【物理】机械能守恒定律 教学课件-2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

第四节机械能守恒定律第八章

机械能守恒定律学习目标1新课讲解3新课导入2经典例题4课堂练习5本课小结6目录学习目标1.知道能量守恒是自然界的重要规律；2.知道什么是机械能，知道物体的动能和势能可以相互转化；3.掌握机械能守恒定律的内容及得出过程；4.会根据机械能守恒的条件判断机械能是否守恒，能运用机械能守恒定律解决有关问题。新课导入如果总表的读数不等于各分表读数，你会怎么想呢？是否守恒关系不成立了呢？生活实例：正常的水表连在自来水管道中，总表的读数应该等于各分表的读数的总和，这就是守恒关系生活中的守恒观点生活中有各种不同形式的能量电影《挑战者号》中有一个片段，诺贝尔物理学奖得主，理查德·费曼将一个大铁球挂在铁链上做成单摆，演示了机械能的守恒。新课讲解问题一、追寻守恒量

伽利略曾研究过小球在斜面上的运动。他发现：无论斜面B比斜面A陡些或缓些，小球的速度最后总会在斜面上的某点变为0，这点距斜面底端的竖直高度与它出发时的高度基本相同。在小球的运动过程中，有哪些物理量是变化的？哪些是不变的？你能找出不变的量吗？ABhh’αβ问题ABhh实验表明斜面上的小球在运动过程中好像“记得”自己起始的高度（或与高度相关的某个量）。

后来的物理学家把这一事实说成是“某个量是守恒的”,并且把这个量叫做能量或能。

能量概念的引入是科学前辈们追寻守恒量的一个重要事例。二、动能与势能的相互转化mg

我们发现，在这过程中，物体的速度增加了，表示物体的动能增加了。这说明，物体原来的重力势能转化成了动能。重力做正功①重力势能→动能减少的重力势能到哪里去了？沿光滑斜面滑下沿光滑斜面上升mg

由于物体的高度增加，它的重力势能增加了。这说明，物体原来具有的动能转化成了重力势能。v0②动能→重力势能重力做负功减少的动能到哪里去了？mg竖直上抛v0动能与弹性势能的相互转化1.重力势能、弹性势能与动能都是机械运动中的能量形式——机械能。2.通过重力或弹力做功，机械能可以从一种形式转化为另一种形式。动能与势能的相互转化三、机械能守恒定律

物体在某一时刻处在高度为h1的位置A,这时它的速度是v1。经过一段时间后，物体下落到高度为h2的另一位置B，这时它的速度是v2。只有重力做功vmgFN重力做功=重力势能的变化：合力做的功=动能的变化：初状态末状态

在只有重力做功的系统内，动能与重力势能互相转化时总的机械能保持不变。初状态A=末状态B势能动能势能动能mgh1mgh2机械能守恒定律的应用1.机械能守恒定律常用的三种表达式(1)从不同状态看：Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2(或E1＝E2)此式表示系统两个状态的机械能总量相等.(2)从能的转化角度看：ΔEk＝－ΔEp此式表示系统动能的增加(减少)量等于势能的减少(增加)量.(3)从能的转移角度看：ΔEA增＝ΔEB减此式表示系统A部分机械能的增加量等于系统剩余部分，即B部分机械能的减少量.经典例题【例1】如图所示，下列关于机械能是否守恒的判断正确的是()A．甲图中，物体A将弹簧压缩的过程中，物体A的机械能守恒B．乙图中，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．丙图中，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．丁图中，不计空气阻力，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A与弹簧组成的系统机械能才守恒只有重力做功，其他力做功代数和为0AB组成的额系统内，只有动能与势能转化小球所受的拉力不做功，只有重力做功【例2】如图所示，把一个小球用细线悬挂起来，就成为一个摆，摆长为l，最大偏角为θ。如果阻力可以忽略，小球运动到最低点时的速度大小是多少？【解】以小球为研究对象。设最低点O的重力势能为0，以小球最高点的状态作为初状态，以小球最低点的状态作为末状态。初状态的机械能：末状态的机械能：由机械能守恒定律得：需要设定零势能面得所求的速度大小：当堂检测题1伽利略的斜面实验反映了一个重要的事实：如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略，小球必将准确地终止于同它开始点相同高度的点，不会更高一点，也不会更低一点。这说明小球在运动过程中有一个“东西”是不变的，这个“东西”应是（）A.弹力 B.势能 C.速度 D.能量【解析】在伽利略的斜面实验中，小球从一个斜面滚到另一个斜面，势能先减小后增大，速度先增大后减小，不变的“东西”应是能量，包括动能和势能。【点拨】伽利略的斜面实验中，小球的高度、速度、势能和动能都是在不断变化的，只有能量是守恒的。

D题2［多选］伽利略斜面实验使人们认识到引入能量概念的重要性。在此实验中能说明能量在小球运动过程中不变的理由是（）A.小球滚下斜面时，高度降低，速度增大B.小球滚上斜面时，高度升高，速度减小C.小球能准确地达到与起始点等高的高度D.小球能在两斜面之间永不停止地来回滚动CD题3跳板跳水运动员在弹离跳板后，先上升到一定的高度，在空中完成一系列复杂而优美的动作后入水，如图所示。将运动员视为质点，请你分析一下从运动员起跳到入水的全过程，有哪些能量发生了相互转化？【答案】跳水运动员在走板和起跳时要先使跳板上下振动，此过程中运动员将身体储存的化学能转化为跳板的（弹性）势能，然后再将这一（弹性）势能转化为身体起跳的动能；运动员离开跳板上升的过程中，动能逐渐减少，重力势能逐渐增加，动能转化为（重力）势能；当运动员从最高点下降时，（重力）势能逐渐减少，运动员的动能逐渐增加，此过程是（重力）势能转化为动能的过程；运动员入水后，受水的阻力作用，运动员的（重力）势能和动能都要减少，这部分能量转化为内能。题组二势能、动能及能量转化能量理解的三个要点（1）能量与物体的运动相对应，是对物体不同运动形式的统一量度，不同的运动形式对应不同的能量。（2）不同形式的能量可以相互转化。（3）能量是状态量，与物体的状态相对应。题4在室内滑雪场，游客们足不出户即可享受滑雪的乐趣，游客先乘自动扶梯至雪坡顶端，然后顺坡滑下，滑到平地上后很快便停下来，从雪坡顶端到最后停下来的整个过程中，下列说法中正确的是（）A.游客的动能先增加后减少，动能与势能之和不变B.游客的动能先增加后减少，动能与势能之和一直减少C.游客的动能先增加后减少，动能与势能之和先增加后不变D.游客的动能先增加后减少，动能与势能之和先增加后减少

提示：因摩擦生热而损失机械能，所以机械能（动能与势能之和）会一直减少。B【解题依据】（1）势能与物体的相对位置有关，重力势能与物体的高度有关。（2）一切运动的物体都具有动能，物体的速度增大或减小时，物体的动能也随之增大或减小。题5

伽利略曾设计了如图7-1-2所示的一个实验，将摆球拉至M点放开，摆球会达到同一水平高度上的N点，如果在E或F处钉上钉子，摆球将沿不同的圆弧达到同一高度的对应点；反过来，如果让摆球从这些点下落，它同样会达到原水平高度上的M点。这个实验可以说明，物体由静止开始沿不同倾角的光滑斜面（或弧线）下滑时，其末速度的大小（）A.只与斜面的倾角有关 B.只与斜面的长度有关C.只与下滑的高度有关 D.只与物体的质量有关【点拨】伽利略的斜面实验中，小球的高度、速度、势能和动能都是在不断变化的，只有能量是守恒的。解析：伽利略的理想斜面和摆球实验，斜面上的小球和摆线上的小球好像“记得”自己的起始高度，实质是动能与势能的转化过程中，总能量不变。物体由静止开始沿不同倾角的光滑斜面（或弧线）下滑时，高度越大，初始的势能越大，转化后的末动能也就越大，速度越大。C题组三机械能守恒的条件题6［多选］下列关于机械能守恒的说法正确的是（）A.物体匀速向上运动时所受合力为零，其机械能守恒B.物体做平抛运动时机械能守恒C.物体在竖直平面内做匀速圆周运动时机械能守恒D.物体沿光滑斜面下滑时机械能守恒BD机械能是否守恒的判断方法（1）根据机械能的增减判断若物体的动能和势能之和增加或减少，则物体的机械能不守恒。（2）根据做功判断若只有系统内的重力或弹力做功，其他力不做功或做功的代数和为零，则系统机械能守恒。（3）根据能量转化判断若只有系统内动能和重力势能及弹性势能的相互转化，系统跟外界没有发生机械能的传递，机械能也没有转化成其他形式的能（如内能），则系统的机械能守恒。题7

下列说法正确的是（）A.物体所受合力为零，机械能一定守恒B.物体所受合力不为零，机械能一定不守恒C.物体受到重力和弹力以外的力作用时，机械能一定不守恒D.物体受到的重力、弹力以外的力做功不为零时，机械能一定不守恒D【注意】（1）机械能守恒的条件不是依据合力判断的，与合力是否为零及合力做功是否为零无关。（2）机械能守恒是根据除系统内重力及弹力以外的力（不是合力）判断的，除系统内重力及弹力以外的力不做功，机械能就守恒。题8如图所示，上表面有一段光滑圆弧且质量为M的小车A置于光滑水平面上，在一质量为m的物体B自弧上端自由滑下的同时释放A，则（）A.在B下滑过程中，B的机械能守恒B.轨道对B的支持力对B不做功C.在B下滑的过程中，A和地球组成的系统的机械能守恒D.A、B和地球组成的系统的机械能守恒D解析：A、B、C错：B下滑时对A有压力，A对B有支持力。A向左滑动，水平方向发生位移，B对A做正功，A对B做负功。因而A、B各自的机械能不守恒。D对：A、B和地球组成的系统没有与外界发生机械能的转移，也没有摩擦，机械能没有转化为其他形式的能，系统的机械能守恒。题组四机械能守恒定律的应用1单物体单过程题9

如图所示，一固定在地面上的光滑斜面的顶端固定一个轻弹簧，地面上质量为m的物块（可视为质点）向右滑行并冲上斜面，设物块在斜面最低点A的速率为v，压缩弹簧至C点时弹簧最短，C点距地面高度为h，则物块运动到C点时弹簧的弹性势能为（）A.mghD应用机械能守恒定律解题的基本步骤（1）选取研究对象——物体或物体系统。（2）根据研究对象所经历的物理过程，进行受力分析和做功情况分析，判断机械能是否守恒。（3）恰当地选取参考平面，确定研究对象在初、末状态时的机械能。（4）根据机械能守恒定律列方程求解。2单物体多过程题10

假设运动员从雪道的最高点A（如图所示）由静止开始滑下，不借助其他器械，沿光滑雪道到达跳台的B点时速度多大？当他落到离B点竖直高度为10m的雪地C点时，速度又是多大？（设这一过程中运动员没有做其他动作，忽略摩擦和空气阻力，g取10m/s2）【点评】解题时参考平面的选择是任意的，应以解题方便为原则。本题选B点所在水平面为参考平面，则A、B对应的高度差为4m，不是5m。题组五系统机械能守恒题11如图所示，质量都是m的物体A和B，通