人教版 (2019)必修 第二册4 机械能守恒定律课文ppt课件

这是一份人教版 (2019)必修 第二册4 机械能守恒定律课文ppt课件，共54页。PPT课件主要包含了追寻守恒量，动能与势能的相互转化，思考与讨论，机械能守恒定律，练习与应用等内容，欢迎下载使用。
问题2 伽利略曾研究过小球在斜面上的运动。他发现: 无论斜面 B 比斜面 A 陡些或缓些，小球的速度最后总会在斜面上的某点变为 0，这点距斜面底端的坚直高度与它出发时的高度基本相同。
在小球的运动过程中，有哪些物理量是变化的?哪些是不变的?你能找出不变的量吗?
能量对于科学研究和日常生活有着巨大的影响，但要用一句话说清楚能量究竟是什么却非易事。这也许是牛顿未能把“能量”这一概念留给我们的原因之一。但是在牛顿之前，我们就已经能在力学领城发现它的萌芽。
如果不采用能量的概念，我们也可以利用以前的语言来描述伽利略的斜面实验。我们可以说，为了把小球从桌面提高到斜面上的某个位置，伽利略施加了与重力相反的力:当他释放小球时，重力使小球滚下斜面 A:在斜面的底部，小球由于惯性而滚上斜面 B。
但是，这样的描述不能直接表达一个最重要的事实:如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略，小球必将准确地终止于它开始运动时的高度，不会更高一点，也不会更低点。这说明某种“东西”在小球运动的过程中是不变的。
物体沿光滑斜面滑下时，重力对物体做正功，物体的重力势能减少。减少的重力势能到哪里去了?我们发现，在这个过程中，物体的速度增加了，表示物体的动能增加了。这说明，物体原来的重力势能转化成了动能。
竖直向上抛出一个物体，随着物体高度的增加，它的速度会减小。当物体到达最高点后会转而下降，同时速度逐渐增大。这一过程同样可以从动能和重力势能相互转化的角度来分析。
不仅重力势能可以与动能相互转化，弹性势能也可以与动能相互转化。例如，被压缩的弹簧具有弹性势能，当弹簧恢复原来形状时，就把跟它接触的物体弹出去。
这一过程中弹力做正功，弹簧的弹性势能减少，而物体得到一定的速度，动能增加。再如，运动员从跳板上弹起的过程中，跳板的弹性势能转化为运动员的动能(图8.41)，也是这样一种过程。
重力势能、弹性势能与动能都是机械运动中的能量形统称为机械能。通过重力或弹力式，做功，机械能可以从一种形式转化成另一种形式。
动能与势能的相互转化是否存在某种定量的关系?这里以动能与重力势能的相互转化为例，讨论这个问题。我们讨论物体沿光滑曲面滑下的情形。这种情形下物体受到重力和曲面支持力的作用，因为支持力方向与运动方向垂直，支持力不做功，所以，只有重力做功。
等式左边为物体末状态动能与势能之和，等式右边为物体初状态动能与势能之和。可见，在只有重力做功的系统内，动能与重力势能互相转化时总的机械能保持不变。
在图8.4-3中，如果物体从位置B沿光滑曲面上升到位置A，重力做负功。这种情况下上式的关系是否还成立?
它是力学中的一条重要定律，是普遍的能量守恒定律在力学范围内的表现形式。如图8.4-4，滑雪者沿斜面下滑时，斜面的支持力与运动方向垂直，不做功。如果阻力做的功较少，可以忽略，则只有重力做功。
此种情况下，动能与重力势能可以互相转化，总的机械能守恒。如果阻力做的功较大，不能忽略，则机械能不守恒。
把一个小球用细线悬挂起来，就成为一个摆(图8.4-5)，摆长为 l，最大偏角为θ。如果阻力可以忽略，小球运动到最低点时的速度大小是多少?
分析 在阻力可以忽略的情况下，小球摆动过程中受重力和细线的拉力。细线的拉力与小球的运动方向垂直不做功，所以这个过程中只有重力做功，机械能守恒。小球在最高点只有重力势能，动能为0，计算小球在最高点和最低点重力势能的差值，根据机械能守恒定律就能得出它在最低点的动能，从而算出它在最低点的速度。
解 以小球为研究对象。设最低点的重力势能为 0，以小球在最高点的状态作为初状态，以小球在最低点的状态作为末状态。在最高点的动能Ekl= 0，重力势能是Epl=mg(l-lcs θ)
从得到的表达式可以看出，初状态的θ角越大，cs θ越小，(l- cs θ)就越大，v也就越大。也就是说，最初把小球拉得越高，它到达最低点时的速度也就越大。这与生活经验是一致的。
从这个例题可以看出，如果研究对象在某一过程中满足机械能守恒的条件，应用机械能守恒定律解决问题只需考虑运动的初状态和末状态，不必考虑两个状态间过程的细节，这样就简化了计算。
如果直接用牛顿定律解决问题需要分析过程中各种力的作用，而这些力又往往在变化着。因此，一些难于用牛顿定律解决的问题，应用机械能守恒定律则有可能易于解决。
守恒定律不仅给处理问题带来方便，而且有更深刻的意义。物理世界是千变万化的，但是，人们发现有些物理量在一定条件下是守恒的，可以用这些“守恒量”来表示物理世界变化的规律，这就是守恒定律。
机械能守恒定律就是其中一个。正因为自然界存在着“守恒量”，而且，某些守恒定律的适用范围很广，所以，在物理学中寻求“守恒量”已经成为物理学研究的一种重要思想方法。
1.在下面列举的各个实例中(除A外都不计空气阻力)，哪些过程中机被能是守恒的?说明理由（ ）A.跳伞运动员带着张开的降落伞在空气中匀速下落B.抛出的标枪在空中运动C.拉着一个金属块使它沿光滑的斜面匀速上升D.在光滑水平面上运动的小球碰到一个弹黄，把弹簧压缩后，又被弹回来
2.如图8.4-6，质量为m的小球从光滑怕面上滑下。当它到达高度为h1的位置A时，速度的大小为v1;当它继续滑下到高度为h2的位置B时，速度的大小为h1在由高度力滑到高度h2的过程中，重力做的功为 W.
3.质量为0.5 kg的石块从10 m 高处以30°角斜向上方抛出（图8.4-7 ），初速度v0的大小为5m/s。不计空气阻力，g取10 m/s2(1)石决落地时的速度是多大? 请用机械能守恒定律和动能定理分别讨论。
(2)（多选）石块落地时速度的大小与下列哪些量有关，与哪些量元关?说明理由（ ）A.石块的质量B，石块的初速度C，石块初速度的仰角D.石换抛出时的高度
4.一条轻绳跨过定滑轮，绳的两端各系一个小琼A和B，B球的质量是A球的3倍。用手托住B球，当轻绳刚好被拉紧时，B球离地面的高度是h，A球静止于地面，如图8.4-8所示。释放B球，当B球刚落地时，求A球的速度大小。定滑轮的质量及轮与轴间的摩擦均不计重力加速度为g。
5.把质量是0.2 kg的小球放在坚竖立的弹簧上，并把小球往下按至A的位置，如图8.4-9 甲所示。迅速松手后，弹簧把小球弹起，小球升至最高位置C(图8.4-9乙)，途中经过位置B时弹黄正好处于自由状态。已知B、A的高度差为0.1m，C、B的高度差为0.2m，弹簧的质量和空气的阻力均可忽略，g取10m/s2
(1)分别说出小球由位置A至位置 B、由位置B至位置C时，小球和弹赞的能量转化情况。(2)小球处于位置A时，弹黄的弹性势能是多少? 在位置C时，小球的动能是多少?
6.图8.4-10是某域市广场喷泉喷出水柱的场景。从远处看，喷泉喷出的水柱超造了40层楼的高度;靠近看，喷管的直径约为10cm。请你据此估计用于给喷管喷水的电动机输出功率至少有多大?