2018-2019學(xué)年高中物理 第4章 能量守恒與可持續(xù)發(fā)展 4.2.1 研究機(jī)械能守恒定律(一)課件 滬科版必修2.ppt

4.2.1研究機(jī)械能守恒定律(一),第4章,機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用,學(xué)習(xí)目標(biāo),1.知道什么是機(jī)械能，知道物體的動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化.2.能夠根據(jù)動(dòng)能定理、重力做功與重力勢(shì)能變化間的關(guān)系，推導(dǎo)出機(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，能運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解決有關(guān)問題.,內(nèi)容索引,重點(diǎn)探究啟迪思維探究重點(diǎn),達(dá)標(biāo)檢測(cè)檢測(cè)評(píng)價(jià)達(dá)標(biāo)過關(guān),自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知夯實(shí)基礎(chǔ),自主預(yù)習(xí),一、動(dòng)能與勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化,1.重力勢(shì)能與動(dòng)能的轉(zhuǎn)化只有重力做功時(shí)，若重力對(duì)物體做正功，則物體的重力勢(shì)能，動(dòng)能，物體的轉(zhuǎn)化為，若重力對(duì)物體做負(fù)功，則物體的重力勢(shì)能，動(dòng)能，物體的轉(zhuǎn)化為.2.彈性勢(shì)能與動(dòng)能的轉(zhuǎn)化只有彈簧彈力做功時(shí)，若彈力對(duì)物體做正功，則彈簧的彈性勢(shì)能，物體的動(dòng)能，彈簧的轉(zhuǎn)化為物體的；若彈力對(duì)物體做負(fù)功，則彈簧的彈性勢(shì)能，物體的動(dòng)能，物體的轉(zhuǎn)化為_.,減少,增加,重力勢(shì)能,動(dòng)能,增加,減少,動(dòng)能,重力勢(shì)能,減少,增加,彈性勢(shì)能,動(dòng)能,減少,增加,動(dòng)能,彈簧,的彈性勢(shì)能,3.機(jī)械能：、與動(dòng)能統(tǒng)稱為機(jī)械能.二、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，而保持不變.2.表達(dá)式：EEkEp恒量.,重力勢(shì)能,彈性勢(shì)能,重力,彈力,動(dòng),勢(shì),總的機(jī)械能,即學(xué)即用1.判斷下列說法的正誤.(1)機(jī)械能守恒時(shí)，物體一定只受重力和彈力作用.()(2)合力為零，物體的機(jī)械能一定守恒.()(3)合力做功為零，物體的機(jī)械能保持不變.()(4)只有重力做功時(shí)，物體的機(jī)械能一定守恒.(),答案,2.如圖1所示，桌面高為h，質(zhì)量為m的小球從離桌面高為H處自由下落，不計(jì)空氣阻力，假設(shè)桌面處的重力勢(shì)能為零，則小球落到地面前瞬間的機(jī)械能為_.(重力加速度為g),答案,mgH,圖1,重點(diǎn)探究,導(dǎo)學(xué)探究如圖2所示，質(zhì)量為m的物體自由下落的過程中，下落到高度為h1的A處時(shí)速度為v1，下落到高度為h2的B處時(shí)速度為v2，不計(jì)空氣阻力，選擇地面為參考平面.(1)求物體在A、B處的機(jī)械能EA、EB；,一、機(jī)械能守恒定律,圖2,答案,(2)比較物體在A、B處的機(jī)械能的大小.,答案,下落過程中重力對(duì)物體做功，重力做的功等于物體重力勢(shì)能的減少量，則WGmgh1mgh2,由此可知物體在A、B兩處的機(jī)械能相等.,知識(shí)深化1.對(duì)機(jī)械能守恒條件的理解(1)物體只受重力，只發(fā)生動(dòng)能和重力勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化，如自由落體運(yùn)動(dòng)、拋體運(yùn)動(dòng)等.(2)只有彈力做功，只發(fā)生動(dòng)能和彈性勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化.如在光滑水平面上運(yùn)動(dòng)的物體碰到一個(gè)彈簧，和彈簧相互作用的過程中，對(duì)物體和彈簧組成的系統(tǒng)來說，機(jī)械能守恒.(3)重力和彈力都做功，發(fā)生動(dòng)能、彈性勢(shì)能、重力勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化，如自由下落的物體落到豎直的彈簧上和彈簧相互作用的過程中，對(duì)物體和彈簧組成的系統(tǒng)來說，機(jī)械能守恒.,(4)除受重力或彈力外，還受其他力，但其他力不做功，或其他力做功的代數(shù)和為零.如物體在沿斜面的拉力F的作用下沿斜面運(yùn)動(dòng)，拉力與摩擦力的大小相等，方向相反，在此運(yùn)動(dòng)過程中，其機(jī)械能守恒.2.判斷機(jī)械能是否守恒的方法(1)利用機(jī)械能的定義判斷(直接判斷)：若物體動(dòng)能、勢(shì)能均不變，機(jī)械能不變.若動(dòng)能和勢(shì)能中，一種能變化，另一種能不變，則其機(jī)械能一定變化.(2)用做功判斷：若物體或系統(tǒng)只有重力(或彈力)做功，雖受其他力，但其他力不做功，機(jī)械能守恒.(3)用能量轉(zhuǎn)化來判斷：若物體系統(tǒng)中只有動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化而無機(jī)械能與其他形式的能的轉(zhuǎn)化，則物體系統(tǒng)機(jī)械能守恒.,例1(多選)如圖3所示，下列關(guān)于機(jī)械能是否守恒的判斷正確的是A.甲圖中，物體將彈簧壓縮的過程中，物體機(jī)械能守恒B.乙圖中，物體在大小等于摩擦力的拉力F作用下沿斜面下滑時(shí)，物體機(jī)械能守恒C.丙圖中，物體沿斜面勻速下滑的過程中，物體機(jī)械能守恒D.丁圖中，斜面光滑，物體在斜面上下滑的過程中，物體機(jī)械能守恒,答案,解析,圖3,解析弄清楚機(jī)械能守恒的條件是分析此問題的關(guān)鍵.表解如下：,針對(duì)訓(xùn)練1(多選)如圖4所示，彈簧固定在地面上，一小球從它的正上方A處自由下落，到達(dá)B處開始與彈簧接觸，到達(dá)C處速度為0，不計(jì)空氣阻力，則在小球從B到C的過程中A.彈簧的彈性勢(shì)能不斷增加B.彈簧的彈性勢(shì)能不斷減少C.小球和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能不斷減少D.小球和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能保持不變,答案,解析,圖4,解析從B到C，小球克服彈力做功，彈簧的彈性勢(shì)能不斷增加，A正確，B錯(cuò)誤；對(duì)小球、彈簧組成的系統(tǒng)，只有重力和系統(tǒng)內(nèi)彈力做功，系統(tǒng)機(jī)械能守恒，C錯(cuò)誤，D正確.,1.機(jī)械能守恒定律常用的三種表達(dá)式(1)從不同狀態(tài)看：Ek1Ep1Ek2Ep2(或E1E2)此式表示系統(tǒng)的兩個(gè)狀態(tài)的機(jī)械能總量相等.(2)從能的轉(zhuǎn)化角度看：EkEp此式表示系統(tǒng)動(dòng)能的增加(減少)量等于勢(shì)能的減少(增加)量.(3)從能的轉(zhuǎn)移角度看：EA增EB減此式表示系統(tǒng)A部分機(jī)械能的增加量等于系統(tǒng)剩余部分，即B部分機(jī)械能的減少量.,二、機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用,2.機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用步驟首先對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行正確的受力分析，判斷各個(gè)力是否做功，并分析是否符合機(jī)械能守恒的條件.若機(jī)械能守恒，則根據(jù)機(jī)械能守恒定律列出方程，或再輔以其他方程進(jìn)行求解.,例2如圖5所示為某游樂場(chǎng)的過山車的簡(jiǎn)化模型，豎直圓形軌道的半徑為R，軌道最下端與水平地面相切.現(xiàn)有一節(jié)車廂(可視為質(zhì)點(diǎn))，質(zhì)量為m，從高處由靜止滑下，不計(jì)摩擦和空氣阻力.,圖5,答案,(1)要使車廂通過圓形軌道的最高點(diǎn)，車廂開始下滑時(shí)距地面的高度至少應(yīng)多大？,解析,解析設(shè)車廂開始下滑時(shí)距地面的高度為h，運(yùn)動(dòng)到圓形軌道最高點(diǎn)時(shí)的速度為v，要使車廂通過圓形軌道的最高點(diǎn)，,車廂在下滑過程中，只有重力做功，故機(jī)械能守恒，選取軌道最低點(diǎn)所在平面為零勢(shì)能參考平面，由機(jī)械能守恒定律得,(2)若車廂恰好通過圓形軌道的最高點(diǎn)，則車廂在軌道最低處時(shí)對(duì)軌道的壓力是多少(重力加速度為g)?,答案6mg,答案,解析,解析設(shè)車廂到達(dá)軌道最低點(diǎn)時(shí)的速度為v，受到的支持力為FN，,由牛頓第三定律知，車廂對(duì)軌道的壓力NN6mg,針對(duì)訓(xùn)練2如圖6所示，質(zhì)量m50kg的跳水運(yùn)動(dòng)員從距水面高h(yuǎn)10m的跳臺(tái)上以v05m/s的速度斜向上起跳，最終落入水中，若忽略運(yùn)動(dòng)員的身高，取g10m/s2，不計(jì)空氣阻力.求：(1)運(yùn)動(dòng)員在跳臺(tái)上時(shí)具有的重力勢(shì)能(以水面為零勢(shì)能參考平面)；,解析,答案,圖6,解析以水面為零勢(shì)能參考平面，則運(yùn)動(dòng)員在跳臺(tái)上時(shí)具有的重力勢(shì)能為Epmgh5000J.,答案5000J,(2)運(yùn)動(dòng)員起跳時(shí)的動(dòng)能；,解析,答案,解析運(yùn)動(dòng)員起跳時(shí)的速度為v05m/s，,答案625J,(3)運(yùn)動(dòng)員入水時(shí)的速度大小.,答案15m/s,解析運(yùn)動(dòng)員從起跳到入水過程中，只有重力做功，運(yùn)動(dòng)員的機(jī)械能守恒，,解得v15m/s.,達(dá)標(biāo)檢測(cè),1.(機(jī)械能是否守恒的判斷)關(guān)于機(jī)械能守恒，下列說法正確的是A.做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體，機(jī)械能一定守恒B.人乘電梯加速上升的過程，機(jī)械能守恒C.物體必須在只受重力作用的情況下，機(jī)械能才守恒D.合外力對(duì)物體做功為零時(shí)，機(jī)械能一定守恒,答案,解析,1,2,3,4,解析做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體，只受重力作用，機(jī)械能守恒，A正確；人乘電梯加速上升的過程，電梯對(duì)人的支持力做功，故人的機(jī)械能不守恒，B錯(cuò)誤；物體只有重力做功時(shí)，其他力也可存在，當(dāng)它們不做功或做功之和為0時(shí)，機(jī)械能也守恒，故C錯(cuò)誤；合外力對(duì)物體做功為零，物體的動(dòng)能不變，機(jī)械能不一定守恒，D錯(cuò)誤.,1,2,3,4,2.(機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用)以相同大小的初速度v0將物體從同一水平面分別豎直上拋、斜上拋、沿光滑斜面(足夠長(zhǎng))上滑，如圖7所示，三種情況達(dá)到的最大高度分別為h1、h2和h3，不計(jì)空氣阻力，則A.h1h2h3B.h1h2h3C.h1h3h2D.h1h3h2,答案,解析,1,2,3,4,圖7,1,2,3,4,3.(機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用)如圖8所示，由距離地面h21m的高度處以v04m/s的速度斜向上拋出質(zhì)量為m1kg的物體，當(dāng)其上升的高度為h10.4m時(shí)到達(dá)最高點(diǎn)，最終落在水平地面上，現(xiàn)以過拋出點(diǎn)的水平面為零勢(shì)能面，取重力加速度g10m/s2，不計(jì)空氣阻力，則A.物體在最大高度處的重力勢(shì)能為14JB.物體在最大高度處的機(jī)械能為16JC.物體在地面處的機(jī)械能為8JD.物體在地面處的動(dòng)能為8J,圖8,答案,解析,1,2,3,4,解析物體在最高點(diǎn)時(shí)具有的重力勢(shì)能Ep1mgh11100.4J4J，A錯(cuò)誤；物體在最高點(diǎn)時(shí)具有的機(jī)械能等于剛拋出時(shí)的動(dòng)能，即8J，B錯(cuò)誤；物體在下落過程中，機(jī)械能守恒，任意位置的機(jī)械能都等于8J，C正確；物體落地時(shí)的動(dòng)能EkEEp2Emgh28J110(1)J18J，D錯(cuò)誤.,1,2,3,4,答案51,(1)求小球在B、A兩點(diǎn)的動(dòng)能之比；,圖9,1,2,3,4,解析,答案,1,2,3,4,解析設(shè)小球的質(zhì)量為m，小球在A點(diǎn)的動(dòng)能為EkA，,(2)通過計(jì)算判斷小球能否沿軌道運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn).,1,2,3,4,答案見解析,解析,答案,解析若小球能沿軌道運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)，則小球在C點(diǎn)所受軌道的正壓力N應(yīng)滿足N0,設(shè)小球在C點(diǎn)的速度大小為vC，由牛頓第二定律和向心加速度公式有,由式可知，小球恰好可以沿軌道運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn).,1,2,3,4,