202X學(xué)年高考物理主題二機(jī)械能及其守恒定律第四章機(jī)械能及其守恒定律2.4.5機(jī)械能守恒定律課件教科版

1、2.4.5機(jī)械能守恒定律機(jī)械能守恒定律學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)核心凝煉核心凝煉1.知道什么是機(jī)械能，知道物體的動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化。知道什么是機(jī)械能，知道物體的動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化。1個定律個定律機(jī)械能守機(jī)械能守恒定律恒定律1個條件個條件機(jī)械能守機(jī)械能守恒條件恒條件2.會正確推導(dǎo)物體在拋體運動過程中的機(jī)械能守恒，理解機(jī)械會正確推導(dǎo)物體在拋體運動過程中的機(jī)械能守恒，理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容，知道它的含義和適用條件。能守恒定律的內(nèi)容，知道它的含義和適用條件。3.在具體問題中，會判定機(jī)械能是否守恒，并能應(yīng)用機(jī)械能守在具體問題中，會判定機(jī)械能是否守恒，并能應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決簡單問題。恒定律解決簡單問題

2、。一、動能和勢能的轉(zhuǎn)化規(guī)律一、動能和勢能的轉(zhuǎn)化規(guī)律觀圖助學(xué)觀圖助學(xué)(1)如圖甲是滾擺及其運動的示意圖，滾擺在上升過程中，重力做功情況如何？其動如圖甲是滾擺及其運動的示意圖，滾擺在上升過程中，重力做功情況如何？其動能與勢能怎樣變化？在下降過程中呢？能與勢能怎樣變化？在下降過程中呢？(2)如圖乙所示，在光滑水平面上，彈簧左端固定，右端連接物體，彈簧被壓縮到一如圖乙所示，在光滑水平面上，彈簧左端固定，右端連接物體，彈簧被壓縮到一定程度釋放物體，在彈簧恢復(fù)到原長的過程中，彈力做功情況如何？彈性勢能、物體定程度釋放物體，在彈簧恢復(fù)到原長的過程中，彈力做功情況如何？彈性勢能、物體的動能如何變化？物體以后運

3、動過程中呢？的動能如何變化？物體以后運動過程中呢？1.重力勢能與動能：只有重力做功時，假設(shè)重力對物體做正功，那么物體的重重力勢能與動能：只有重力做功時，假設(shè)重力對物體做正功，那么物體的重力勢能力勢能_，動能，動能_，_轉(zhuǎn)化成了動能；假設(shè)重力做負(fù)功，轉(zhuǎn)化成了動能；假設(shè)重力做負(fù)功，那么那么_轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為_。2.彈性勢能與動能：只有彈簧彈力做功時，假設(shè)彈力做正功，那么彈簧彈性勢彈性勢能與動能：只有彈簧彈力做功時，假設(shè)彈力做正功，那么彈簧彈性勢能能_，物體的動能，物體的動能_，_轉(zhuǎn)化為動能。轉(zhuǎn)化為動能。3.機(jī)械能：機(jī)械能：_、彈性勢能和、彈性勢能和_的統(tǒng)稱，表達(dá)式為的統(tǒng)稱，表達(dá)式為EEkEp。減少減少

4、增加增加重力勢能重力勢能動能動能重力勢能重力勢能減少減少增加增加彈性勢能彈性勢能重力勢能重力勢能動能動能理解概念理解概念判斷以下說法是否正確。判斷以下說法是否正確。(1)通過重力做功，動能和重力勢能可以相互轉(zhuǎn)化。通過重力做功，動能和重力勢能可以相互轉(zhuǎn)化。( )(2)通過彈力做功，動能和彈性勢能可以相互轉(zhuǎn)化。通過彈力做功，動能和彈性勢能可以相互轉(zhuǎn)化。( )(3)物體的機(jī)械能一定是正值。物體的機(jī)械能一定是正值。( )(4)通過重力或彈力做功，機(jī)械能可以轉(zhuǎn)化為其它能。通過重力或彈力做功，機(jī)械能可以轉(zhuǎn)化為其它能。( )二、機(jī)械能守恒定律二、機(jī)械能守恒定律1.內(nèi)容：在只有內(nèi)容：在只有_或或_做功的物體系

5、統(tǒng)內(nèi)，動能和勢能會發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動能和勢能會發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總量機(jī)械能的總量_。2.表達(dá)式：表達(dá)式：Ep1Ek1_，即，即E1E2。理解概念理解概念判斷以下說法是否正確。判斷以下說法是否正確。(1)物體所受的合力為零，物體的機(jī)械能一定守恒。物體所受的合力為零，物體的機(jī)械能一定守恒。( )(2)合力做功為零，物體的機(jī)械能一定守恒。合力做功為零，物體的機(jī)械能一定守恒。( )(3)人乘電梯勻速上升的過程，機(jī)械能守恒。人乘電梯勻速上升的過程，機(jī)械能守恒。( )(4)不計空氣阻力及摩擦力時，滾擺在運動過程中機(jī)械能守恒。不計空氣阻力及摩擦力時，滾擺在運動過程中機(jī)械能守恒。( )

6、重力重力彈力彈力保持不變保持不變Ep2Ek2機(jī)械能守恒條件的理解機(jī)械能守恒條件的理解觀察探究觀察探究如圖如圖1所示，過山車由高處在關(guān)閉發(fā)動機(jī)的情況下飛奔而下。所示，過山車由高處在關(guān)閉發(fā)動機(jī)的情況下飛奔而下。(忽略軌道的阻力和其忽略軌道的阻力和其他阻力他阻力)圖圖1過山車下滑時，過山車受哪些力作用？各做什么功？動能和勢能怎么變化？機(jī)械能守過山車下滑時，過山車受哪些力作用？各做什么功？動能和勢能怎么變化？機(jī)械能守恒嗎？恒嗎？答案答案過山車下滑時，如果忽略阻力作用，過山車受重力和軌道支持力作用；重力做過山車下滑時，如果忽略阻力作用，過山車受重力和軌道支持力作用；重力做正功，支持力不做功，動能增加，重

7、力勢能減少，機(jī)械能保持不變。正功，支持力不做功，動能增加，重力勢能減少，機(jī)械能保持不變。探究歸納探究歸納1.對守恒條件的理解對守恒條件的理解系統(tǒng)內(nèi)部只有重力或彈力做功，沒有摩擦力和其他內(nèi)力系統(tǒng)內(nèi)部只有重力或彈力做功，沒有摩擦力和其他內(nèi)力(如炸彈爆炸時化學(xué)物質(zhì)的作用如炸彈爆炸時化學(xué)物質(zhì)的作用力等力等)做功，即系統(tǒng)內(nèi)部除發(fā)生重力勢能或彈性勢能與動能的相互轉(zhuǎn)化之外，不會引起做功，即系統(tǒng)內(nèi)部除發(fā)生重力勢能或彈性勢能與動能的相互轉(zhuǎn)化之外，不會引起發(fā)熱、發(fā)光或化學(xué)反響等非力學(xué)現(xiàn)象的發(fā)生。具體情況有發(fā)熱、發(fā)光或化學(xué)反響等非力學(xué)現(xiàn)象的發(fā)生。具體情況有(1)物體只受重力或彈力，不受其他力，如自由落體運動；物體只

8、受重力或彈力，不受其他力，如自由落體運動；(2)物體除受重力或彈力外，還受其他力，但其他力不做功，如物體沿光滑固定的斜面物體除受重力或彈力外，還受其他力，但其他力不做功，如物體沿光滑固定的斜面下滑，物體受重力和支持力作用，但支持力不做功；下滑，物體受重力和支持力作用，但支持力不做功；(3)對于物體系統(tǒng)來說，除系統(tǒng)內(nèi)的重力和彈力做功之外，外力不做功，有內(nèi)力做功，對于物體系統(tǒng)來說，除系統(tǒng)內(nèi)的重力和彈力做功之外，外力不做功，有內(nèi)力做功，但內(nèi)力做功的代數(shù)和為零。但內(nèi)力做功的代數(shù)和為零。2.機(jī)械能守恒的判斷方法機(jī)械能守恒的判斷方法判斷機(jī)械能是否守恒的三種根本方法。判斷機(jī)械能是否守恒的三種根本方法。(1)

9、做功條件分析法做功條件分析法應(yīng)用機(jī)械能守恒的條件進(jìn)展判斷。分析物體應(yīng)用機(jī)械能守恒的條件進(jìn)展判斷。分析物體(或系統(tǒng)或系統(tǒng))的受力情況的受力情況(包括內(nèi)力和外力包括內(nèi)力和外力)，明確各力做功的情況，假設(shè)只有重力或彈力做功，沒有其他力做功或其他力做功的代明確各力做功的情況，假設(shè)只有重力或彈力做功，沒有其他力做功或其他力做功的代數(shù)和為零，那么物體數(shù)和為零，那么物體(或系統(tǒng)或系統(tǒng))的機(jī)械能守恒。的機(jī)械能守恒。(2)能量轉(zhuǎn)化分析法能量轉(zhuǎn)化分析法 從能量轉(zhuǎn)化的角度進(jìn)展判斷。假設(shè)只有系統(tǒng)內(nèi)物體間動能和重力勢能及彈性勢能的相從能量轉(zhuǎn)化的角度進(jìn)展判斷。假設(shè)只有系統(tǒng)內(nèi)物體間動能和重力勢能及彈性勢能的相互轉(zhuǎn)化，機(jī)械能

10、也沒有轉(zhuǎn)化成其他形式的能互轉(zhuǎn)化，機(jī)械能也沒有轉(zhuǎn)化成其他形式的能(如內(nèi)能如內(nèi)能)，那么系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。，那么系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。(3)增減情況分析法增減情況分析法直接從機(jī)械能的各種形式的能量增減情況進(jìn)展判斷。假設(shè)系統(tǒng)的動能與勢能均增加或直接從機(jī)械能的各種形式的能量增減情況進(jìn)展判斷。假設(shè)系統(tǒng)的動能與勢能均增加或均減少，那么系統(tǒng)的機(jī)械能不守恒；假設(shè)系統(tǒng)內(nèi)各個物體的機(jī)械能均增加或均減少，均減少，那么系統(tǒng)的機(jī)械能不守恒；假設(shè)系統(tǒng)內(nèi)各個物體的機(jī)械能均增加或均減少，那么系統(tǒng)的機(jī)械能不守恒。那么系統(tǒng)的機(jī)械能不守恒。試題案例試題案例例例1 (多項選擇多項選擇)如圖，物體如圖，物體m機(jī)械能守恒的是機(jī)械能守恒的是(

11、均不計空氣阻力均不計空氣阻力)()解析解析物塊沿固定斜面勻速下滑，在斜面上物塊受力平衡，重力沿斜面向下的分物塊沿固定斜面勻速下滑，在斜面上物塊受力平衡，重力沿斜面向下的分力與摩擦力平衡，摩擦力做負(fù)功，機(jī)械能減少；物塊在力力與摩擦力平衡，摩擦力做負(fù)功，機(jī)械能減少；物塊在力F作用下沿固定光滑斜面作用下沿固定光滑斜面上滑時，力上滑時，力F做正功，機(jī)械能增加；小球沿光滑半圓形固定軌道下滑，只有重力做做正功，機(jī)械能增加；小球沿光滑半圓形固定軌道下滑，只有重力做功，小球機(jī)械能守恒；用細(xì)線拴住小球繞功，小球機(jī)械能守恒；用細(xì)線拴住小球繞O點來回擺動，只有重力做功，小球機(jī)械點來回擺動，只有重力做功，小球機(jī)械能守

12、恒，選項能守恒，選項C、D正確。正確。答案答案CD判斷機(jī)械能是否守恒應(yīng)注意的問題判斷機(jī)械能是否守恒應(yīng)注意的問題(1)物體在共點力作用下所受合外力為物體在共點力作用下所受合外力為0是物體處于平衡狀態(tài)的條件。物體受到的是物體處于平衡狀態(tài)的條件。物體受到的合外力為合外力為0時，它一定處于勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，但物體的機(jī)械能不一時，它一定處于勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，但物體的機(jī)械能不一定守恒。定守恒。(2)合外力做功為合外力做功為0是物體動能不變的條件。合外力對物體不做功，它的動能一定是物體動能不變的條件。合外力對物體不做功，它的動能一定不變，但它的機(jī)械能不一定守恒。不變，但它的機(jī)械能不一定守

13、恒。(3)只有重力做功或系統(tǒng)內(nèi)彈簧類彈力做功是機(jī)械能守恒的條件。只有重力或系只有重力做功或系統(tǒng)內(nèi)彈簧類彈力做功是機(jī)械能守恒的條件。只有重力或系統(tǒng)內(nèi)彈簧類彈力做功時，系統(tǒng)的機(jī)械能一定守恒。統(tǒng)內(nèi)彈簧類彈力做功時，系統(tǒng)的機(jī)械能一定守恒。針對訓(xùn)練針對訓(xùn)練1 以下實例中的運動物體，機(jī)械能守恒的是以下實例中的運動物體，機(jī)械能守恒的是(均不計空氣阻力均不計空氣阻力)()A.被起重機(jī)吊起的貨物正在加速上升被起重機(jī)吊起的貨物正在加速上升B.物體水平拋出去物體水平拋出去C.物體沿粗糙斜面勻速下滑物體沿粗糙斜面勻速下滑D.一個輕質(zhì)彈簧上端固定，下端系一重物，重物沿豎直方向做上下振動一個輕質(zhì)彈簧上端固定，下端系一重物

14、，重物沿豎直方向做上下振動解析起重機(jī)吊起貨物做勻加速上升運動，起重機(jī)對物體做正功，機(jī)械能增加，解析起重機(jī)吊起貨物做勻加速上升運動，起重機(jī)對物體做正功，機(jī)械能增加，故故A錯誤；平拋運動只有重力做功，機(jī)械能守恒，故錯誤；平拋運動只有重力做功，機(jī)械能守恒，故B正確；沿著粗糙斜面正確；沿著粗糙斜面(斜面固斜面固定不動定不動)勻速下滑的物體，摩擦力做負(fù)功，機(jī)械能減少，故不守恒，故勻速下滑的物體，摩擦力做負(fù)功，機(jī)械能減少，故不守恒，故C錯誤；輕錯誤；輕質(zhì)彈簧上端懸掛，重物系在彈簧的下端做上下振動過程中只有重力和系統(tǒng)內(nèi)彈力質(zhì)彈簧上端懸掛，重物系在彈簧的下端做上下振動過程中只有重力和系統(tǒng)內(nèi)彈力做功，故系統(tǒng)機(jī)械

15、能守恒，但物體機(jī)械能不守恒，故做功，故系統(tǒng)機(jī)械能守恒，但物體機(jī)械能不守恒，故D錯誤。錯誤。答案答案B觀察探究觀察探究如圖如圖2所示是運發(fā)動投擲鉛球的動作，如果忽略鉛球所受空氣的阻力。所示是運發(fā)動投擲鉛球的動作，如果忽略鉛球所受空氣的阻力。機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用圖圖2(1)鉛球在空中運動過程中，機(jī)械能是否守恒？鉛球在空中運動過程中，機(jī)械能是否守恒？(2)假設(shè)鉛球被拋出時速度大小一定，鉛球落地時的速度大小與運發(fā)動將鉛球拋出的方假設(shè)鉛球被拋出時速度大小一定，鉛球落地時的速度大小與運發(fā)動將鉛球拋出的方向有關(guān)嗎？向有關(guān)嗎？(3)在求解鉛球落地的速度大小時，可以考慮應(yīng)用什么規(guī)律？在求解鉛

16、球落地的速度大小時，可以考慮應(yīng)用什么規(guī)律？答案答案(1)由于阻力可以忽略，鉛球在空中運動過程中，只有重力做功，機(jī)械能守恒。由于阻力可以忽略，鉛球在空中運動過程中，只有重力做功，機(jī)械能守恒。(2)根據(jù)機(jī)械能守恒定律，落地時速度的大小與運發(fā)動將鉛球拋出的方向無關(guān)。根據(jù)機(jī)械能守恒定律，落地時速度的大小與運發(fā)動將鉛球拋出的方向無關(guān)。(3)可以應(yīng)用機(jī)械能守恒定律，也可以應(yīng)用動能定理。可以應(yīng)用機(jī)械能守恒定律，也可以應(yīng)用動能定理。探究歸納探究歸納1.機(jī)械能守恒定律的不同表達(dá)式機(jī)械能守恒定律的不同表達(dá)式 表達(dá)式表達(dá)式物理意義物理意義守恒守恒角度角度Ek1Ep1Ek2Ep2或或E初初E末末初狀態(tài)的機(jī)械能等于末狀

17、態(tài)的機(jī)械能初狀態(tài)的機(jī)械能等于末狀態(tài)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化角度角度Ek2Ek1Ep1Ep2或或EkEp過程中動能的增加量等于勢能的減少量過程中動能的增加量等于勢能的減少量轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移角度角度EA2EA1EB1EB2或或EAEB系統(tǒng)只有系統(tǒng)只有A、B兩物體時，兩物體時，A增加的機(jī)械能增加的機(jī)械能等于等于B減少的機(jī)械能減少的機(jī)械能(不用選擇參考平面不用選擇參考平面)2.應(yīng)用機(jī)械能守恒定律的解題步驟應(yīng)用機(jī)械能守恒定律的解題步驟試題案例試題案例例例2 如圖如圖3所示，質(zhì)量所示，質(zhì)量m70 kg的運發(fā)動以的運發(fā)動以10 m/s的速度從高的速度從高h(yuǎn)10 m的滑雪場的滑雪場A點點沿斜坡自由滑下，以最低點沿斜坡自由滑下

18、，以最低點B所在的水平面為零勢能面，一切阻力可忽略不計。所在的水平面為零勢能面，一切阻力可忽略不計。(取取g10 m/s2 )求運發(fā)動：求運發(fā)動： 圖圖3(1)在在A點時的機(jī)械能；點時的機(jī)械能；(2)到達(dá)最低點到達(dá)最低點B時的速度大??；時的速度大?。?3)相對于相對于B點能到達(dá)的最大高度。點能到達(dá)的最大高度。例例3 (2021青島高一檢測青島高一檢測)如圖如圖4所示，所示，AB是傾角是傾角為為45的直軌道，的直軌道，CD是半徑是半徑R0.4 m 的圓弧軌道，它們通過的圓弧軌道，它們通過一段曲面一段曲面BC平滑相接，整個軌道處于豎直平面內(nèi)且處處平滑相接，整個軌道處于豎直平面內(nèi)且處處光滑。一個質(zhì)量光滑。一個質(zhì)量m1 kg的物體的物體(可以看作質(zhì)點可以看作質(zhì)點)從高從高H的的地方由靜止釋放，結(jié)果它從圓弧最高點地方由靜止釋放，結(jié)果它從圓弧最高點D點飛出，垂直斜點飛出，垂直斜面擊中面擊中P點。點。P點與圓弧的圓心點與圓弧的圓心O等高，等高，g取取10 m/s2。求：。求：(1)物體擊中物體擊中P點前瞬間的速度；點前瞬間的速度；(2)在在C點軌道對物體的壓力大??；點軌道對物體的壓力大?。?3)物體靜止釋放時的高度物體靜止釋放時的高度H。圖圖4答案答案(1)4 m/s(2)70 N(