鲁科版高中物理必修第二册第1章功和机械能第5节第1课时机械能守恒定律课件

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第5节　科学验证: 机械能守恒定律第1课时 机械能守恒定律1.重力势能与动能:只有重力做功时,若重力对物体做正功,则物体的重力势能减少,动能增加,重力势能转化成了动能;若重力做负功,则动能转化为重力势能。2.弹性势能与动能:只有弹簧弹力做功时,若弹力做正功,则弹簧弹性势能减少,物体的动能增加,弹性势能转化为动能;若弹力做负功,则动能转化为弹性势能。3.机械能(1)定义:物体的动能与重力势能、弹性势能之和,表达式为E=Ek+Ep。(2)机械能存在形式的改变:通过重力或弹簧弹力做功,机械能可以从一种形式转化成另一种形式。1.推导　　如图所示,物体沿光滑曲面从A滑到B。(1)由动能定理得:WG=Ek2-Ek1。(2)由重力做功与重力势能的关系得:WG=Ep1-Ep2。联立以上两式可得Ek2-Ek1=Ep1-Ep2,即Ek2+Ep2=Ek1+Ep1。结论:在只有重力做功时,物体的机械能保持不变。同样可证明,只有系统内弹力做功时,系统的机械能守恒。2.内容:在只有重力或弹力这类力做功的情况下,物体系统的动能与势能相互转化,机械能的总量保持不变。3.条件:只有重力或系统内弹力对物体做功。4.表达式:Ek2+Ep2=Ek1+Ep1,即E2=E1。 1.只有重力做功时,可以实现动能与重力势能的相互转化。 (　    )2.物体的机械能一定是正值。 (　    )知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ✕” 。 ✕ 提示　机械能包括动能和势能,其中势能可能小于0,故机械能不一定是正值。√3.合力为零,物体的机械能一定守恒。 (　    ) ✕ 提示　判断机械能是否守恒,只需看是否只有重力或系统内弹力做功即可。4.合力做功为零,物体的机械能一定守恒。 (　    )5.人乘电梯匀速上升的过程,机械能守恒。 (　    ) ✕ 提示　人乘电梯匀速上升的过程中,除重力外,电梯的支持力也对人做功,所以机械能不守恒。✕情境探究　　如图所示,是运动员投掷铅球的动作,如果忽略铅球所受空气的阻力,试分析以下问题。问题1　铅球在空中运动过程中,机械能是否守恒?提示    由于阻力可以忽略,因此铅球在空中运动过程中,只有重力做功,机械能守恒。问题2　若铅球被抛出时速度大小一定,铅球落地时的速度大小与运动员将铅球抛出的方向有关吗?提示    根据机械能守恒定律,落地时速度的大小与运动员将铅球抛出的方向无关。问题3　在求解铅球落地的速度大小时,可以考虑应用什么规律?提示    可以应用机械能守恒定律,也可以应用动能定理。问题4　机械能守恒定律有几种不同表达式?它们有什么区别?提示    机械能守恒定律的不同表达式及其区别讲解分析1.对守恒条件的理解　　系统内部只有重力或弹力做功,没有摩擦力和其他内力(如炸弹爆炸时化学反应的作用力等)做功,即系统内部除发生重力势能或弹性势能与动能的相互转化之外,不会引起发热、发光或化学反应等非力学现象的发生。具体情况有:(1)物体或系统只受重力或系统内弹力,不受其他力,如自由落体运动;(2)物体或系统除受重力或系统内弹力外,还受其他力,但其他力不做功,如物体沿光滑固定的斜面下滑,物体受重力和支持力作用,但支持力不做功;(3)对于物体系统来说,除系统内的重力和弹力做功之外,外力不做功,有内力做功,但内力做功的代数和为零。2.判断机械能是否守恒的三种基本方法(1)做功条件分析法应用机械能守恒的条件进行判断。分析物体(或系统)的受力情况(包括内力和外力),明确各力做功的情况,若只有重力或系统内弹力做功,没有其他力做功或其他力做功的代数和为零,则物体(或系统)的机械能守恒。(2)能量转化分析法从能量转化的角度进行判断。若只有系统内物体间动能与重力势能及弹性势能的相互转化,机械能没有转化成其他形式的能(如内能),则系统的机械能守恒。(3)增减情况分析法直接从机械能的各种形式的能量增减情况进行判断。若系统的动能与势能均增加或均减少,则系统的机械能不守恒;若系统内各个物体的机械能均增加或均减少,则系统的机械能不守恒。3.应用机械能守恒定律解题的步骤 4.多个物体组成的系统机械能守恒问题(1)首先分析多个物体组成的系统所受的外力中是否只有重力或系统内弹力做功,内力是否造成了机械能与其他形式能的转化,从而判断系统机械能是否守恒。(2)若系统机械能守恒,则机械能从一个物体转移到另一个物体,ΔE1=-ΔE2,一个物体机械能增加,则一定有另一个物体机械能减少。如图所示,不可伸长的柔软轻绳跨过光滑定滑轮,绳两端分别系一小球a和b。忽略空气阻力,在b球落地前,a、b两球组成的系统机械能守恒。  典例　如图所示,质量为m的木块放在光滑的水平桌面上,通过绕过桌边的光滑定滑轮的轻绳与质量为M的重物相连【1】。已知M=2m,让绳拉直后使重物从静止开始下降h(小于桌高)的距离,木块仍未离开桌面【2】,空气阻力不计,则重物的速度大小为多少?信息提取    【1】木块与重物组成的系统机械能守恒。【2】系统重力势能减少,动能增加。解析　解法1:在重物下降h的过程中,系统减少的重力势能为ΔEp减=Mgh系统增加的动能为ΔEk增= (M+m)v2则 (M+m)v2=Mgh(由【1】【4】得到)解得v= =  。解法2:在重物下降的过程中,重物减少的机械能为ΔEM减=Mgh- Mv2木块增加的机械能为ΔEm增= mv2则 mv2=Mgh- Mv2(由【1】【5】得到)解得v=  。解法3:取桌面所在的水平面为参考平面,设开始时重物距桌面的高度为x,则系统的机械能为E初=-Mgx重物下降h,系统的机械能为E末=-Mg(x+h)+ (M+m)v2则-Mg(x+h)+ (M+m)v2=-Mgx(由【1】【3】得到)解得v=  。