【優(yōu)化方案】高中物理 第4章4 研究機(jī)械能守恒定律課件 滬科必修2

4．2研究機(jī)械能守恒定律

核心要點(diǎn)突破課堂互動(dòng)講練課前自主學(xué)案知能優(yōu)化訓(xùn)練4.2課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.能夠分析動(dòng)能和勢(shì)能之間的相互轉(zhuǎn)化問(wèn)題．2．能夠推導(dǎo)機(jī)械能守恒定律．3．會(huì)根據(jù)機(jī)械能守恒的條件判斷機(jī)械能是否守恒．4．能運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解決有關(guān)問(wèn)題，并領(lǐng)會(huì)運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解決問(wèn)題的優(yōu)越性．重點(diǎn)難點(diǎn)：重點(diǎn)：機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容和應(yīng)用條件；理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)過(guò)程；應(yīng)用機(jī)械能守恒定律的解題步驟．難點(diǎn)：對(duì)機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)的分析；判斷機(jī)械能是否守恒，應(yīng)用機(jī)械能守恒分析解決有關(guān)問(wèn)題．課標(biāo)定位課前自主學(xué)案一、什么是機(jī)械能1．定義：物體的_____與_____之和稱為機(jī)械能．2．表達(dá)式：E＝_____________.二、研究機(jī)械能守恒定律1．重力勢(shì)能可以轉(zhuǎn)化為動(dòng)能打樁機(jī)重錘在下落過(guò)程中，重力對(duì)重錘做____功，重錘的重力勢(shì)能_______．在這個(gè)過(guò)程中，重錘的速度______了，表示重錘的動(dòng)能_______了．這說(shuō)明，重錘原來(lái)具有的__________轉(zhuǎn)化成了_____．動(dòng)能勢(shì)能Ek＋Ep正減少增加增加重力勢(shì)能動(dòng)能2．動(dòng)能也可以轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能原來(lái)具有一定速度的物體，由于慣性在空中豎直上升或沿光滑斜面上升，這時(shí)重力做_____功，物體的速度_______，表示物體的動(dòng)能______了．但這時(shí)物體的高度_________，表示它的重力勢(shì)能______了．這說(shuō)明，物體原來(lái)具有的_______轉(zhuǎn)化成了______________．負(fù)減小減小增加增加動(dòng)能重力勢(shì)能3．彈性勢(shì)能與動(dòng)能之間也能相互轉(zhuǎn)化不僅重力勢(shì)能可以與動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化，彈性勢(shì)能也可以與動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化．被壓縮的彈簧具有_____________，當(dāng)彈簧恢復(fù)原來(lái)形狀時(shí)，就把跟它接觸的物體彈出去．這一過(guò)程中，彈力做功，彈簧的彈性勢(shì)能_______，而物體得到一定的_______，動(dòng)能增加．彈性勢(shì)能減小速度4．機(jī)械能守恒定律(1)內(nèi)容：在只有________或________做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，_____能與______能可以互相轉(zhuǎn)化，而總的_________保持不變．即E＝_______＝恒量．(2)適用條件：只有______做功或系統(tǒng)內(nèi)________做功．(3)表達(dá)式：_______________________________.重力彈力動(dòng)勢(shì)機(jī)械能Ek＋Ep重力彈力ΔEk＝ΔEp或Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2思考感悟“飛流直下三千尺，疑是銀河落九天．”這是唐代大詩(shī)人李白對(duì)廬山瀑布的傳神寫照，如圖4－2－1所示．你能從物理學(xué)的角度對(duì)這一過(guò)程進(jìn)行描述嗎？提示：水從高處流下，重力做功，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，因而形成飛流直下的壯觀場(chǎng)面．圖4－2－1三、應(yīng)用機(jī)械能守恒定律分析問(wèn)題解題步驟1．根據(jù)題意，選取____________

(物體或系統(tǒng))．2．明確研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，分析對(duì)象在過(guò)程中的受力情況，弄清各力_________情況，判斷是否符合機(jī)械能守恒的條件．3．恰當(dāng)?shù)剡x取____________，確定研究對(duì)象在過(guò)程的起始狀態(tài)和末狀態(tài)的________

(包括動(dòng)能和重力勢(shì)能)．4．根據(jù)_________________列方程，進(jìn)行求解．研究對(duì)象做功參考平面機(jī)械能機(jī)械能守恒定律核心要點(diǎn)突破一、對(duì)機(jī)械能守恒條件的理解1．從能量轉(zhuǎn)化的角度看，只有系統(tǒng)內(nèi)動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，無(wú)其他形式能量之間(如內(nèi)能)的轉(zhuǎn)化．2．從系統(tǒng)做功的角度看，只有重力和系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功，具體表現(xiàn)在：(1)只有重力(和彈簧彈力)做功，如所有做拋體運(yùn)動(dòng)的物體(不計(jì)空氣阻力)，機(jī)械能守恒．(2)只有重力和系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功，如圖4－2－2所示．在圖甲中中，小球球在擺動(dòng)動(dòng)過(guò)程中中線的拉拉力不做做功，如如果不計(jì)計(jì)空氣阻阻力，只只有重力力做功，，小球的的機(jī)械能能守恒．．圖4－2－2在圖乙中，A、B間，B與地面間摩擦擦不計(jì)，A自B上自由下滑過(guò)過(guò)程中，只有有重力和A、B間彈力做功，，A、B組成的系統(tǒng)機(jī)機(jī)械能守恒．．但對(duì)B來(lái)說(shuō)，A對(duì)B的彈力做功，，但這個(gè)力對(duì)對(duì)B來(lái)說(shuō)是外力，，B的機(jī)械能不守守恒．在圖丙中，不不計(jì)空氣阻力力，球在擺動(dòng)動(dòng)過(guò)程中，只只有重力和彈彈簧與球間的的彈力做功，，球與彈簧組組成的系統(tǒng)機(jī)機(jī)械能守恒，，但對(duì)球來(lái)說(shuō)說(shuō)，機(jī)械能不不守恒．即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小小試牛刀)1．下列物體中中，機(jī)械能守守恒的是()A．被平拋的物物體(不計(jì)空氣阻力力)B．被勻速吊起起的集裝箱C．光滑曲面上上自由運(yùn)動(dòng)的的物體D．物體以4g/5的加速度豎直直向上做減速速運(yùn)動(dòng)解析：選AC.選項(xiàng)A、C情景下，只有有物體的重力力做功，機(jī)械械能守恒；而而選項(xiàng)B、D中，由物體的的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可可以判斷，物物體除重力外外還受其他外外力作用，且且外力做功，，物體機(jī)械能能不守恒，所所以A、C正確．二、機(jī)械能守守恒的應(yīng)用1．守恒定律的的多種表達(dá)式式當(dāng)系統(tǒng)滿足機(jī)機(jī)械能守恒的的條件以后，，常見(jiàn)的表達(dá)達(dá)式有以下幾幾種：(1)Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2，即初狀態(tài)的的動(dòng)能與勢(shì)能能之和等于末末狀態(tài)的動(dòng)能能與勢(shì)能之和和．(2)ΔEk＝－ΔEp或ΔEp＝－ΔEk，即動(dòng)能(或勢(shì)能)的增加量等于于勢(shì)能(或動(dòng)能)的減少量．2．理解機(jī)械能能守恒定律時(shí)時(shí)應(yīng)注意(1)機(jī)械能守恒是是指系統(tǒng)能量量守恒，系統(tǒng)統(tǒng)能量應(yīng)包括括物體、地球球兩者共有的的機(jī)械能，不不是物體單獨(dú)獨(dú)所具有的；；(2)應(yīng)用條件：系系統(tǒng)只有重力力做功，無(wú)其其他的內(nèi)力、、外力做功，，系統(tǒng)機(jī)械能能才守恒．若若有其他內(nèi)力力或外力做功功，但代數(shù)和和為零，只能能認(rèn)為機(jī)械能能不變；(3)考慮了勢(shì)能的的變化，就不不能再考慮重重力或彈力做做功，避免重重復(fù)考慮；(4)方程是標(biāo)量方方程，不存在在分量式．在在應(yīng)用時(shí)只需需要找出初、、末狀態(tài)的機(jī)機(jī)械能，不管管中間過(guò)程；；(5)表達(dá)公式中的的v、h都具有相對(duì)性性，所有v應(yīng)相對(duì)同一參參考系，所有有h應(yīng)是相對(duì)同一一零勢(shì)能面而而言的．即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小小試牛刀)2.如圖4－2－3所示，粗細(xì)均均勻、兩端開開口、內(nèi)壁光光滑的U形管內(nèi)裝有同同種液體，開開始時(shí)兩邊液液面高度差為為h，管中液柱總總長(zhǎng)度為4h.后來(lái)打開閥門門讓液體自由由流動(dòng)，不計(jì)計(jì)液體間的摩摩擦阻力．當(dāng)當(dāng)兩液面高度度相等時(shí)，左左側(cè)液面下降降的速度為()圖4－2－3圖4－2－44．實(shí)驗(yàn)的誤差差分析重物和紙帶下下落過(guò)程中要要克服阻力，，主要是紙帶帶與計(jì)時(shí)器之之間的摩擦力力．計(jì)時(shí)器平平面不在豎直直方向，紙帶帶平面與計(jì)時(shí)時(shí)器平面不平平行是阻力增增大的原因．．電磁打點(diǎn)計(jì)計(jì)時(shí)器的阻力力大于電火花花計(jì)時(shí)器．由由于阻力的存存在，重物動(dòng)動(dòng)能的增加量量稍小于勢(shì)能能的減少量，，即ΔEk<ΔEp.交流電的頻率率f不是50Hz也會(huì)帶來(lái)誤差差．若f>50Hz，由于速度值值仍按頻率為為50Hz計(jì)算，頻率的的計(jì)算值比實(shí)實(shí)際值偏小，，周期值偏大大，算得的速速度值偏小，，動(dòng)能值也就就偏小，使ΔEk<ΔEp的誤差進(jìn)一步步加大；若f<50Hz，則可能出現(xiàn)現(xiàn)ΔEk>ΔEp的結(jié)果．即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小小試牛刀)3．在利用重物物做自由落體體運(yùn)動(dòng)來(lái)驗(yàn)證證機(jī)械能守恒恒定律的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)中，下列說(shuō)說(shuō)法中正確的的是()A．選重物時(shí)稍稍重一些的比比輕的好B．選重物時(shí)體體積大一些的的比小的好C．實(shí)驗(yàn)時(shí)要用用秒表計(jì)時(shí)，，以便計(jì)算速速度D．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器器選用電磁打打點(diǎn)計(jì)時(shí)器比比電火花計(jì)時(shí)時(shí)器要好解析：選A.選用的重物宜宜重一些，可可以使重力遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于阻力力，阻力可忽忽略不計(jì)，從從而減小實(shí)驗(yàn)驗(yàn)誤差，故A正確；重物的的體積越大，，下落時(shí)受空空氣阻力越大大，實(shí)驗(yàn)誤差差就越大，故故B錯(cuò)誤；不需用用秒表計(jì)時(shí)，，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器器就是計(jì)時(shí)儀儀器，比秒表表計(jì)時(shí)更為精精準(zhǔn)，故C錯(cuò)誤；電磁打打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的的振針與紙帶帶間有摩擦，，電火花計(jì)時(shí)時(shí)器對(duì)紙帶的的阻力較小，，故應(yīng)選電火火花計(jì)時(shí)器，，D錯(cuò)誤．課堂互動(dòng)講練機(jī)械能守恒條件的應(yīng)用類型一例1下列關(guān)于機(jī)械械能是否守恒恒的說(shuō)法中正正確的是()A．做勻速直線線運(yùn)動(dòng)的物體體的機(jī)械能一一定守恒B．做勻加速直直線運(yùn)動(dòng)的物物體的機(jī)械能能不可能守恒恒C．運(yùn)動(dòng)物體只只要不受摩擦擦力作用，其其機(jī)械能一定定守恒D．物體只發(fā)生生動(dòng)能和勢(shì)能能的相互轉(zhuǎn)化化，物體的機(jī)機(jī)械能一定守守恒【精講精析】勻速運(yùn)動(dòng)的物物體只是動(dòng)能能保持不變，，但不能確定定其勢(shì)能是否否變化．例如如：勻速豎直直上升的物體體，重力勢(shì)能能增加，機(jī)械械能增加．選選項(xiàng)A錯(cuò)誤．物體做勻加速速直線運(yùn)動(dòng)，，機(jī)械能可能能守恒．例如如：物體做自自由落體運(yùn)動(dòng)動(dòng)，物體沿光光滑斜面加速速下滑，機(jī)械械能是守恒的的．選項(xiàng)B錯(cuò)誤．運(yùn)動(dòng)物體不受受摩擦力作用用，只能說(shuō)明明沒(méi)有機(jī)械能能向內(nèi)能的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化，但不能能保證沒(méi)有其其他外力對(duì)物物體做功而引引起物體機(jī)械械能的變化．．例如：起重重機(jī)把物體從從地面上吊起起，物體的機(jī)機(jī)械能增加，，選項(xiàng)C錯(cuò)誤．物體只發(fā)生動(dòng)動(dòng)能和勢(shì)能的的相互轉(zhuǎn)化，，說(shuō)明只有物物體系統(tǒng)內(nèi)的的重力或彈簧簧彈力做功，，沒(méi)有其他力力做功，故機(jī)機(jī)械能一定守守恒．選項(xiàng)D正確．【答案】D【方法總結(jié)】判斷機(jī)械能是是否守恒，關(guān)關(guān)鍵是看都有有哪些力做功功．機(jī)械能守守恒常見(jiàn)的情情況有：一是是物體只受重重力作用；二二是物體雖然然受到除重力力以外的其他他力作用，但但其他力不做做功或做功的的代數(shù)和為零零．機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用類型二例2如圖4－2－5所示，，一很很長(zhǎng)的的、不不可伸伸長(zhǎng)的的柔軟軟輕繩繩跨過(guò)過(guò)光滑滑定滑滑輪，，繩兩兩端各各系一一小球球a和b.a球質(zhì)量量為m，靜置置于地地面；；b球質(zhì)量量為3m，用手手托住住，高高度為為h，此時(shí)時(shí)輕繩繩剛好好拉緊緊．從從靜止止開始始釋放放b球后，，求a球可能能達(dá)到到的最最大高高度為為多少少？圖4－2－5【答案】1.5h【方法總總結(jié)】(1)利用哪哪種表表達(dá)式式列機(jī)機(jī)械能能守恒恒定律律的方方程要要視具具體情情況而而定，，千萬(wàn)萬(wàn)不要要把幾幾種表表達(dá)式式混在在一起起列式式．(2)利用守守恒的的觀點(diǎn)點(diǎn)列方方程，，需要要事先先規(guī)定定重力力勢(shì)能能的零零位置置；從從轉(zhuǎn)化化或轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移的的角度度來(lái)看看，需需要明明確能能量是是從什什么形形式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為為什么么形式式、從從哪一一個(gè)物物體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移到到哪一一個(gè)物物體，，這樣樣，才才能正正確列列出方方程．．機(jī)械能守恒的探究分析類型三例3(2)若實(shí)驗(yàn)驗(yàn)中所所用重重錘的的質(zhì)量量m＝1kg，打點(diǎn)點(diǎn)紙帶帶如圖圖4－2－6所示，，打點(diǎn)點(diǎn)時(shí)間間間隔隔為0.02s，則記記錄B點(diǎn)時(shí)，，重錘錘