高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 机械能守恒定律教案配套ppt课件

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 机械能守恒定律教案配套ppt课件，共38页。PPT课件主要包含了复习目标，功和功率由力到功，功能关系由功到能，能量守恒由能到能，功与功率，是否做功，正功还是负功，恒力功还是变力功，如何计算功，常见的做功类型等内容，欢迎下载使用。

一、知识结构：基本概念和规律
二、分析思路：基本的分析方法
三、解题步骤：规范的求解过程
功的定义：力与力的方向上的位移的乘积。
功的意义：力在空间的效果累积。
从受力的研究过渡到做功的研究，是从对瞬时运动状态的研究，过渡到对运动过程的研究；从对特殊运动过程（匀速直线，匀变速直线）的研究，过渡到对一般过程（非匀变速运动，曲线运动）的研究。
求某个力的功的基本步骤：从定性到定量
不做功：如固定的支撑面，支持力不做功；悬点固定的摆绳不做功；
恒力做功：重力的功；用W=FS求解
变力的功：一般用功能关系或动能定理求解。
恒定功率发动机的功：用W=Pt求解
大小不变的阻力的功：用Wf = - f S路求解
机车启动的两种方式：恒定加速度启动和恒定功率启动
功能关系：功是能量转移或转化的量度
弹簧弹力做功与弹性势能
机械能守恒：动能和势能的转化
能量守恒：机械能和其它能量的转化
E1 = E2， Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2
ΔEk = - ΔEp
ΔE其 = - ΔE机
实验验证机械能守恒定律
重物质量可不测，合理选取速度不可用运动学公式
实验数据的处理和误差分析
受力分析：物体受到的作用力的方向、大小及其特点。
运动分析：物体在某个运动过程中的轨迹与位移、运动时间、速度变化、加速度变化。
做功分析：每一个力是否做功，正功还是负功，恒力功还是变力功，用哪种方法求功。
能量分析：动能，势能，机械能，内能，其它能；机械能是否守恒。
力学分析：受力分析，运动分析，做功分析，能量分析；画好两个图：运动过程草图，受力分析图。
选择研究对象和运动过程：单体还是系统；单过程还是多过程。
选择物理规律：牛顿运动定律；功能关系；动能定理；机械能守恒定律；能量守恒定律。
列式求解，检验和作答。
质量为m的汽车，启动后沿平直路面行驶，如果发动机的输出功率恒为P，且行驶过程中受到的阻力大小一定，汽车能够达到的最大速度为v。求：（1）行驶过程中汽车受到的阻力f大小。（2）当汽车的车速为v/4 时，汽车的瞬时加速度a的大小。
这道题考察机车启动问题中的功率与加速度问题。
（1）这汽车在加速过程中受到四个力，重力与支持力平衡，牵引力和阻力。汽车的功率P与牵引力F以及速度v的关系是P=Fv，当功率恒定时，汽车的牵引力随着速度的增大而减小，在F=f时达到最大值。因此阻力f的大小为f=P/v。
（2）汽车速度为v/4时，我们可以求出牵引力的大小为F=4f=4P/v，由牛顿第二定律，加速度为a=(F-f)/m=3P/(mv)。
物体做自由落体运动，Ek代表动能，Ep代表势能，h代表下落的距离，以水平地面为零势能面。下列所示图像中，能正确反映各物理量之间关系的是：
该是一道考察动能和势能的表达式、自由落体的运动规律，以及图像理解的综合题。答案中四个图像的纵轴都是势能Ep，而横轴分别为时间t，速度v，动能Ek和高度h，我们需要分别找出Ep和这四个量的关系，求出表达式，然后根据表达式的特点分析是否与选项中的图像相符合。
画出物体下落的示意图，图中H是物体初始的高度，h是物体下落的高度，(H-h)是物体下落h高度后离地的高度。则：重力势能Ep=mg(H-h)，Ep-h图像应为直线，选项D错误；由h=1/2gt2，得Ep=mg(H-1/2gt2），Ep-t图像应该为开口向下的抛物线，选项A错误；
由机械能守恒，得Ep=mgH-Ek，Ep-Ek图像应为直线，选项C错误；由动能Ek=1/2mv2，得Ep=mgH-1/2mv2，Ep-v图像应该为开口向下的抛物线，选项B正确。
如图所示，有一根轻杆AB，可绕O点在竖直平面内无摩擦地自由转动，在AB端各固定一质量为m的小球，OA和OB的长度分别为2L和L，开始时，AB静止在水平位置，释放后，AB杆转到竖直位置。求：在竖直位置时，A、B两端小球的速度各是多少？
这是一个由两个物体以及轻杆连接而成的系统。
还需要注意的是，如果对单个小球A或者B而言，因为轻杆的力做功，单个物体机械能是不守恒的；但是对整个系统而言，轻杆对小球A和小球B所做功的和是零，机械能守恒。
由于轻杆的受力方向不一定沿杆的方向，而且运动过程又是比较复杂的变速圆周运动，用牛顿定律来求解是非常复杂的，我们需要考虑从做功或者能量的角度来求解。
对小球A、B和轻杆所组成的系统，因为重力做功，A的重力势能减少了mg2L，而B的重力势能增加了mgL；设杆在竖直位置时，A、B的速度分别为vA、vB，由机械能守恒定律：
OA的长度是OB的两倍，则vA = 2vB，代入上式解得：
弹簧，然后放手，物块在弹力作用下向右运动，物体经B点进入半圆轨道瞬间对轨道的压力为其重力的7倍，之后向上运动恰能完成半圆周运动到达C点，重力加速度为g。求：（1）弹簧弹力对物块做的功；（2）物块从B到C克服阻力的功。
如图所示，光滑水平面AB与一半圆开轨道在B点相连，轨道位于竖直面内，其半径为R，一个质量为m的物块静止在水平面上。现向左推物块使其压紧
这是一个非常综合的问题。从运动过程上讲，既有直线运动，也有曲线运动；从做功特点来讲，既有恒力做功，也有变力做功；从能量形式上讲，包含了弹性势能、动能和重力势能；从规律使用上，既要使用功和能量的关系，也需要使用牛顿运动定律。下面，我们分阶段对物体进行分析。
（1）物体被弹簧弹开的过程：
受力分析：重力，支持力，弹簧弹力（变力） 。
运动分析：非匀变速直线运动，初速度为零，末速度为vB 。
做功分析：弹簧弹力做功（变力的功）。
能量分析：弹性势能转化为动能。
之后小球匀速滑动到B。要求弹簧弹力做的功，因为是变力做功，应该使用动能定理。对物体从A到B的过程：
要求解物体在B点的速度，还需要对物体在B点（刚好进入半圆轨道）进行受力分析：重力竖直向下，大小为mg；支持力竖直向上，大小为7mg；重力和支持力的合力提供向心力。由牛顿第二定律：
（2）分析从B滑动到C的过程：
受力分析：重力，支持力，阻力（变力）。
运动分析：变速圆周运动，初速度为vB，末速度为vC。
做功分析：重力做负功WG = - mg2R；支持力不做功，阻力的功待求，是变力的功。
能量分析：动能转化为重力势能和内能，机械能不守恒。
要求阻力的功，应该使用动能定理，对B到C的过程：
为了确定物体在C点的速度，还需要对C点进行分析：
物体恰好能完成半圆周运动到C点，说明在C点轨道的支持力恰好等于零，物体只受两个力：重力竖直向下，大小为mg；阻力未知，沿水平方向；重力提供向心力，由牛顿第二定律：
代入之前的表达式，得： ，克服阻力做功 。
质量为m的物体被无初速度放在以速度v匀速前进的水平传送带上，加速到和传送带相同的速度后一起匀速前进。物体与传送带之间的滑动摩擦系数为μ，不计发动机的能量损耗，求：（1）传送带对物体做的功；（2）物体加速过程中的位移；（3）物体加速过程中因为摩擦产生的内能；（4）物体加速过程中发动机消耗的电能。
对物体受传送带作用加速的过程进行分析：
受力分析：重力mg，支持力N与重力平衡，合力等于滑动摩擦力f = μmg 。
运动分析：初速度为零，末速度为v 。
做功分析：重力和弹力不做功，滑动摩擦力做正功。
能量分析：发动机消耗电能，转化为物体的动能和摩擦产生的内能。
（1）求传送带对物体做的功。
传送带对物体有两个作用力，支持力和滑动摩擦力。其中支持力不做功，滑动摩擦力做正功，而且是一个恒力，可以使用W = FS来求功，但是位移S是未知量；也可以使用动能定理来求功，题中初动能和末动能都已知，可以直接求解。
对物体加速过程，由动能定理：
（2）求物体加速过程中的位移。
已知合力，质量，初末速度，可以用牛顿定律求位移；已经求出合力的功即摩擦力的功，也可以用功的定义式求位移；后者更方便。
（3）求物体加速过程中因为摩擦产生的内能。
摩擦产生的内能可以用Q=fS相来计算，注意这里S相是物体相对传送带的位移，因此，要先求出传送带的位移S’。这里传送带始终匀速前进，速度为v，要求位移，需要先求出物体加速的时间t。
由牛顿第二定律，物体的加速度为
结合运动学公式，解得：
（4）求物体加速过程中发动机消耗的电能
因为这里没有给出发动机的功率，电能只能通过能量守恒来求解。物体加速过程中，消耗的电能有两个去向，一个是成为了物体增加的动能，一个是摩擦产生的内能。因此，消耗的电能就等于这两部分能量之和。