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人教版 (2019)必修 第二册4 机械能守恒定律集体备课ppt课件
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这是一份人教版 (2019)必修 第二册4 机械能守恒定律集体备课ppt课件，共27页。PPT课件主要包含了新知导入，追寻守恒量，有何规律，伽利略理想斜面实验，新知探究，表达式，由动能定理知，机械能守恒定律，右边四例中有何共性，即E1≠E2等内容，欢迎下载使用。
伽利略曾研究过小球在斜面上的运动。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。
高度减小时，重力势能减小，动能增大；高度增大时，重力势能增大，动能减小。
伽利略已经走到了机械能守恒的大门口，只是当时还没有“能量”的概念。因此，伽利略没有得出机械能守恒的结论。
二、动能与势能的相互转化
物体沿光滑斜面滑下时，重力对物体做正功，物体的重力势能减少。减少的重力势能到哪里去了？
竖直向上抛出一个物体，随着物体高度的增加，它的速度会减小；当物体到达最高点后会转而下降，同时速度逐渐增大。这一过程同样可以从动能和重力势能相互转化的角度来分析。
不仅重力势能可以与动能相互转化，弹性势能也可以与动能相互转化。比如运动员从跳板上弹起的过程中，跳板的弹性势能转化为运动员的动能，也是这样一种过程。
重力势能、弹性势能与动能都是机械运动中的能量形式，统称为机械能（mechanical energy）。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。
2.机械能是标量，具有相对性；
动能和势能可以相互转化吗？
通过重力或弹力做功，动能与势能可以相互转化。
思考：转化时机械能的总量是否保持不变?
质量为m的物体均从高为h1的A点运动到高为h2的B点，求这四个过程中重力对物体做的功？（不计空气阻力和摩擦阻力）
若物体在A点的速度为v1，所有阻力均不计，求物体到达B点时的动能Ek2
由重力做功与重力势能的关系得：
小结：只有重力做功，动能和重力势能之和即总的机械能保持不变。
1.只有重力做功； 2.动能与势能在相互转化。
如果物体沿粗糙面下滑呢？
小结：除重力外有其他力做功，机械能改变。
若物体在A点的速度为v1，求物体到达B点时的动能Ek2，
探究物体在A,B俩点，机械能是否相等？
动能定理：Ek2-Ek1=W弹
在只有弹力做功的物体系统内，动能与弹性势能可以互相转化，而总的机械能保持不变吗？
小结： 在只有弹力做功的物体系统内，
由弹力做功与弹性势能的变化关系得：
动能与弹性势能可以互相转化，总的机械能也保持不变。
由两式得：Ek2-Ek1=Ep1-Ep2 Ek2+Ep2=Ek1+Ep1
W弹=-ΔEp=Ep1-Ep2
在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能和势能可以互相转化，而总的机械能保持不变。
（1）动能增加，势能一定减小，且动能增加量等于势能减小量。（2）动能减小，势能一定增加，且动能减小量等于势能增加量。
2.适用对象： 单个质点、多个物体组成的系统
（1）EK2+EP2=EK1+EP1 即E2=E1
只有重力做功或弹力做功
（1）物体只受重力或弹簧弹力，不受其他力；
（2）物体除受重力或弹簧弹力外，还受其他力，但其他力不做功；
（3）除受重力、弹力外，还受其他力，其他力做功，但做功代数和为零。
也不要把只有重力和弹力做功理解为物体只受重力和弹力.
不要把其他力不做功理解为物体受到的合外力为零.(物体所受合力为零，机械能也不一定守恒)
判断下列各题中物体的机械能是否守恒？
(1)确定研究对象（物体或系统）和研究过程；
(2)分析研究对象在运动过程中的受力情况弄清各力做功的情况，判断机械能是否守恒（是否只有重力或弹簧弹力做功）；
(3) 恰当选取零势能面，并确定研究对象在研究过程的始、末状态的机械能；
(4)根据机械能守恒定律列出方程，进行求解。
运用机械能守恒定律的解题步骤
应用机械能守恒定律解题，只需考虑过程的初、末状态，不必考虑两个状态间过程的细节，这是它的优点。
1. 在下面列举的各个实例中（除 A 外都不计空气阻力），哪些过程中机械能是守恒的？说明理由。A. 跳伞运动员带着张开的降落伞在空气中匀速下落B. 抛出的标枪在空中运动C. 拉着一个金属块使它沿光滑的斜面匀速上升D. 在光滑水平面上运动的小球碰到一个弹簧，把弹簧压缩后，又被弹回来
2. 质量为 m 的小球从光滑曲面上滑下。当它到达高度为 h1 的位置 A 时，速度的大小为 v1 ；当它继续滑下到高度为 h2 的位置 B 时，速度的大小为 v2。在由高度 h1 滑到高度 h2 的过程中，重力做的功为 W。
（1）根据动能定理列出方程，描述小球在A、B 两点间动能的关系；（2）根据重力做功与重力势能的关系，把以上方程变形，以反映出小球运动过程中机械能是守恒的。
3. 质量为 0.5 kg 的石块从 10 m 高处以 30角斜向上方抛出（图 8.4-7），初速度 v0 的大小为 5 m/s。不计空气阻力，g 取 10m/s2。
（1）石块落地时的速度是多大？请用机械能守恒定律和动能定理分别讨论。（2）石块落地时速度的大小与下列哪些量有关，与哪些量无关？说明理由。
A．石块的质量 B．石块的初速度 C．石块初速度的仰角 D．石块抛出时的高度
4. 一条轻绳跨过定滑轮，绳的两端各系一个小球 A 和 B，B 球的质量是 A 球的 3 倍。用手托住 B 球，当轻绳刚好被拉紧时，B 球离地面的高度是 h，A 球静止于地面。释放 B 球，当 B 球刚落地时，求 A 球的速度大小。定滑轮的质量及轮与轴间的摩擦均不计，重力加速度为 g。
5. 把质量是 0.2 kg 的小球放在竖立的弹簧上，并把小球往下按至 A 的位置。迅速松手后，弹簧把小球弹起，小球升至最高位置 C（图乙），途中经过位置 B 时弹簧正好处于自由状态。已知 B、A 的高度差为 0.1 m，C、B 的高度差为 0.2 m，弹簧的质量和空气的阻力均可忽略，g 取 10 m/s2。（1）分别说出小球由位置 A 至位置 B、由位置 B 至位置 C 时，小球和弹簧的能量转化情况。（2）小球处于位置 A 时，弹簧的弹性势能是多少？在位置 C 时，小球的动能是多少？
6. 某城市广场喷泉喷出水柱的场景。从远处看，喷泉喷出的水柱超过了 40 层楼的高度；靠近看，喷管的直径约为 10 cm。请你据此估计用于给喷管喷水的电动机输出功率至少有多大？
伽利略曾研究过小球在斜面上的运动。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。
高度减小时，重力势能减小，动能增大；高度增大时，重力势能增大，动能减小。
伽利略已经走到了机械能守恒的大门口，只是当时还没有“能量”的概念。因此，伽利略没有得出机械能守恒的结论。
二、动能与势能的相互转化
物体沿光滑斜面滑下时，重力对物体做正功，物体的重力势能减少。减少的重力势能到哪里去了？
竖直向上抛出一个物体，随着物体高度的增加，它的速度会减小；当物体到达最高点后会转而下降，同时速度逐渐增大。这一过程同样可以从动能和重力势能相互转化的角度来分析。
不仅重力势能可以与动能相互转化，弹性势能也可以与动能相互转化。比如运动员从跳板上弹起的过程中，跳板的弹性势能转化为运动员的动能，也是这样一种过程。
重力势能、弹性势能与动能都是机械运动中的能量形式，统称为机械能（mechanical energy）。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。
2.机械能是标量，具有相对性；
动能和势能可以相互转化吗？
通过重力或弹力做功，动能与势能可以相互转化。
思考：转化时机械能的总量是否保持不变?
质量为m的物体均从高为h1的A点运动到高为h2的B点，求这四个过程中重力对物体做的功？（不计空气阻力和摩擦阻力）
若物体在A点的速度为v1，所有阻力均不计，求物体到达B点时的动能Ek2
由重力做功与重力势能的关系得：
小结：只有重力做功，动能和重力势能之和即总的机械能保持不变。
1.只有重力做功； 2.动能与势能在相互转化。
如果物体沿粗糙面下滑呢？
小结：除重力外有其他力做功，机械能改变。
若物体在A点的速度为v1，求物体到达B点时的动能Ek2，
探究物体在A,B俩点，机械能是否相等？
动能定理：Ek2-Ek1=W弹
在只有弹力做功的物体系统内，动能与弹性势能可以互相转化，而总的机械能保持不变吗？
小结： 在只有弹力做功的物体系统内，
由弹力做功与弹性势能的变化关系得：
动能与弹性势能可以互相转化，总的机械能也保持不变。
由两式得：Ek2-Ek1=Ep1-Ep2 Ek2+Ep2=Ek1+Ep1
W弹=-ΔEp=Ep1-Ep2
在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能和势能可以互相转化，而总的机械能保持不变。
（1）动能增加，势能一定减小，且动能增加量等于势能减小量。（2）动能减小，势能一定增加，且动能减小量等于势能增加量。
2.适用对象： 单个质点、多个物体组成的系统
（1）EK2+EP2=EK1+EP1 即E2=E1
只有重力做功或弹力做功
（1）物体只受重力或弹簧弹力，不受其他力；
（2）物体除受重力或弹簧弹力外，还受其他力，但其他力不做功；
（3）除受重力、弹力外，还受其他力，其他力做功，但做功代数和为零。
也不要把只有重力和弹力做功理解为物体只受重力和弹力.
不要把其他力不做功理解为物体受到的合外力为零.(物体所受合力为零，机械能也不一定守恒)
判断下列各题中物体的机械能是否守恒？
(1)确定研究对象（物体或系统）和研究过程；
(2)分析研究对象在运动过程中的受力情况弄清各力做功的情况，判断机械能是否守恒（是否只有重力或弹簧弹力做功）；
(3) 恰当选取零势能面，并确定研究对象在研究过程的始、末状态的机械能；
(4)根据机械能守恒定律列出方程，进行求解。
运用机械能守恒定律的解题步骤
应用机械能守恒定律解题，只需考虑过程的初、末状态，不必考虑两个状态间过程的细节，这是它的优点。
1. 在下面列举的各个实例中（除 A 外都不计空气阻力），哪些过程中机械能是守恒的？说明理由。A. 跳伞运动员带着张开的降落伞在空气中匀速下落B. 抛出的标枪在空中运动C. 拉着一个金属块使它沿光滑的斜面匀速上升D. 在光滑水平面上运动的小球碰到一个弹簧，把弹簧压缩后，又被弹回来
2. 质量为 m 的小球从光滑曲面上滑下。当它到达高度为 h1 的位置 A 时，速度的大小为 v1 ；当它继续滑下到高度为 h2 的位置 B 时，速度的大小为 v2。在由高度 h1 滑到高度 h2 的过程中，重力做的功为 W。
（1）根据动能定理列出方程，描述小球在A、B 两点间动能的关系；（2）根据重力做功与重力势能的关系，把以上方程变形，以反映出小球运动过程中机械能是守恒的。
3. 质量为 0.5 kg 的石块从 10 m 高处以 30角斜向上方抛出（图 8.4-7），初速度 v0 的大小为 5 m/s。不计空气阻力，g 取 10m/s2。
（1）石块落地时的速度是多大？请用机械能守恒定律和动能定理分别讨论。（2）石块落地时速度的大小与下列哪些量有关，与哪些量无关？说明理由。
A．石块的质量 B．石块的初速度 C．石块初速度的仰角 D．石块抛出时的高度
4. 一条轻绳跨过定滑轮，绳的两端各系一个小球 A 和 B，B 球的质量是 A 球的 3 倍。用手托住 B 球，当轻绳刚好被拉紧时，B 球离地面的高度是 h，A 球静止于地面。释放 B 球，当 B 球刚落地时，求 A 球的速度大小。定滑轮的质量及轮与轴间的摩擦均不计，重力加速度为 g。
5. 把质量是 0.2 kg 的小球放在竖立的弹簧上，并把小球往下按至 A 的位置。迅速松手后，弹簧把小球弹起，小球升至最高位置 C（图乙），途中经过位置 B 时弹簧正好处于自由状态。已知 B、A 的高度差为 0.1 m，C、B 的高度差为 0.2 m，弹簧的质量和空气的阻力均可忽略，g 取 10 m/s2。（1）分别说出小球由位置 A 至位置 B、由位置 B 至位置 C 时，小球和弹簧的能量转化情况。（2）小球处于位置 A 时，弹簧的弹性势能是多少？在位置 C 时，小球的动能是多少？
6. 某城市广场喷泉喷出水柱的场景。从远处看，喷泉喷出的水柱超过了 40 层楼的高度；靠近看，喷管的直径约为 10 cm。请你据此估计用于给喷管喷水的电动机输出功率至少有多大？
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