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人教版 (2019)必修 第二册4 机械能守恒定律教学ppt课件
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这是一份人教版 (2019)必修 第二册4 机械能守恒定律教学ppt课件，共41页。PPT课件主要包含了机械能守恒定律，知识点一追寻守恒量，只有重力或弹力做功，答案C，答案AC，学会审题，答案B，答案A等内容，欢迎下载使用。
答案:不相等,因为存在阻力.
将小球由斜面A上某位置由静止释放,小球运动到斜面B上.
1.小球从斜面A滚下的高度与其在B斜面上上升的高度相等吗?为什么?
2.假设斜面光滑,空气阻力不计,两个高度相等吗?说明什么问题?
答案:相等;说明某种“东西”在小球运动的过程中是不变的,这种“东西”就是机械能.
3.物理学的研究过程中,寻找“守恒量”有什么意义?
答案:物理世界是千变万化的,但是,人们发现有些物理量在一定条件下是守恒的,可以用这些“守恒量”来表示物理世界变化的规律,这就是守恒定律.机械能守恒定律就是其中的一个.
知识点二 动能与势能的相互转化
1.如图所示,物体沿光滑斜面下滑,物体的重力势能 ,动能 ;当物体以某一初速度沿着光滑斜面上滑时,物体的重力势能 ,动能 .(均选填“增大”或“减小”)
3.机械能包括哪些形式的能?这些能量是如何实现相互转化的?
答案:机械能包括重力势能、弹性势能和动能;通过重力或弹力做功,机械能可以从一种形式转化成另一种形式.
知识点三 机械能守恒定律
1.如图所示,过山车在失去外部动力的情况下由高处飞奔而下.(忽略轨道的阻力和空气阻力)
过山车受哪些力的作用?这些力各做什么功?过山车的动能和势能怎么变化?动能与势能的和变化吗?
答案:过山车受重力和轨道支持力作用;重力做正功,支持力不做功;过山车的动能增大,重力势能减小;动能与势能的和保持不变.
2. 如图所示,在光滑的水平台面上,一轻弹簧左端固定,右端连接一金属小球,O点是弹簧保持原长时小球的位置.开始时通过小球压缩弹簧到A位置,已知lAO=lOB,然后从静止释放小球.
(1)运动过程中小球的能量如何变化?小球的机械能守恒吗?
答案:A→O小球的动能增大,重力势能不变,机械能大;O→B,小球的动能减小,重力势能不变,机械能减小.小球的机械能不守恒.
(2)小球运动过程中,存在守恒量吗?谁的机械能是守恒的?
答案:存在守恒量;小球和弹簧组成的系统机械能守恒.
在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能与势能可
以互相转化,而总的机械能保持不变
1.物体的机械能一定是正值.( )2.通过重力或弹力做功,机械能可以转化为非机械能.( )3.物体自由下落时,重力做正功,物体的动能和重力势能都增大.( )4.合力为0,物体的机械能一定守恒.( )5.合力做功为0,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.( )
探究一 机械能守恒定律
如图所示,质量为m的小球沿一光滑斜面从距地面h1高度的A处开始下滑,初速度为v1,当下滑到距地面高度为h2处时,速度为v2 ,不计空气阻力,取地面为参考平面.
1.小球从A运动到B的过程中,受到几个力的作用?这些力各自做功为多少?
答案:小球受重力和支持力作用;支持力不做功,重力做功为WG=mgh 1-mgh 2.
2.根据动能定理,推导重力做功与小球动能变化的关系.
3.小球在A、B两点的机械能怎样表示?
4.根据以上探究内容,能得出什么结论?这说明什么?
1.机械能守恒定律的三种表达式.(1)从守恒角度看:Ek1+Ep1=Ek2+Ep2(或E1=E2).此式表示系统初、末状态的机械能相等,计算初、末状态的势能时必须选择同一参考平面.(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B部分机械能的减少量,常用于解决两个或多个物体组成的系统机械能守恒问题.
2.机械能守恒定律与动能定理的比较.
【典例1】如图所示,在地面上以速度v0斜向上抛出质量为m的物体,抛出后物体落到比地面低h的海平面上.若以海平面为参考平面,不计空气阻力,则下列说法正确的是( )
探究二 机械能守恒定律的适用条件及应用
1.下列两幅图中,忽略空气阻力,小球的机械能守恒吗?小球受力和外力做功有什么特点?
答案:小球机械能守恒.甲图中,小球只受重力,只有重力做功;乙图中,小球受重力和绳子拉力,但拉力不做功,只有重力做功.
2.如图甲所示,物体A、B之间的接触面光滑,水平地面光滑;如图乙所示,轻质弹簧竖直固定在水平地面上;如图丙所示,不计绳的质量及滑轮的轴摩擦.三幅图中,忽略空气阻力,将物体A、小球和物体C由静止释放后,每个物体的机械能守恒吗?系统的机械能守恒吗?
答案:单个物体的机械能都不守恒,系统的机械能守恒.图甲,由于A、B之间的弹力对A做负功,对B做正功,A的机械能减小,B的机械能增大,但A、B组成的系统机械能不变;图乙,小球与弹簧接触后向下压缩弹簧,小球的重力和弹簧弹力做功,小球的机械能减小,弹簧的弹性势能增大,但小球和弹簧组成的系统机械能不变;图丙,忽略绳的质量和滑轮的轴摩擦,在C向下、D向上的运动过程中,FC和FD都做功,C的机械能减小,D的机械能增大,但WC+WD=0,C、D组成的系统机械能不变.
3.试着总结出机械能守恒定律的适用条件.
答案:机械能守恒定律的适用条件:只有重力或系统内的弹力做功.
理解机械能守恒定律的适用条件.(1)从能量转化的角度看,只有系统内物体的动能和势能的相互转化.(2)从系统的内力、外力做功的角度看,只有重力或系统内的弹力做功,具体表现为以下几种情况:①只受重力作用.②除重力外,物体还受其他力,但其他力不做功,只有重力或系统内的弹力做功.
如图甲所示,物体沿固定的光滑曲面下滑,忽略空气阻力,物体受重力、曲面的支持力,但曲面的支持力对物体不做功,只有重力做功,物体机械能守恒;图乙,在光滑水平面上的小球(与弹簧连接),运动中受重力、弹簧弹力和地面支持力,但支持力和重力不做功,只有弹簧弹力做功,小球和弹簧组成的系统机械能守恒.
【典例2】(多选)关于图甲、乙、丙所示情景(均忽略空气阻力)的说法正确的是( )
A.图甲中,一颗弹丸在光滑的碗内做复杂的曲线运动时机械能守恒B.图乙中,运动员在蹦床上越跳越高,机械能守恒C.图丙中,小车上放一木块,小车的左侧与弹簧相连,弹簧固定在墙上.小车在一定范围内左右运动时,木块相对于小车无滑动(车轮与地面间的摩擦不计),弹簧、车与木块构成的系统机械能守恒D.图丙中,如果小车在一定范围内左右运动时,木块相对于小车有滑动(车轮与地面间的摩擦不计),弹簧、车与木块构成的系统机械能守恒
解析:弹丸在碗内运动时,只有重力做功,机械能守恒,选项A正确;运动员越跳越高,机械能越来越大,选项B错误;小车在一定范围内左右运动时,如果木块相对于小车无滑动,弹簧、车与木块构成的系统机械能守恒,如果木块相对小车有滑动,弹簧、车与木块构成的系统机械能减小,机械能转化为内能,选项C正确,选项D错误.
判断系统机械能守恒的方法(1)从做功角度判断:只有重力和系统内的弹力做功,其他力不做功.(2)从能量转化角度判断:系统内只有动能、重力势能、弹性势能间的相互转化.
【典例3】如图所示,质量m=70 kg的运动员以vA=10 m/s的速度,从高h=10 m的滑雪场A点沿斜坡滑下,以最低点B所在水平面为参考平面,一切阻力可忽略不计,g取10 m/s2.求:
(1)运动员在A点时的机械能;(2)运动员到达最低点B时的速度大小;(3)运动员能到达的最大高度.
非质点类物体的机械能守恒问题(1)在应用机械能守恒定律处理实际问题时,经常遇到“链条”类的物体,这类物体在运动过程中的重心位置会发生变化,因此这类物体不能再看成质点来处理.(2)虽然不能看成质点来处理,但一般只有重力做功,物体整体机械能守恒,一般情况下,可将物体分段处理,确定质量分布均匀的规则物体各部分的重心位置,根据初、末状态物体重力势能的变化列式求解.
1.关于机械能守恒,下列说法正确的是( )A.在机械能守恒的系统内,物体一定只受重力和弹力的作用B.物体处于平衡状态时,机械能一定守恒C.物体所受合力不等于0时,机械能可能守恒D.合力做功时,物体的机械能一定不守恒
2.如图所示,无人机在空中匀速上升时,不断增加的能量是( )
A.动能B.动能、重力势能C.重力势能、机械能D.动能、重力势能、机械能
3.如图所示,质量为m的苹果,从离地面h0高的树上由静止开始落下,树下有一深度为h的坑.以地面为参考平面,重力加速度为g,苹果落到坑底时的机械能为(不计空气阻力)( )
A.-mgh B.mgh0 C.mg(h0+h) D.mg(h0-h)
4.某同学身高1.8 m,在运动会上他参加跳高比赛,起跳后身体横着越过了1.8 m高的横杆,g取10 m/s2.据此可估算出他离地时的速度大小为( )A.2 m/s B.4 m/sC.6 m/s D.8 m/s
5.如图所示,粗细均匀,两端开口的U形管内装有同种液体,开始时两边液面高度差为h,管中液柱总长度为4h,重力加速度为g.打开阀门让液体自由流动,当两侧液面高度相等时,右侧液面下降的速度为(忽略一切阻力)( )
6.如图所示,轻弹簧一端与墙相连处于自然状态,质量为4 kg 的木块沿光滑的水平面以5 m/s的速度运动并开始挤压弹簧,忽略空气阻力,求:
(1)弹簧的最大弹性势能;(2)木块被弹回过程中速度增大到3 m/s时弹簧的弹性势能.
答案:不相等,因为存在阻力.
将小球由斜面A上某位置由静止释放,小球运动到斜面B上.
1.小球从斜面A滚下的高度与其在B斜面上上升的高度相等吗?为什么?
2.假设斜面光滑,空气阻力不计,两个高度相等吗?说明什么问题?
答案:相等;说明某种“东西”在小球运动的过程中是不变的,这种“东西”就是机械能.
3.物理学的研究过程中,寻找“守恒量”有什么意义?
答案:物理世界是千变万化的,但是,人们发现有些物理量在一定条件下是守恒的,可以用这些“守恒量”来表示物理世界变化的规律,这就是守恒定律.机械能守恒定律就是其中的一个.
知识点二 动能与势能的相互转化
1.如图所示,物体沿光滑斜面下滑,物体的重力势能 ,动能 ;当物体以某一初速度沿着光滑斜面上滑时,物体的重力势能 ,动能 .(均选填“增大”或“减小”)
3.机械能包括哪些形式的能?这些能量是如何实现相互转化的?
答案:机械能包括重力势能、弹性势能和动能;通过重力或弹力做功,机械能可以从一种形式转化成另一种形式.
知识点三 机械能守恒定律
1.如图所示,过山车在失去外部动力的情况下由高处飞奔而下.(忽略轨道的阻力和空气阻力)
过山车受哪些力的作用?这些力各做什么功?过山车的动能和势能怎么变化?动能与势能的和变化吗?
答案:过山车受重力和轨道支持力作用;重力做正功,支持力不做功;过山车的动能增大,重力势能减小;动能与势能的和保持不变.
2. 如图所示,在光滑的水平台面上,一轻弹簧左端固定,右端连接一金属小球,O点是弹簧保持原长时小球的位置.开始时通过小球压缩弹簧到A位置,已知lAO=lOB,然后从静止释放小球.
(1)运动过程中小球的能量如何变化?小球的机械能守恒吗?
答案:A→O小球的动能增大,重力势能不变,机械能大;O→B,小球的动能减小,重力势能不变,机械能减小.小球的机械能不守恒.
(2)小球运动过程中,存在守恒量吗?谁的机械能是守恒的?
答案:存在守恒量;小球和弹簧组成的系统机械能守恒.
在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能与势能可
以互相转化,而总的机械能保持不变
1.物体的机械能一定是正值.( )2.通过重力或弹力做功,机械能可以转化为非机械能.( )3.物体自由下落时,重力做正功,物体的动能和重力势能都增大.( )4.合力为0,物体的机械能一定守恒.( )5.合力做功为0,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.( )
探究一 机械能守恒定律
如图所示,质量为m的小球沿一光滑斜面从距地面h1高度的A处开始下滑,初速度为v1,当下滑到距地面高度为h2处时,速度为v2 ,不计空气阻力,取地面为参考平面.
1.小球从A运动到B的过程中,受到几个力的作用?这些力各自做功为多少?
答案:小球受重力和支持力作用;支持力不做功,重力做功为WG=mgh 1-mgh 2.
2.根据动能定理,推导重力做功与小球动能变化的关系.
3.小球在A、B两点的机械能怎样表示?
4.根据以上探究内容,能得出什么结论?这说明什么?
1.机械能守恒定律的三种表达式.(1)从守恒角度看:Ek1+Ep1=Ek2+Ep2(或E1=E2).此式表示系统初、末状态的机械能相等,计算初、末状态的势能时必须选择同一参考平面.(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B部分机械能的减少量,常用于解决两个或多个物体组成的系统机械能守恒问题.
2.机械能守恒定律与动能定理的比较.
【典例1】如图所示,在地面上以速度v0斜向上抛出质量为m的物体,抛出后物体落到比地面低h的海平面上.若以海平面为参考平面,不计空气阻力,则下列说法正确的是( )
探究二 机械能守恒定律的适用条件及应用
1.下列两幅图中,忽略空气阻力,小球的机械能守恒吗?小球受力和外力做功有什么特点?
答案:小球机械能守恒.甲图中,小球只受重力,只有重力做功;乙图中,小球受重力和绳子拉力,但拉力不做功,只有重力做功.
2.如图甲所示,物体A、B之间的接触面光滑,水平地面光滑;如图乙所示,轻质弹簧竖直固定在水平地面上;如图丙所示,不计绳的质量及滑轮的轴摩擦.三幅图中,忽略空气阻力,将物体A、小球和物体C由静止释放后,每个物体的机械能守恒吗?系统的机械能守恒吗?
答案:单个物体的机械能都不守恒,系统的机械能守恒.图甲,由于A、B之间的弹力对A做负功,对B做正功,A的机械能减小,B的机械能增大,但A、B组成的系统机械能不变;图乙,小球与弹簧接触后向下压缩弹簧,小球的重力和弹簧弹力做功,小球的机械能减小,弹簧的弹性势能增大,但小球和弹簧组成的系统机械能不变;图丙,忽略绳的质量和滑轮的轴摩擦,在C向下、D向上的运动过程中,FC和FD都做功,C的机械能减小,D的机械能增大,但WC+WD=0,C、D组成的系统机械能不变.
3.试着总结出机械能守恒定律的适用条件.
答案:机械能守恒定律的适用条件:只有重力或系统内的弹力做功.
理解机械能守恒定律的适用条件.(1)从能量转化的角度看,只有系统内物体的动能和势能的相互转化.(2)从系统的内力、外力做功的角度看,只有重力或系统内的弹力做功,具体表现为以下几种情况:①只受重力作用.②除重力外,物体还受其他力,但其他力不做功,只有重力或系统内的弹力做功.
如图甲所示,物体沿固定的光滑曲面下滑,忽略空气阻力,物体受重力、曲面的支持力,但曲面的支持力对物体不做功,只有重力做功,物体机械能守恒;图乙,在光滑水平面上的小球(与弹簧连接),运动中受重力、弹簧弹力和地面支持力,但支持力和重力不做功,只有弹簧弹力做功,小球和弹簧组成的系统机械能守恒.
【典例2】(多选)关于图甲、乙、丙所示情景(均忽略空气阻力)的说法正确的是( )
A.图甲中,一颗弹丸在光滑的碗内做复杂的曲线运动时机械能守恒B.图乙中,运动员在蹦床上越跳越高,机械能守恒C.图丙中,小车上放一木块,小车的左侧与弹簧相连,弹簧固定在墙上.小车在一定范围内左右运动时,木块相对于小车无滑动(车轮与地面间的摩擦不计),弹簧、车与木块构成的系统机械能守恒D.图丙中,如果小车在一定范围内左右运动时,木块相对于小车有滑动(车轮与地面间的摩擦不计),弹簧、车与木块构成的系统机械能守恒
解析:弹丸在碗内运动时,只有重力做功,机械能守恒,选项A正确;运动员越跳越高,机械能越来越大,选项B错误;小车在一定范围内左右运动时,如果木块相对于小车无滑动,弹簧、车与木块构成的系统机械能守恒,如果木块相对小车有滑动,弹簧、车与木块构成的系统机械能减小,机械能转化为内能,选项C正确,选项D错误.
判断系统机械能守恒的方法(1)从做功角度判断:只有重力和系统内的弹力做功,其他力不做功.(2)从能量转化角度判断:系统内只有动能、重力势能、弹性势能间的相互转化.
【典例3】如图所示,质量m=70 kg的运动员以vA=10 m/s的速度,从高h=10 m的滑雪场A点沿斜坡滑下,以最低点B所在水平面为参考平面,一切阻力可忽略不计,g取10 m/s2.求:
(1)运动员在A点时的机械能;(2)运动员到达最低点B时的速度大小;(3)运动员能到达的最大高度.
非质点类物体的机械能守恒问题(1)在应用机械能守恒定律处理实际问题时,经常遇到“链条”类的物体,这类物体在运动过程中的重心位置会发生变化,因此这类物体不能再看成质点来处理.(2)虽然不能看成质点来处理,但一般只有重力做功,物体整体机械能守恒,一般情况下,可将物体分段处理,确定质量分布均匀的规则物体各部分的重心位置,根据初、末状态物体重力势能的变化列式求解.
1.关于机械能守恒,下列说法正确的是( )A.在机械能守恒的系统内,物体一定只受重力和弹力的作用B.物体处于平衡状态时,机械能一定守恒C.物体所受合力不等于0时,机械能可能守恒D.合力做功时,物体的机械能一定不守恒
2.如图所示,无人机在空中匀速上升时,不断增加的能量是( )
A.动能B.动能、重力势能C.重力势能、机械能D.动能、重力势能、机械能
3.如图所示,质量为m的苹果,从离地面h0高的树上由静止开始落下,树下有一深度为h的坑.以地面为参考平面,重力加速度为g,苹果落到坑底时的机械能为(不计空气阻力)( )
A.-mgh B.mgh0 C.mg(h0+h) D.mg(h0-h)
4.某同学身高1.8 m,在运动会上他参加跳高比赛,起跳后身体横着越过了1.8 m高的横杆,g取10 m/s2.据此可估算出他离地时的速度大小为( )A.2 m/s B.4 m/sC.6 m/s D.8 m/s
5.如图所示,粗细均匀,两端开口的U形管内装有同种液体,开始时两边液面高度差为h,管中液柱总长度为4h,重力加速度为g.打开阀门让液体自由流动,当两侧液面高度相等时,右侧液面下降的速度为(忽略一切阻力)( )
6.如图所示,轻弹簧一端与墙相连处于自然状态,质量为4 kg 的木块沿光滑的水平面以5 m/s的速度运动并开始挤压弹簧,忽略空气阻力,求:
(1)弹簧的最大弹性势能;(2)木块被弹回过程中速度增大到3 m/s时弹簧的弹性势能.
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