高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 机械能守恒定律背景图课件ppt

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 机械能守恒定律背景图课件ppt，共52页。PPT课件主要包含了机械能，机械能守恒定律，互相转化，保持不变，Ep1－Ep2，－ΔEp，Ek1＋Ep1，重力或系统内弹力，机械能守恒的条件，机械能守恒定律的应用等内容，欢迎下载使用。
预习导学 | 新知领悟
1．能量概念的引入伽利略斜面小球实验中，小球运动中不变的“东西”就是________.2．动能与势能的相互转化(1)转化条件：__________或________做功．(2)转化特点：做正功时，________向________转化；做负功时，________向________转化．(3)重力势能、弹性势能与动能统称为__________.
追寻守恒量　动能与势能的相互转化
如图所示，物体沿光滑曲面滑下，途经A、B两点．这个过程中物体的动能和势能如何变化？【答案】由于曲面光滑，只有重力做功．下滑过程中速度增大，高度减小，故动能增大，重力势能减小．
1．含义在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以__________，而总的机械能____________.2．守恒定律表达式(1)Ek2－Ek1＝________________，即ΔEk＝________________.
(2)Ek2＋Ep2＝________________.(3)E2＝________.3．守恒条件只有__________________做功．
在下列所描述的运动过程中，若物体所受的空气阻力均忽略不计，则机械能守恒的是(　　)A．小孩沿滑梯匀速滑下B．被投掷出的铅球在空中运动C．发射过程中的火箭加速上升D．电梯中的货物随电梯一起匀速下降【答案】B
【解析】小孩沿滑梯匀速滑下，小孩的动能不变，重力势能减小，所以小孩的机械能不守恒，故A错误；被投掷出的铅球在空中做斜抛运动，只有重力做功，所以机械能守恒，故B正确；火箭加速上升，动能和重力势能都增大，机械能不守恒，故C错误；货物随电梯一起匀速下降，动能不变，重力势能减少，机械能不守恒，故D错误．
多维课堂 | 素养初培
如图，用细线拴着的小球在竖直面内摆动．探究以下问题：
问题(1)小球的受力情况如何？(2)各力做功情况如何？小球的动能和势能如何变化？(3)这个实验说明了什么问题？【答案】(1)小球在摆动过程中受重力和线的拉力作用．(2)拉力和速度方向总是保持垂直，对小球不做功，只有重力对小球做功．小球在摆动过程中重力势能和动能在不断相互转化．(3)在摆动过程中，小球总能回到原来的高度，可见，重力势能和动能的总和不变．
探究总结机械能守恒的四种情况1．物体只受重力，只发生动能和重力势能的相互转化，如自由落体运动、抛体运动等．2．只有弹力做功，只发生动能和弹性势能的相互转化．如在光滑水平面上运动的物体碰到一个弹簧，和弹簧相互作用的过程中，对物体和弹簧组成的系统来说，机械能守恒．
3．物体既受重力，又受弹力，重力和弹力都做功，发生动能、弹性势能、重力势能的相互转化，如自由下落的物体落到竖直的弹簧上和弹簧相互作用的过程中，对物体和弹簧组成的系统来说，机械能守恒．4．除受重力或弹力外，还受其他力，但其他力不做功，或其他力做功的代数和为零．如物体在沿斜面的拉力F的作用下沿斜面向下运动，若拉力的大小与摩擦力的大小相等，则在此运动过程中，其机械能守恒．
精练1　(多选)如图所示，下列关于机械能是否守恒的判断正确的是(　　)A．图甲中，物体A将弹簧压缩的过程中，物体A的机械能守恒B．图乙中，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．图丙中，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．图丁中，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【答案】BCD
【解析】图甲中重力和弹力做功，物体A和弹簧组成的系统机械能守恒，但A机械能不守恒，故A错误；图乙中物体B除受重力外，还受支持力、拉力、摩擦力，但当拉力与摩擦力相等时，除重力之外的三个力做功的代数和为零，故B机械能守恒，故B正确；图丙中绳子的张力对A做负功，对B做正功，两者代数和为零，又不计任何阻力，故A、B组成的系统机械能守恒，故C正确；图丁中只有小球的重力做功，故机械能守恒，故D正确．
变式1　关于机械能，下列说法正确的是(　　)A．机械能守恒时，物体一定只受重力和弹力作用B．物体处于平衡状态时，机械能必守恒C．一个系统所受外力为零时，系统机械能守恒D．物体所受的合外力不等于零，其机械能也可以守恒【答案】D
【解析】物体机械能守恒的条件是只有重力或者是弹力做功，物体除了受重力和弹力的作用，还有可能受其他力的作用，但是其他力做功为零，故A错误；物体处于平衡状态时，所受的合力为零，机械能不一定守恒，例如物体匀速上升，动能不变，重力势能增大，故B、C错误；物体所受合外力不等于零时，机械能可能守恒，例如自由下落的物体，D正确.
(1)系统机械能守恒，系统中单个物体机械能不一定守恒．(2)有摩擦力做功，但还有其他力做功来抵消摩擦力做的功，机械能仍然守恒．(3)系统中有内力做功，但内力做功的代数和为零，则机械能守恒．(4)物体除受重力外还受其他力，但其他力不做功，则机械能守恒．
如图所示，光滑轨道顶端高为h，底端通过小段圆弧与半径为R的光滑圆形轨道连接，整个轨道和斜面都在竖直平面内．一个小球从顶端A处由静止释放．
问题(1)小球从A点运动到B点的过程中，机械能是否守恒？(2)若小球能够到达B点，则到达B点的动能是多少？(3)若小球能恰好通过B点，则h和R是什么关系？
探究总结机械能守恒定律与动能定理的比较
精练2　如图所示，斜面轨道AB与水平面之间的夹角θ＝53°，BD为一段半径R＝4 m的圆弧形轨道，且B点与D点在同一水平面上．在B点，斜面轨道AB与圆弧形轨道BD相切，整个轨道处于竖直平面内且处处光滑．
在A点处有一质量m＝1 kg的小球由静止滑下，经过B、C两点后从D点斜抛出去，最后落在地面上的S点时的速度大小vS＝8 m/s.已知A点距地面的高度H＝10 m，B点距地面的高度h＝5 m．设以MDN为分界线，其左侧为一有阻力区域，右侧为无阻力区域，g取10 m/s2，cs 53°＝0.6.求：
(1)小球经过B点时的速度大小；(2)小球经过圆弧轨道最低处C点时对轨道的压力大小；(3)小球从D点到S点的过程中阻力所做的功．【答案】(1)10 m/s　(2)43 N　(3)－68 J
变式2　如图所示，将一质量为m＝0.1 kg的小球自水平平台右端O点以初速度v0水平抛出，小球飞离平台后由A点沿切线落入竖直光滑圆轨道ABC，并沿轨道恰好通过最高点C，圆轨道ABC的形状为半径R＝2.5 m的圆截去了左上角127°的圆弧，CB为其竖直直径．(sin 53°＝0.8, cs 53°＝0.6，重力加速度g取10 m/s2)求：
(1) 小球经过C点的速度大小；(2) 小球运动到轨道最低点B时对轨道的压力大小；(3) 平台末端O点到A点的竖直高度H.【答案】(1)5 m/s　(2)6.0 N　(3)3.36 m
(1)从A运动到D的过程中小球的机械能守恒；(2)小球在C点受到的重力和支持力的合力提供圆周运动的向心力；(3)从D点到S点的过程中小球的机械能不守恒，可以应用动能定理将重力的功、阻力所做的功与动能的变化联系起来.
科学思维——多物体系统机械能守恒问题对于存在相互作用的多个物体组成的系统而言，由于有内力做功，单个物体的机械能往往不守恒，因此首先要判断哪个系统的机械能守恒，然后合理选取系统，再利用机械能守恒定律列式求解．一般来说：(1)当只有重力做功时，可选取一个物体(其实是物体与地球构成的系统)作为研究对象；(2)当物体之间有弹力做功时，必须将这几个物体构成的系统作为研究对象(使这些弹力成为系统内力)．
专练　如图所示，在竖直方向上A、B两物体通过劲度系数为k的轻质弹簧相连，A放在水平地面上；B、C两物体通过细绳绕过轻质定滑轮相连，C放在固定的光滑斜面上，用手拿住C，使细线刚刚拉直但无拉力作用，并保证ab段的细线竖直、cd段的细线与斜面平行．已知A、B的质量均为m，C的质量为4m，重力加速度为g，细线与滑轮之间的摩擦不计，开始时整个系统处于静止状态，释放C后它沿斜面下滑，A刚离开地面时，B获得最大速度，求：
(1)斜面倾角α；(2)B获得的最大速度v.
【解析】(1)当物体A刚刚离开地面时，弹簧的伸长量记为xA.对A有：kxA＝mg.此时B受到重力mg、弹簧的弹力kxA、细线拉力FT三个力的作用．设B的加速度为a，根据牛顿第二定律，对B有：FT－mg－kxA＝ma，对C有：4mgsin α－FT＝4ma.当B获得最大速度时，有a＝0.由此解得sin α＝0.5，所以α＝30°.
课堂小练 | 素养达成
1．下列物体的运动过程，满足机械能守恒的是(　　)A．火箭加速上升B．潜水运动员在水中匀速下落C．物体从空中自由下落(不计空气阻力)D．游客在摩天轮中随摩天轮在竖直面内匀速转动【答案】C
【解析】火箭加速上升时，动能增大，重力势能增大，故机械能增大，故A错误；潜水运动员在水中匀速下落，动能不变，重力势能减小，故总机械能减小，故B错误；物体从空中自由下落(不计空气阻力)时只有重力做功，机械能守恒，故C正确；游客在摩天轮中随摩天轮在竖直面内匀速转动时，动能不变，重力势能改变，则机械能不守恒，故D错误．
2．如图所示，小球从高处下落到竖直放置的轻弹簧上，在弹簧压缩到最短的整个过程中，下列关于能量的叙述正确的是 (　　)A．重力势能和动能之和总保持不变B．重力势能和弹性势能之和总保持不变C．动能和弹性势能之和总保持不变D．重力势能、弹性势能和动能之和总保持不变【答案】D
【解析】小球下落过程中受到的重力做正功，弹力做负功，重力势能、弹性势能及动能都要发生变化，任意两种能量之和都不会保持不变，但三种能量有相互转化，总和不变，故D正确．
3．将苹果竖直向上抛出，离开手后竖直向上运动，又落回同一位置．忽略空气阻力，某同学用速度v、机械能E分别描述这一过程，正确的是(　　)
【答案】B【解析】苹果先向上减速到零后，向下加速，速度方向发生变化，故A错误，B正确； 忽略空气阻力，整个过程只有重力做功，机械能守恒，故C、D错误．
4．在距地面高度为H的位置斜向上抛出一个质量为m的小球，小球到达最高点时的速度大小为v1，小球落地时的速度大小为v2.忽略空气阻力，则小球抛出时的动能为(　　)