高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 机械能守恒定律课文配套课件ppt

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 机械能守恒定律课文配套课件ppt，共49页。PPT课件主要包含了课前·自主预习，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，课堂·重难探究等内容，欢迎下载使用。

1．能量概念的引入伽利略斜面小球实验中，小球运动中不变的“东西”就是________.2．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．(3)重力势能、弹性势能与动能统称为__________．
追寻守恒量　动能与势能的相互转化
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．含义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＝____________，即ΔEk＝________．(2)Ek2＋Ep2＝______________．(3)E2＝_______．3．守恒条件只有__________________做功．
在下列所描述的运动过程中，若物体所受的空气阻力均忽略不计，则机械能守恒的是(　　)A．小孩沿滑梯匀速滑下B．被投掷出的铅球在空中运动C．发射过程中的火箭加速上升D．电梯中的货物随电梯一起匀速下降【答案】B
【解析】小孩沿滑梯匀速滑下，小孩的动能不变，重力势能减小，所以小孩的机械能不守恒，故A错误；被投掷出的铅球在空中做斜抛运动，只有重力做功，所以机械能守恒，故B正确；火箭加速上升，动能和重力势能都增大，机械能不守恒，故C错误；货物随电梯一起匀速下降，动能不变，重力势能减少，机械能不守恒，故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，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，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，但物体A机械能不守恒，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，故物体B机械能守恒，故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，A、B组成的系统机械能守恒，C正确；图丁中只有小球的重力做功，故机械能守恒，D正确．
变式1　(2023年中山一中月考)下列关于配图的说法正确的是(　　)
A．图甲中过山车从轨道高处冲下来的过程中机械能守恒B．图乙中橡皮条弹力对模型飞机做功，飞机机械能守恒C．图丙中握力器在手的压力下弹性势能增加了D．图丁中撑竿跳高运动员在上升过程中机械能守恒【答案】C
【解析】过山车从轨道高处冲下来的过程中，由于空气阻力做负功，机械能减小，减小的机械能转化为内能，机械能不守恒，A错误；橡皮条弹力对模型飞机做功，弹性势能转化为飞机的动能，飞机的机械能增大，B错误；握力器在手的压力作用下，握力计的形变量增大，弹性势能增大，C正确；撑竿跳高运动员在上升过程中，由于克服空气阻力做功，机械能减小，减小的机械能转化为内能，机械能不守恒，D错误．
(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　(2023年佛山期中)小珂在游乐场(如图甲所示)游玩时，发现过山车有圆形轨道也有水滴形轨道，想到了物理课本上有如下表述：运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动，可以称为一般的曲线运动．尽管这时曲线各个位置的弯曲程度不一样，但在研究时，可以把这条曲线分割为许多很短的小段，质点在每一小段的运动都可以看作圆周运动的一部分(注解：该一小段圆周的半径为该点的曲率半径).这样，在分析质点经过曲线上某位置的运动时，就可以采用圆周运动的分析方法来处理了，小珂设计了如图乙所示过山车模型，
质量为m的小球在A点静止释放沿倾斜轨道AB下滑，经水平轨道BC 进入半径R1＝0.8 m的圆形轨道(恰能做完整的圆周运动)，再经水平轨道CE 进入“水滴”形曲线轨道EFG，E点的曲率半径为R2＝2 m，并且在“水滴”形轨道上运动时，向心加速度大小为一定值，F与D等高．忽略所有轨道摩擦力，轨道连接处都平滑，水滴形轨道左右对称．(g取10 m/s2)
(1)求小球释放点A距离水平面的高度H.(2)设小球在圆形轨道上运动时，离水平面的高度为h ，求向心加速度a与h的函数关系；(3)设小球在“水滴”形轨道上运动时，求轨道曲率半径r与h的函数关系(h为小球离水平面的高度).
变式2　如图所示，将一质量为m＝0.1 kg的小球自水平平台右端O点以初速度v0水平抛出，小球飞离平台后由A点沿切线落入竖直光滑圆轨道ABC，并沿轨道恰好通过最高点C，圆轨道ABC的形状为半径R＝2.5 m的圆截去了左上角127°的圆弧，CB为其竖直直径．(sin 53°＝0.8, cs 53°＝0.6，重力加速度g取10 m/s2)求：(1) 小球经过C点的速度大小；(2) 小球运动到轨道最低点B时对轨道的压力大小；(3) 平台末端O点到A点的竖直高度H.
(1)从O运动到C的过程中小球的机械能守恒；(2)小球在C点受到的重力和支持力的合力提供圆周运动的向心力；(3)分析物体做圆周运动时，经常要结合牛顿第二定律，求半径、对轨道的压力以及最高点或最低点的速度．
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).
科学思维——多物体系统机械能守恒问题
例3　如图所示，套在光滑竖直杆上的物体A，通过轻质细绳与光滑水平面上的物体B相连接，A、B质量相同．现将A从与B等高处由静止释放，不计一切摩擦，重力加速度取g，当细绳与竖直杆间的夹角为θ＝60°时，A下落的高度为h，此时物体B的速度为(　　)
例4　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后它沿斜面下滑，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.
解：(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，故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，故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，故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，则机械能不守恒，故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】小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，故D正确．
3．(多选)(2022年清远质检)如图所示，运动员把铅球(视为质点)从A点(离手后的一点)斜向上抛出，不计空气阻力，B点是轨迹的最高点，C点(比A点的位置低)是下落过程中的点，下列说法正确的是(　　)A．铅球在最高点B的速度为0B．铅球从A点运动到B点的过程中机械能守恒C．铅球在A点的动能小于在C点的动能D．铅球在B点的机械能等于其落地时的机械能【答案】BCD
【解析】铅球被抛出后做斜上抛运动，此运动可分解为水平方向的匀速直线运动，竖直方向的匀变速直线运动，在最高点时竖直方向的速度为0，水平方向的速度不为0，则铅球在最高点的速度不为0，故A错误；铅球抛出后做斜上抛运动，只有重力做功，则铅球从A点运动到B点的过程中机械能守恒，故B正确；对铅球由动能定理可知，由于C点低于A点，此过程中合力做正功，动能增加，则铅球在A点的动能小于在C点的动能，故C正确；由机械能守恒可知，铅球在B点的机械能和落地时的机械能相等，故D正确．
4．如图所示，在离地面高h处以初速度v0抛出一个质量为m的物体，不计空气阻力，取地面为零势能面，则物体着地时的机械能为(　　)
5．(多选)(2023年中山期中)第24届冬奥会在北京－张家口成功举办，图甲为张家口的国家跳台滑雪中心“雪如意”， 图乙为跳台滑雪的示意图．质量为m的运动员从长直倾斜的助滑道AB的A处由静止滑下，为了改变运动员的速度方向，在助滑道AB与起跳台D之间用一段弯曲滑道
相切衔接，其中最低点C处附近是一段以O为圆心的圆弧，圆弧轨道半径为R.A与C的竖直高度差为H，弯曲滑道末端即起跳台D与滑道最低点C的高度差为h，重力加速度为g.不计空气阻力及摩擦，则运动员(　　)