人教版 (2019)必修 第二册4 机械能守恒定律优秀课件ppt

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1.通过机械能守恒定律的学习,初步建立能量观念、体会守恒思想。(科学思维)2.会用能量观念分析具体实例中动能与势能(包括弹性势能)之间的相互转化。(物理观念)3.理解机械能守恒定律的推导过程。(科学思维)4.会从做功和能量转化的角度判断机械能是否守恒,能应用机械能守恒定律解决有关问题,体会利用机械能守恒定律解决问题的便利性。(科学思维)
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
学以致用·随堂检测全达标
一、追寻守恒量伽利略的斜面实验探究如图所示。1.过程:将小球由斜面A上某位置由　　　　释放,小球运动到斜面B上。 2.实验现象: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　　　　,不会更高一点,也不会更低一点。 3.实验结论:这说明某种“东西”在小球的运动过程中是　　　　　　。在物理学上我们把这个不变量叫作能量或者能。 
在变化的运动形式中不变的规律
二、动能与势能的相互转化1.机械能的形式:重力势能、　　　　　　　和动能都是机械运动中的能量形式,统称为　　　　　　。 2.表达式:E=Ek+Ep。3.转化的方式:通过　　　　　　　　做功,机械能可以从一种形式转化为另一种形式。 
4.标矢性:机械能是状态量,是　　　(选填“标量”或“矢量”)。
每种能量转化都对应一个力做功
三、机械能守恒定律1.内容在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能与势能可以　　　　　　,而总的机械能　　　　　　。 2.守恒定律表达式(1)Ek2-Ek1=Ep1-Ep2,即ΔEk增=ΔEp减。(2)Ek2+Ep2=Ek1+Ep1。(3)E2=E1。
不一定是只受重力或弹力
3.守恒条件物体系统内只有　　　　或　　　　做功。 
不是任何情况下都守恒
情境链接用细绳把铁锁吊在高处,并把铁锁拉到鼻子尖前由静止释放,保持头的位置不动,铁锁摆回来时,会打到鼻子吗?
提示 不会打到鼻子。联想伽利略的理想斜面实验,若没有阻力,铁锁刚好能回到初位置。若存在阻力,机械能损失,铁锁速度为零时的高度低于开始下落时的高度,铁锁一定不会打到鼻子。
教材拓展看教材P91“思考与讨论”,同学们思考如下问题:如果一个物体只在重力作用下从A运动到B,不管物体做什么运动,物体从A到B的过程中重力做功与A、B两点的重力势能有什么关系?重力做功与A、B两点的动能有什么关系?两点的机械能有什么关系?
提示 根据重力做功与重力势能的关系知WAB=EpA-EpB,根据动能定理可知WAB=EkB-EkA,联立可得EpA+EkA=EpB+EkB。
易错辨析(1)在伽利略的斜面实验中,不管接触面如何,小球都能运动到释放时的高度。(　　)(2)在伽利略的斜面实验中,因为接触面都是有摩擦的,实际做实验时只能无限接近释放时的高度。(　　)(3)机械能只包括动能和重力势能。(　　)
解析 只有接触面光滑时,小球才能运动到释放时的高度。
解析 重力势能、弹性势能与动能都是机械运动中的能量形式,统称为机械能。
(4)合力做功为零,物体的机械能一定守恒。(　　)(5)只有重力做功,物体的机械能一定守恒。(　　)(6)做变速运动的物体机械能可能守恒。(　　)
解析 合力做功为零,物体的机械能不一定守恒,如物体沿斜面匀速下滑时,物体的机械能就减少。
探究点一　对机械能守恒定律的理解
如图所示,两位小朋友在蹦床上玩得非常开心。试思考以下问题。(1)右边的男孩离开蹦床后飞向空中的过程中,机械能守恒吗?(2)若左边的女孩已落在蹦床上,使蹦床下陷,她的机械能守恒吗?
要点提示 (1)守恒。男孩离开蹦床后只受重力作用,只有重力做功,机械能守恒。(2)不守恒。因为她受到的蹦床的弹力做负功,她的机械能减少,机械能不守恒。
1.对机械能守恒条件的理解(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,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。(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,其拉力的大小与摩擦力的大小相等,在此运动过程中,其机械能守恒。
2.判断机械能是否守恒的方法(1)利用机械能的定义判断(直接判断):若物体动能、势能均不变,机械能不变。若一个物体动能不变、重力势能变化,或重力势能不变、动能变化或动能和重力势能同时增加(或减小),其机械能一定变化。(2)用做功判断:若物体或系统只有重力(或弹簧的弹力)做功,虽受其他力,但其他力不做功,机械能守恒。(3)用能量转化来判断:若物体系统中只有动能和势能的相互转化而无机械能与其他形式的能的转化,则物体系统机械能守恒。
【例1】 (2023山东烟台高一期末)下列过程中,机械能守恒的是(　　)A.跳伞运动员带着张开的降落伞在空气中匀速下落B.被起重机吊起的货物正在加速上升C.拉着一个箱子使它沿光滑的斜面匀速上滑D.不计阻力,水平掷出的铅球在空中的飞行过程
解析 跳伞运动员带着张开的降落伞在空气中匀速下落,动能不变,重力势能减少,机械能减少,A错误;被起重机吊起的货物正在加速上升,动能增加,重力势能增加,机械能增加,B错误;拉着一个箱子使它沿光滑的斜面匀速上滑,动能不变,重力势能增加,机械能增加,C错误;不计阻力,水平掷出的铅球在空中的飞行过程,铅球只受重力作用,只有重力对铅球做功,机械能守恒,D正确。
方法技巧　判断机械能是否守恒应注意的问题(1)合力为零是物体处于平衡状态的条件。物体受到的合力为零时,它一定处于匀速运动状态或静止状态,但它的机械能不一定守恒。(2)合力做功为零是物体动能不变的条件。合力对物体不做功,它的动能一定不变,但它的机械能不一定守恒。(3)只有重力或系统内弹力做功是机械能守恒的条件。只有重力对物体做功时,物体的机械能一定守恒;只有重力或系统内弹力做功时,系统的机械能一定守恒。
1.以下实例,所给系统机械能守恒的是(　　)
解析 登山过程除了重力做功还有人做功,能量是化学能转化为机械能,所以系统的机械能不守恒,则A错误;子弹射穿苹果过程有阻力做了功,能量是部分机械能转化为内能,所以系统的机械能不守恒,则B错误;降落伞匀速下降,有阻力做了功,能量是部分机械能转化为内能,所以系统的机械能不守恒,则C错误;小球自由下落,运动过程中只有重力做功,则系统的机械能守恒,则D正确。
铅球是田径运动的投掷项目之一,若忽略铅球所受空气的阻力,请思考:(1)铅球在空中运动过程中,机械能是否守恒?(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?(3)在求解铅球落地的速度大小时,可以考虑应用什么规律?
要点提示 (1)由于阻力可以忽略,铅球在空中运动过程中,只有重力做功,机械能守恒。(2)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。(3)可以应用机械能守恒定律,也可以应用动能定理。
探究点二　机械能守恒定律的应用
机械能守恒定律的不同表达式
【例2】 (2023湖南雅礼中学高一期末)一个“过山车”的试验装置的原理示意图如图所示,斜面AB与竖直面内的圆形轨道在B点平滑连接,斜面AB和圆形轨道都是光滑的,圆形轨道半径为R=1 m,一个质量为m=1 kg的小车(可视为质点)从距离斜面底端h=3.2 m的A点由静止释放沿斜面滑下,重力加速度g取10 m/s2。(1)求运动到B点时小车对圆形轨道压力的大小;(2)通过分析判断小车能否通过圆形轨道的最高点C。
答案 (1)74 N　(2)见解析
解得FN=74 N由牛顿第三定律,运动到B点时小车对圆形轨道压力的大小为74 N。
2. (多选)如图所示,直立弹射装置的轻质弹簧顶端原来在O点,O与管口P的距离为2x0,现将一个重力大小为mg的钢珠置于弹簧顶端,再把弹簧压缩至Q点,压缩量为x0,释放弹簧后钢珠被弹出,钢珠运动到P点时的动能为4mgx0,不计一切阻力,下列说法正确的是(　　)A.弹射过程,弹簧和钢珠组成的系统机械能守恒B.弹簧恢复原长时,弹簧的弹性势能全部转化为钢珠的动能C.钢珠弹射所到达的最高点距管口P的距离为7x0
D.弹簧被压缩至Q点时的弹性势能为7mgx0
解析 弹射过程,只有钢珠的重力和弹簧的弹力做功,故弹簧和钢珠组成的系统机械能守恒,A正确;弹簧恢复原长时,弹簧的弹性势能全部转化为钢珠的机械能(动能和重力势能),B错误;钢珠运动到P点时的动能为4mgx0,继续上升过程据动能定理可得Ek=mgh,解得h=4x0,故钢珠弹射所到达的最高点距管口P的距离为4x0,C错误;钢球从Q到最高点过程,弹性势能全部转化为重力势能,重力势能增加7mgx0,故弹簧被压缩至Q点时的弹性势能为7mgx0,D正确。
1.(机械能守恒的判断)(多选)下列关于机械能是否守恒的叙述,正确的是(　　)A.做匀速直线运动的物体的机械能一定守恒B.做变速直线运动的物体的机械能可能守恒C.只有重力对物体做功时,物体的机械能一定守恒D.除重力以外的其他力做功时,系统的机械能一定不守恒
解析 做匀速直线运动的物体的机械能不一定守恒,如竖直方向的匀速直线运动,故A错误;做变速直线运动的物体的机械能可能守恒,如自由落体运动,故B正确;只有重力对物体做功时,物体的动能和重力势能相互转化,物体的机械能一定守恒,故C正确;除重力以外的其他力做功时,若其他力做功的代数和为0,系统的机械能仍守恒,故D错误。
2.(机械能守恒定律的应用)(多选)按压式圆珠笔内装有一根小弹簧,尾部有一个小帽,压一下小帽,笔尖就伸出来。如图所示,使笔的尾部朝下,将笔向下按到最低点,使小帽缩进,然后放手,笔将向上弹起至一定的高度。忽略摩擦和空气阻力。笔从最低点运动至最高点的过程中(　　)A.笔的动能先增大后减小B.笔的重力势能与弹簧的弹性势能总和一直减小C.弹簧的弹性势能减少量等于笔的动能增加量D.弹簧的弹性势能减少量等于笔的动能和重力势能增加量
解析 弹簧的弹力先大于笔的重力,此过程中笔做加速运动,动能增大,当弹力减小至小于笔的重力后,笔开始做减速运动,动能减小,故A正确;由于笔的动能先增大后减小,根据机械能守恒定律可知笔的重力势能与弹簧的弹性势能总和先减小后增大,故B错误;根据机械能守恒定律可知,弹簧的弹性势能减少量等于笔的动能和重力势能增加量,故C错误,D正确。
3.(机械能守恒定律的应用)将一物体以速度v从地面竖直上抛,取地面为零势能面,当物体运动到某高度时,它的动能恰为此时重力势能的一半,重力加速度为g,不计空气阻力,则这个高度为(　　)
4.(机械能守恒的判断、动能与势能的转化)(2023陕西商洛高一期末)如图所示,某乘客坐过山车(无动力)从A位置加速下滑到B位置,空气阻力不能忽略,则在下滑过程中,该乘客的(　　)A.机械能守恒B.机械能增大C.动能减小D.重力势能减小
解析 某乘客坐过山车(无动力)从A位置加速下滑到B位置,空气阻力不能忽略,则在下滑过程中,重力做正功,重力势能减小,摩擦力和空气阻力做负功,机械能减小,加速下滑,过山车的速度增大,动能增大,故A、B、C错误,D正确。
5.(机械能守恒定律的应用)(2023河南南阳高一期末)如图所示,运动员将质量为m的篮球从高为h处投出,篮球进入离地面高为H处的篮筐时速度大小为v。若以篮球投出时位置所在水平面为参考平面,将篮球看成质点,忽略空气阻力,重力加速度为g,关于篮球,下列说法正确的是(　　)A.进入篮筐时重力势能为mgH
解析 以篮球投出时位置所在水平面为参考平面,进入篮筐时重力势能为mg(H-h),A错误;据机械能守恒定律可得,篮球在刚被投出时动能为