高中物理 第四章 机械能和能源 第5节 机械能守恒定律课件 教科版必修2(1).ppt

第5节机械能守恒定律 自主学习 课堂探究 达标测评 自主学习课前预习 感悟新知 教师参考 目标导航 重点 判断机械能是否守恒 利用守恒定律解决有关问题难点 机械能及其守恒条件的理解 情境链接如图所示为大型游乐场中的翻滚过山车在关闭发动机的情况下由高处飞奔而下的情境 若忽略过山车的摩擦力和空气阻力 信息1 过山车受重力和轨道的弹力作用 重力做正功 弹力不做功 2 过山车的重力势能转化为动能 二者之和保持不变 3 该过程过山车的机械能守恒 1 过山车受哪些力作用 各做什么功 2 过山车下滑时 动能和势能怎么变化 两种能的和不变吗 3 过山车下滑时机械能守恒吗 教材梳理 一 机械能动能和的总和称为机械能 二 机械能守恒定律1 内容 在只有或弹力做功的物体系统内 动能和势能会发生相互转化 但机械能的总量保持 这称为机械能守恒定律 2 表达式 ep1 ek2 势能 重力 议一议物体合力为零时 物体的机械能一定守恒吗 答案 不一定 合力为零 合力的功一定为零 可能是除重力外的其他力做的功与重力做功的代数和为零 则物体的机械能不守恒 不变 ek1 ep2 1 通过重力做功 动能和重力势能可以相互转化 2 运动的物体 机械能可能为负值 3 除受重力 弹力外还受其他力 机械能一定不守恒 4 合力为零 物体的机械能一定守恒 5 合力做功为零 物体的机械能一定守恒 6 只有重力做功 物体的机械能一定守恒 思考判断 答案 1 2 3 4 5 6 要点一 机械能守恒条件的理解 课堂探究核心导学 要点探究 问题导学 1 如图 甲 所示 小球在摆动过程中 如不计空气阻力 小球的机械能守恒吗 2 如图 乙 所示 所有摩擦不计 a自b上自由下滑过程中 a b组成的系统机械能守恒吗 a的或b的机械能守恒吗 答案 1 图 甲 中小球的机械能守恒 2 图 乙 中a b组成的系统机械能守恒 a的机械能减少 b的机械能增加 故a或b的机械能不守恒 问题导学 3 如图 丙 所示 不计空气阻力 球在运动过程中 球与弹簧组成的系统机械能守恒吗 答案 3 图 丙 中 球与弹簧组成的系统机械能守恒 要点归纳 机械能是否守恒的判断方法 1 从能量转化来判断 系统只有动能和势能的相互转化 无其他形式能量 如内能 之间的转化 则系统机械能守恒 若物体间发生相对运动 且存在相互间的摩擦力作用时有内能的产生 机械能不守恒 2 从做功来判断 只有重力和系统内的弹力做功 具体表现在 只受重力 或系统内的弹力 如所有做抛体运动的物体 不计阻力 还受其他力 但只有重力 或系统内的弹力 做功其他力不做功 如图 甲 乙 所示 有系统的内力做功 但是做功代数和为零 系统机械能守恒 如图 丙 中拉力对a 对b做功不为零 但代数和为零 ab组成的系统机械能守恒 如图 丁 所示 a b间及b与接触面之间均光滑 a自b的上端自由下滑时 b沿地面滑动 a b之间的弹力做功 a或b机械能均不守恒 但a b组成的系统机械能守恒 特别提示 只有重力或弹力做功 并非 只受重力或弹力作用 也不是合力的功等于零 更不是合力等于零 典例1 多选 下列运动中能满足机械能守恒的是 所有情况均不考虑空气阻力 a 手榴弹从手中抛出后的运动b 子弹射穿木块c 细绳一端固定 另一端拴着一个小球 使小球在光滑水平面上做匀速圆周运动d 吊车将货物匀速吊起 思路点拨 1 只有重力作用时 机械能守恒 2 只有重力做功 其他力不做功时 机械能守恒 ac 解析 手榴弹从手中抛出后 在不计空气阻力的情况下 只有重力做功 没有其他力做功 机械能守恒 a正确 子弹穿过木块的过程中 子弹受到木块施加的摩擦力的作用 摩擦力对子弹做负功 子弹的动能一部分转化为内能 机械能不守恒 b不正确 小球在光滑的水平面上做匀速圆周运动 受到重力 水平面对小球的支持力 细绳对小球的拉力作用 这些力皆与小球的运动方向垂直 不做功 所以小球在运动过程中无能量转化 保持原有的动能不变 即机械能守恒 c正确 吊车将货物匀速吊起的过程中 货物受到与其重力大小相等 方向相反的拉力作用 上升过程中除重力做功外还有拉力对货物做正功 货物的机械能增加 故机械能不守恒 d不正确 规律方法 系统机械能守恒的判断方法 只有重力做功是单个物体机械能守恒的条件 对于相关联的物体或存在弹簧的系统 则应看是否只有重力和弹力做功 其他力不做功 教师备用 例1 1 多选 如图所示 一斜面放在光滑的水平面上 一个小物体从斜面顶端无摩擦地自由滑下 则在下滑的过程中 a 斜面对小物体的弹力做的功为零b 小物体的重力势能完全转化为小物体的动能c 小物体的机械能不守恒d 小物体 斜面和地球组成的系统机械能守恒 cd 解析 小物体 斜面和地球三者组成的系统机械能守恒 选项d正确 斜面对小物体的弹力对其做负功 小物体机械能减少 选项a错误 c正确 小物体的重力势能转化为它和斜面的动能 故选项b错误 针对训练1 1 关于机械能守恒 下列说法中正确的是 a 物体做匀速运动 其机械能一定守恒b 物体所受合力不为0 其机械能一定不守恒c 物体所受合力做功不为0 其机械能一定不守恒d 物体沿竖直方向向下做加速度为5m s2的匀加速运动 其机械能减少 d 解析 物体做匀速运动其动能不变 但机械能可能变 如物体匀速上升或下降 机械能会相应的增加或减少 选项a错误 物体仅受重力作用 只有重力做功时 物体的机械能守恒 选项b c错误 物体沿竖直方向向下做加速度为5m s2的匀加速运动时 物体一定受到一个与运动方向相反的力的作用 此力对物体做负功 物体的机械能减少 故选项d正确 要点二 机械能守恒定律的应用 问题导学 应用机械能守恒定律时一定要选取参考平面吗 答案 不一定 选取参考平面的目的是确定物体或系统初 末状态的机械能 若从能量转化的角度利用机械能守恒定律列式求解 就不必要选取参考平面 要点归纳 1 机械能守恒定律的几种表达式及其含义 2 机械能守恒定律和动能定理的比较 3 运用机械能守恒定律的解题步骤 典例2 如图所示 质量分别为3kg和5kg的物体a b 用轻绳连接跨在一个定滑轮两侧 轻绳正好拉直 且a物体底面与地面接触 b物体距地面0 8m 求 1 放开b物体 当b物体着地时a物体的速度大小 2 b物体着地后a物体还能上升多高 g取10m s2 思路点拨 1 在b下落过程中 a与b的速率时刻相等 2 在b下落过程中 a b组成的系统机械能守恒 3 当b落地后 a的机械能是守恒的 答案 1 2m s 2 0 2m 当研究对象为两个物体组成的系统时 机械能守恒定律表达式的灵活选取 1 若a物体的机械能增加 b物体的机械能减少 可优先考虑用表达式 ea eb来求解 2 若两个物体的重力势能都在减小 或增加 动能都在增加 或减小 可优先考虑应用表达式 ek ep来求解 规律方法 教师备用 例2 1 如图所示 轻弹簧一端与墙相连处于自然状态 质量为4kg的木块沿光滑的水平面以5m s的速度运动并开始挤压弹簧 求 1 弹簧的最大弹性势能 答案 1 50j 2 木块被弹回速度增大到3m s时弹簧的弹性势能 答案 2 32j 针对训练2 1 如图所示 一固定的楔形木块 其斜面的倾角 30 另一边与水平地面垂直 顶上有一个定滑轮 跨过定滑轮的细线两端分别与物块a和b连接 a的质量为4m b的质量为m 开始时 将b按在地面上不动 然后放开手 让a沿斜面下滑而b上升 所有摩擦均忽略不计 当a沿斜面下滑距离s后 细线突然断了 求物块b上升的最大高度h 设b不会与定滑轮相碰 答案 s 达标测评随堂演练 检测效果 1 如图所示 一轻弹簧固定于o点 另一端系一重物 将重物从与悬点o在同一水平面且弹簧保持原长的a点无初速度地释放 让它自由摆下 不计空气阻力 在重物由a点摆向最低点b的过程中 下列说法正确的是 a 重物的机械能守恒b 重物的机械能增加c 重物的重力势能与弹簧的弹性势能之和不变d 重物与弹簧组成的系统机械能守恒 d 解析 重物由a点下摆到b点的过程中 弹簧被拉长 弹簧的弹力对重物做了负功 所以重物的机械能减少 故选项a b错误 此过程中 由于只有重力和弹簧的弹力做功 所以重物与弹簧组成的系统机械能守恒 即重物减少的重力势能 等于重物获得的动能与弹簧的弹性势能之和 故选项c错误 d正确 2 质量为1kg的物体从倾角为30 长2m的光滑斜面顶端由静止开始下滑 若选初始位置为零势能点 那么 当它滑到斜面中点时具有的机械能和重力势能分别是 g取10m s2 a 0j 5jb 0j 10jc 10j 5jd 20j 10j a 3 如图所示 倾角30 的斜面连接水平面 在水平面上安装半径为r的半圆竖直挡板 质量为m的小球从斜面上高为处静止释放 到达水平面恰能贴着挡板内侧运动 不计小球体积 不计摩擦和机械能损失 则小球沿