高中4 机械能守恒定律授课ppt课件

这是一份高中4 机械能守恒定律授课ppt课件，共40页。PPT课件主要包含了追寻守恒量，重力做功，动能与势能的相互转化，机械能守恒定律，典例分析等内容，欢迎下载使用。
生活中有很多动能和势能相互转化的例子
1.动能和势能之间的转化是通过什么来实现的呢？
2.动能和势能之间的相互转化遵循什么规律呢？
探究：　小球能否到达等高处
试证明：小球在光滑的斜面Ａ上从高为h处由静止滚下，滚上另一光滑的斜面Ｂ，速度变为零时的高度为h'，h和h'的大小关系怎样？如果减小斜面B的倾角呢？
在A斜面上： a＝gsinα x＝ v2/2a h ＝ x sinα＝v2/2g
在B斜面上：a'＝－gsinβ x'＝（0－v2）/2a'h' ＝ x'sinβ = v2/2g
结论：h'＝h，且与β角的大小无关。
　　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。
如图所示，把悬挂的小球拉至鼻尖由静止释放，实验者立于原地不动，小球来回摆动，小球能否碰到鼻子？为什么？
1.重力势能与动能相互转化
A→B：物体的速度增加，即物体的动能增加，说明物体的重力势能转化成了动能。
B→C：重力对物体做负功，物体的速度减小，即动能减少。但高度增加，即重力势能增加。说明物体的动能转化成了重力势能。
结论: 物体的动能和重力势能可以相互转化。
2.弹性势能与动能相互转化
由小球接触弹簧到速度为零的这一过程中，弹力做负功，弹簧的弹性势能增加，而物体速度减小，动能减少。小球原来的动能转化成了弹性势能。
被压缩的弹簧具有弹性势能，当弹簧恢复原来形状时，就把跟它接触的物体弹出去。这一过程中，弹力做正功，弹簧的弹性势能减少，而物体得到一定的速度，动能增加。物体原来的弹性势能转化成了动能。
拉弓射箭的过程中，弓的弹性势能转化为箭的动能。
结论: 物体的动能和弹性势能可以相互转化。
运动员从蹦床上弹起的过程中，跳板的弹性势能转化为运动员的动能，动能再转化为重力势能。
结论: 物体的动能、弹性势能和重力势能可以相互转化。
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
（只有在确定的参考系和零势能参考平面情况下，机械能才有确定的物理意义）
一个小球在真空中做自由落体运动，另一个同样的小球在黏性较大的液体中由静止开始下落。它们都由高度为 h1 的地方下落到高度为 h2 的地方。在这两种情况下，重力做的功相等吗？重力势能的变化相等吗？动能的变化相等吗？重力势能各转化成什么形式的能？  
如下图中，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
上式表示：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。
即ΔEk=−ΔEP
如果物体沿粗糙面下滑呢？
Ek2+EP2≠Ek1+EP1
结论：除重力外有其他力做功，机械能改变。
在只有重力做功的物体系统内，动能与重力势能可以互相转化，而总的机械能保持不变。
若地面光滑，根据动能定理W弹=Ek2-Ek1W弹=-ΔEp=Ep1-Ep2由两式得Ek2-Ek1=Ep1-Ep2Ek2+Ep2=Ek1+Ep1即E2=E1
在只有弹簧弹力做功的物体和弹簧系统内，动能和弹性势能相互转化，且机械能的总量保持不变。
由弹力做功与弹性势能的变化关系得
在光滑水平面上，设弹簧被压缩x1时弹性势能为EP1，动能为EK1,设弹簧被压缩x2时弹性势能为EP2，动能为EK2
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
意义：初末状态机械能相等
意义：系统势能的减小量（增加量）等于动能的增加量（减小量）
意义：系统只有A、B两物体（部分）时，A增加（减少）的机械能等于B减少（增加）的机械能。
（4）ΔE=0 意义：系统机械能变化量为0
只有重力做功或弹簧弹力做功
（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)
(1)用做功来分析：分析物体或物体系统的受力情况(包括内力和外力)，明确各力做功的情况，若对物体或系统只有重力或弹力做功，没有其他力做功或其他力做功的代数和为零，则物体或物体系统的机械能守恒。
(2)用能量转化来分析：若物体系统中只有动能和势能的相互转化，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．
(3)用增减情况分析：若物体系统的动能与势能均增加，则系统机械能不守恒；若系统的动能不变，而势能发生了变化，或系统的势能不变，而动能发生了变化，则系统机械能不守恒。
5、判断机械能是否守恒的方法：
对于由两个或两个以上物体(包括弹簧在内组成的系统)，如果系统只有重力做功或弹力做功，物体间只有动能、重力势能和弹性势能之间的相互转化，系统与外界没有机械能的转移，也没有机械能与其他形式能的转化，则系统的机械能就守恒。
【例题】把一个小球用细线悬挂起来，就成为一个摆（如图），摆长为l ，最大偏角为θ。如果阻力可以忽略，小球运动到最低位置时的速度大小是多少？
【解析】系统只有重力做功，机械能守恒。
由机械能守恒，有：Ek2＋Ep2 ＝ Ek1＋Ep1
上述例题能否用机械能守恒的另一种表达方式计算，ΔEk=-ΔEp解：设小球达到的最低点为参考平面。 则 ， ， ， 由于该运动过程机械能守恒，则 解得
拓展：由上述结果分析，如果改变释放时的角度，小球运动到最低点的速度有何变化？
1.确定研究对象（物体或系统）和研究过程；
2.对研究对象进行正确的受力分析；
3.判定各个力是否做功，并分析是否符合机械能守恒的条件（是否只有重力或弹簧弹力做功）；
4.视解题方便选取零势能参考平面(恰当选取参考平面)，并确定研究对象在始、末状态时的机械能；
5.根据机械能守恒定律列出方程，或再辅之以其他方程，进行求解。
应用机械能守恒定律解题的一般步骤
【例题1】判断下列各题中物体的机械能是否守恒？
木块沿光滑固定斜面下滑
【例2】试判断下列各运动中机械能是否守恒(均不计空气阻力和摩擦阻力)
1. 抛出的手榴弹的运动 （ ）
2. 细绳拴着小球在水平面内做匀速圆周运动运动 （ ）
3. 手拉着一物体沿斜面匀速上滑运动 （ ）
4. 套在光滑圆环上的小球在竖直面内做圆周运动运动（ ）
5. 起重机吊起一物体运动 （ ）
6. 自由下落的小球压缩弹簧后又被弹回运动 （ ）
7. 弹簧下吊一小球上下振动运动 （ ）
8. 蹦极运动 （ ）
【例3】如图所示，木块与水平桌面间的接触面是光滑的，子弹A沿水平方向射入木块后留在木块内，将弹簧压缩到最短，则从子弹开始射木块到弹簧压缩至最短的整个过程中(　 　)
A．子弹与木块组成的系统机械能守恒B．子弹与木块组成的系统机械能不守恒C．子弹、木块和弹簧组成的系统机械能守恒D．子弹、木块和弹簧组成的系统机械能不守恒
【例4】如图为翻滚过山车示意图，圆轨道的半径为10m，为了安全，则过山车由静止开始向下运动时离地至少多高？（不考虑空气阻力和摩擦阻力）
取地面为0势面，由机械能守恒，得
【例5】以10m/s的速度将质量为m的物体竖直上抛出，则： ⑴物体上升的最大高度是多少？ ⑵上升时在何处重力势能和动能相等？（阻力忽略）
【解析】因只有重力对物体做功，故机械能守恒
⑴以地面为参考点，则：
在最高点动能为零，故：
⑵初状态设在地面，则：
终态设在h1高处，故：
因机械能守恒：E1=E2
【例5】以10m/s的速度将质量为m的物体竖直上抛出，则： ⑵上升时在何处重力势能和动能相等？（阻力忽略）