功，没有其他力做功，个运动过程中只有重力做功，没有其他力做功，机械能守恒，机械能守恒，A正确对于正确对于B，子弹穿过木块的过，子弹穿过木块的过程，子弹受到木块施加的摩擦力的作用，摩擦力程，子弹受到木块施加的摩擦力的作用，摩擦力对子弹做负功，子弹的动能转化为内能，机械能对子弹做负功，子弹的动能转化为内能，机械能不守恒，不守恒，B不正确不正确返回返回对于对于C，小球在光滑的水平面上运动，受到重力、，小球在光滑的

17、水平面上运动，受到重力、水平面对小球的支持力，还有细绳对小球的拉水平面对小球的支持力，还有细绳对小球的拉力，这些力皆与小球的运动方向垂直，不做功，力，这些力皆与小球的运动方向垂直，不做功，所以小球在运动过程中无能量转化，保持原有所以小球在运动过程中无能量转化，保持原有的动能不变，即机械能守恒，的动能不变，即机械能守恒，C正确对于正确对于D，吊车将货物匀速吊起的过程中，货物受到与其吊车将货物匀速吊起的过程中，货物受到与其重力大小相等、方向相反的拉力作用，上升过重力大小相等、方向相反的拉力作用，上升过程中除重力做功外还有拉力对物体做正功，货程中除重力做功外还有拉力对物体做正功，货物的机械能增加，故

18、物的机械能增加，故D所指运动过程机械能不守所指运动过程机械能不守恒恒返回返回对于对于E，物体沿光滑圆弧面向上运动时，除重力，物体沿光滑圆弧面向上运动时，除重力做功外，弧面对物体的弹力不做功，故做功外，弧面对物体的弹力不做功，故E所指运所指运动中满足机械能守恒的条件对于动中满足机械能守恒的条件对于F，降落伞在，降落伞在空中匀速下降，除受重力外，还受到与重力大小空中匀速下降，除受重力外，还受到与重力大小相等、方向相反的空气阻力的作用，空气阻力对相等、方向相反的空气阻力的作用，空气阻力对降落伞做负功，故它的机械能减少，不守恒故降落伞做负功，故它的机械能减少，不守恒故选选A、C、E.【答案答案】ACE

19、返回返回【方法总结方法总结】判断机械能是否守恒的两种判断机械能是否守恒的两种常用方法：一是根据做功分析，在对物体受常用方法：一是根据做功分析，在对物体受力分析的基础上分析哪些力做功，哪些力不力分析的基础上分析哪些力做功，哪些力不做功，如果只有重力或系统内弹力做功，则做功，如果只有重力或系统内弹力做功，则机械能守恒；二是根据能量转化分析，如果机械能守恒；二是根据能量转化分析，如果在变化过程中既没有其他形式的能转化为机在变化过程中既没有其他形式的能转化为机械能，也没有机械能转化为其他形式的能，械能，也没有机械能转化为其他形式的能，则系统的机械能守恒则系统的机械能守恒返回返回变变式式训训练练1关关于

20、于机机械械能能是是否否守守恒恒的的叙叙述述，正正确的是确的是()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做匀速圆周运动的物体机械能一定守恒做匀速圆周运动的物体机械能一定守恒 D做平抛运动的物体机械能一定守恒做平抛运动的物体机械能一定守恒返回返回解析：解析：选选BD.判断物体机械能是否守恒，依判断物体机械能是否守恒，依据是重力或弹力以外的力是否做了功，不管据是重力或弹力以外的力是否做了功，不管是物体做匀速运动还是变速运动，也不管物是物体做匀速运动还是变速运动，也不管物体是做直线运动还是曲线运动，只要重力

21、或体是做直线运动还是曲线运动，只要重力或弹力以外的力不做功，机械能就一定守恒，弹力以外的力不做功，机械能就一定守恒，B、D正确；竖直平面内做匀速圆周运动的正确；竖直平面内做匀速圆周运动的物体机械能不一定守恒，物体机械能不一定守恒，C错；竖直方向上错；竖直方向上的匀速直线运动，除重力做功外还有其他力的匀速直线运动，除重力做功外还有其他力做功，机械能不守恒，做功，机械能不守恒，A错错返回返回 (2011年邵阳高一检测年邵阳高一检测)如图如图783所示，所示，位于竖直平面内的光滑轨道，由一段斜的直轨位于竖直平面内的光滑轨道，由一段斜的直轨道和与之相切的圆形轨道连接而成，圆形轨道道和与之相切的圆形轨道

22、连接而成，圆形轨道的半径为的半径为R.图图783类型二类型二机械能守恒定律的应用机械能守恒定律的应用(单个物体单个物体)例例2返回返回一质量为一质量为m的小物块从斜轨道上的某处由静止开的小物块从斜轨道上的某处由静止开始下滑，然后沿圆形轨道运动要求物块能通过始下滑，然后沿圆形轨道运动要求物块能通过圆形轨道最高点，且在该最高点与轨道间的压力圆形轨道最高点，且在该最高点与轨道间的压力不能超过不能超过5mg(g为重力加速度为重力加速度)求物块初始位置求物块初始位置相对于圆形轨道底部的高度相对于圆形轨道底部的高度h的取值范围的取值范围返回返回【思路点拨思路点拨】解答本题应把握三个关键点：解答本题应把握三

23、个关键点：(1)明确物块下滑过程中机械能守恒明确物块下滑过程中机械能守恒(2)h的的大大小小决决定定物物块块在在圆圆形形轨轨道道最最高高点点受受到到的的压力大小压力大小(3)在圆形轨道最高点利用向心力公式列式求解在圆形轨道最高点利用向心力公式列式求解返回返回返回返回返回返回【方方法法总总结结】(1)机机械械能能守守恒恒定定律律的的表表达达式有多种，具体选用哪一种要视情况而定；式有多种，具体选用哪一种要视情况而定；(2)对单个物体而言，如果机械能守恒，则除对单个物体而言，如果机械能守恒，则除了可应用机械能守恒定律以外，也可以选用了可应用机械能守恒定律以外，也可以选用动能定理动能定理返回返回变式训

24、练变式训练2如图如图784所示，用长为所示，用长为L的细的细线，一端系于悬点线，一端系于悬点A，另一端拴住一质量为，另一端拴住一质量为m的小球，先将小球拉至水平位置并使细线绷的小球，先将小球拉至水平位置并使细线绷直，在悬点直，在悬点A的正下方的正下方O点钉有一小钉子，今点钉有一小钉子，今将小球由静止释放，要使小球能在竖直平面将小球由静止释放，要使小球能在竖直平面内做完整圆周运动，内做完整圆周运动，OA的最小距离是多少？的最小距离是多少？图图784返回返回返回返回返回返回 (2011年山西临汾模拟年山西临汾模拟)如图如图785所所示，质量不计的轻杆一端安装在水平轴示，质量不计的轻杆一端安装在水平

25、轴O上，上，杆的中央和另一端分别固定一个质量均为杆的中央和另一端分别固定一个质量均为m的小球的小球A和和B(可以当做质点可以当做质点)，杆长为，杆长为l，将，将轻杆从静止开始释放，不计空气阻力当轻轻杆从静止开始释放，不计空气阻力当轻杆通过竖直位置时，求：小球杆通过竖直位置时，求：小球A、B的速度的速度各是多少？各是多少？类型三类型三机械能守恒定律的应用机械能守恒定律的应用(多物体系统多物体系统)例例3图图785返回返回【思路点拨思路点拨】A球和球和B球单独随轻杆在空球单独随轻杆在空间转动时它们运动的快慢程度是不同的，即间转动时它们运动的快慢程度是不同的，即A、B球和轻杆一起转动的过程中，轻杆对

26、球和轻杆一起转动的过程中，轻杆对A、B球做功，因此两球机械能均不守恒，但以球做功，因此两球机械能均不守恒，但以A、B(包括轻杆包括轻杆)作为一个系统，只有小球的作为一个系统，只有小球的重力和系统弹力做功，系统机械能守恒重力和系统弹力做功，系统机械能守恒返回返回返回返回【方法总结方法总结】对于多个物体组成的系统，对于多个物体组成的系统，利用机械能守恒定律解题时，应注意找物体利用机械能守恒定律解题时，应注意找物体之间的联系：一是物体间高度变化的关系；之间的联系：一是物体间高度变化的关系；二是物体间速度大小之间的关系二是物体间速度大小之间的关系返回返回变式训练变式训练3如图如图786所示，一固定的楔

27、所示，一固定的楔形木块，其斜面的倾角形木块，其斜面的倾角30，另一边与地，另一边与地面垂直，顶上有一定滑轮，一柔软的细线跨面垂直，顶上有一定滑轮，一柔软的细线跨过定滑轮，两端分别与物块过定滑轮，两端分别与物块A和和B连接，连接，A的的质量为质量为4m，B的质量为的质量为m.开始时将开始时将B按在地按在地面上不动，然后放开手，让面上不动，然后放开手，让A沿斜面下滑而沿斜面下滑而B上升物块上升物块A与斜面间无摩擦，设当与斜面间无摩擦，设当A沿斜沿斜面下滑面下滑l距离后，细线突然断了，求物块距离后，细线突然断了，求物块B上上升的最大高度升的最大高度H.图图786返回返回返回返回返回返回五、五、课堂小结课堂小结1.在只有重力或弹力做功的物体系统内，物体的机械能总量不变.2.应用机械能守恒定律的解题步骤(1)确定研究对象;(2)对研究对象进行正确的受力分析;(3)判断各个力是否做功，并分析是否符合机械能守恒的条件;(4)视解题方便选取零势能参考平面，并确定研究对象在始、末状态时的机械能;(5)根据机械能守恒定律列出方程，或再辅之以其他方程，进行求解.六、作业六、作业1.教材“问题与练习”第1、3、4题.2.观察记录生活中其他的物理情景，判断其是否符合机械能守恒定律.