高中物理粤教版 (2019)必修 第二册第五节 机械能守恒定律获奖课件ppt

这是一份高中物理粤教版 (2019)必修 第二册第五节 机械能守恒定律获奖课件ppt，共43页。PPT课件主要包含了课前·自主预习，动能与势能的相互转化，机械能，机械能守恒定律，互相转化，保持不变，Ep1－Ep2，－ΔEp，Ek1＋Ep1，重力或系统内弹力等内容，欢迎下载使用。

1．动能与势能的相互转化(1)转化条件：__________或________做功．(2)转化特点：做正功时，______向________转化；做负功时，________向________转化．2．重力势能、弹性势能与动能统称为___________．
如图所示，物体沿光滑曲面滑下，途经A、B两点．这个过程中物体的动能和势能如何变化？【答案】由于曲面光滑，只有重力做功．下滑过程中速度增大，高度减小，故动能增大，重力势能减小．
1．内容：在只有重力或弹力做功的系统内，动能与势能发生________，而系统的机械能总量__________．2．守恒定律表达式(1)Ek2－Ek1＝________________，即ΔEk＝___________．(2)Ek2＋Ep2＝________________．(3)E2＝________．3．守恒条件：只有__________________做功．
下列运动过程中，机械能守恒的是(　　)A．热气球缓缓升空B．树叶从枝头飘落C．掷出的铅球在空中运动D．跳水运动员在水中下沉【答案】C　
【解析】热气球缓缓升空过程中，空气的浮力做功，机械能不守恒，A错误；树叶从枝头飘落，所受的空气阻力不能忽略，空气阻力做负功，其机械能不守恒，B错误；掷出的铅球在空中运动时，所受空气的阻力对其运动的影响可以忽略，只有重力做功，其机械能守恒，C正确；跳水运动员在水中下沉时，受到水的浮力做负功，其机械能不守恒，D错误．
机械能守恒的四种情况1．物体只受重力，只发生动能和重力势能的相互转化，如自由落体运动、抛体运动等．2．只有弹力做功，只发生动能和弹性势能的相互转化．如在光滑水平面上运动的物体碰到一个弹簧，与弹簧相互作用的过程中，对物体和弹簧组成的系统来说，机械能守恒．
3．物体既受重力，又受弹力，重力和弹力都做功，发生动能、弹性势能、重力势能的相互转化，如自由下落的物体落到竖直的弹簧上和弹簧相互作用的过程中，对物体和弹簧组成的系统来说，机械能守恒．4．除受重力或弹力外，还受其他力，但其他力不做功，或其他力做功的代数和为零．如物体在沿斜面的拉力F的作用下沿斜面向下运动，若拉力的大小与摩擦力的大小相等，则在此运动过程中，其机械能守恒．
例1　(多选)如图所示，下列关于机械能是否守恒的判断正确的是(　　)
A．图甲中，物体A将弹簧压缩的过程中，物体A的机械能守恒B．图乙中，物体B在大小等于摩擦力的拉力作用下沿斜面下滑时，机械能守恒C．图丙中，不计任何阻力时A加速下落、B加速上升的过程中，A、B组成的系统机械能守恒D．图丁中，小球由水平位置A处静止释放，运动到B处的过程中，机械能守恒【答案】BCD　
【解析】图甲中重力和弹力做功，物体A和弹簧组成的系统机械能守恒，但A的机械能不守恒，故A错误；图乙中物体B除受重力外，还受支持力、拉力、摩擦力，但当拉力与摩擦力相等时，除重力之外的三个力做功的代数和为零，故B机械能守恒，则B正确；图丙中绳子的张力对A做负功，对B做正功，两者代数和为零，又不计任何阻力，故A、B组成的系统机械能守恒，故C正确；图丁中只有小球的重力做功，故机械能守恒，故D正确．
变式1　关于机械能，下列说法正确的是(　　)A．机械能守恒时，物体一定只受重力和弹力作用B．物体处于平衡状态时，机械能必守恒C．一个系统所受外力为零时，系统机械能守恒D．物体所受的合外力不等于零，其机械能也可以守恒【答案】D　
【解析】物体机械能守恒的条件是只有重力或者弹力做功，物体除了受重力和弹力的作用，还有可能受其他力的作用，但是其他力做功为零，故A错误；物体处于平衡状态时，所受的合力为零，机械能不一定守恒，例如物体匀速上升，动能不变，重力势能增大，故B、C错误；物体所受合外力不等于零时，机械能可能守恒，例如自由下落的物体，D正确．
1．系统机械能守恒，系统中单个物体机械能不一定守恒．2．有摩擦力做功，但还有其他力做功来抵消摩擦力做的功，机械能仍然守恒．3．系统中有内力做功，但内力做功的代数和为零，则机械能守恒．4.物体除受重力外还受其他力，但其他力不做功，则机械能守恒．
机械能守恒定律与动能定理的比较
例2　水平光滑直轨道ab与半径为R＝0.4 m的竖直半圆形光滑轨道bc相切，质量为0.2 kg的小球以一定速度沿直线轨道向右运动，如图所示．小球进入圆形轨道后刚好能通过c点，然后小球做平抛运动落在直轨道上的d点，g取10 m/s2，则(　　)A．小球到达c点的速度为0B．小球落到d点时的速度为4 m/sC．小球在直轨道上的落点d与b点距离为0.8 mD．小球从c点落到d点所需时间为0.2 s
变式2　光滑水平面上有A、B两木块，A、B之间用一轻弹簧拴接，A靠在墙壁上，用力F向左推B使两木块之间的弹簧压缩并处于静止状态，若突然撤去力F，则撤去力F之后的情况，下列说法中正确的是(　　)A．木块A离开墙壁前，木块A、B组成的系统机械能守恒B．木块A离开墙壁后，木块A、B组成的系统机械能守恒C．木块A离开墙壁前，木块A、B及弹簧组成的系统机械能守恒D．木块A离开墙壁后，木块A、B及弹簧组成的系统机械能不守恒
【答案】C　【解析】木块A离开墙壁前后，由于弹簧对两物体做功，A、B两木块组成的系统的机械能与弹簧的弹性势能存在相互转移，A、B系统的机械能不守恒，A、B错误；木块A离开墙壁前，墙壁上的弹力不做功，木块A、B及弹簧三者组成的系统没有外力做功，系统的机械能守恒，故C正确，D错误.
科学思维——多物体系统机械能守恒问题对于存在相互作用的多个物体组成的系统而言，由于有内力做功，单个物体的机械能往往不守恒，因此首先要判断哪个系统的机械能守恒，然后合理选取系统，再利用机械能守恒定律列式求解．一般来说：(1)当只有重力做功时，可选取一个物体(其实是物体与地球构成的系统)作为研究对象．(2)当物体之间有弹力做功时，必须将这几个物体构成的系统作为研究对象(使这些弹力成为系统内力).
例3　如图所示，在竖直方向上A、B两物体通过劲度系数为k的轻质弹簧相连，A放在水平地面上；B、C两物体通过细绳绕过轻质定滑轮相连，C放在固定的光滑斜面上，用手拿住C，使细线刚刚拉直但无拉力作用，并保证ab段的细线竖直、cd段的细线与斜面平行．已知A、B的质量均为m，C的质量为4m，重力加速度为g，细线与滑轮之间的摩擦不计，开始时整个系统处于静止状态，释放C后沿斜面下滑，A刚离开地面时，B获得最大速度，求：(1)斜面倾角α.(2)B获得的最大速度v.(已知弹簧形变相同时弹性势能相等)
【解析】(1)当物体A刚刚离开地面时，弹簧的伸长量记为xA，对A有：kxA＝mg.此时B受到重力mg、弹簧的弹力kxA、细线拉力FT三个力的作用．设B的加速度为a，根据牛顿第二定律对B有：FT－mg－kxA＝ma，对C有：4mg sin α－FT＝4ma，当B获得最大速度时，有a＝0，由此解得sin α＝0.5，所以α＝30°.
1．下列物体的运动过程，满足机械能守恒的是(　　)A．火箭加速上升B．潜水运动员在水中匀速下落C．物体从空中自由下落(不计空气阻力)D．游客在摩天轮中随摩天轮在竖直面内匀速转动【答案】C　
【解析】火箭加速上升时，动能增大，重力势能增大，故机械能增大，A错误；潜水运动员在水中匀速下落，动能不变，重力势能减小，故总机械能减小，B错误；物体从空中自由下落(不计空气阻力)时只有重力做功，机械能守恒，C正确；游客在摩天轮中随摩天轮在竖直面内匀速转动时，动能不变，重力势能改变，故机械能不守恒，D错误．
2．如图所示，小球从高处下落到竖直放置的轻弹簧上，在弹簧压缩到最短的整个过程中，下列关于能量的叙述，正确的是(　　)A．重力势能和动能之和总保持不变B．重力势能和弹性势能之和总保持不变C．动能和弹性势能之和总保持不变D．重力势能、弹性势能和动能之和总保持不变【答案】D　
【解析】球下落过程中受到的重力做正功，弹力做负功，重力势能、弹性势能及动能都要发生变化，任意两种能量之和都不会保持不变，但三种能量有相互转化，总和不变，D正确．
3．将苹果竖直向上抛出，离开手后竖直向上运动，又落回同一位置．忽略空气阻力，某同学用速度v、机械能E分别描述这一过程，正确的是(　　)
【答案】B　【解析】苹果先向上减速到零后，向下加速，速度方向发生变化，故A错误，B正确； 忽略空气阻力，整个过程只有重力做功，机械能守恒，故C、D错误．
4．在距地面高度为H的位置斜向上抛出一个质量为m的小球，小球到达最高点时的速度大小为v1，小球落地时的速度大小为v2，忽略空气阻力．则小球抛出时的动能为(　　)
5．如图甲、乙所示，两种不同的半圆形光滑竖直轨道A、B，底端都与一光滑水平轨道相连并相切于B点，两轨道的半径均为R，图乙中管道的直径略大于小球直径(管道和小球的直径相对R可忽略不计)，C点与圆心O等高且OC的距离为R.现小球以不同的初速度从水平轨道冲入圆轨道，且都能运动到最高点A.重力加速度为g.
甲　　　　　　　　　　　　乙
(1)求小球分别通过图甲和图乙中A点时的速度范围．(2)请通过计算判断在图甲和图乙中能否通过调整初速度使得小球过A点后能经过C点．