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物理必修 第二册第5节 科学验证:机械能守恒定律优秀课件ppt
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这是一份物理必修 第二册第5节 科学验证:机械能守恒定律优秀课件ppt，文件包含鲁科版2019高中物理选择性必修第二册15《验证机械能守恒定律》课件pptx、实验验证机械能守恒定律mp4等2份课件配套教学资源，其中PPT共32页， 欢迎下载使用。
过山车在最高点无动力释放后，会沿着轨道下滑、爬升、速度时快时慢。在运行过程中既有重力势能，又有动能。
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。
机械能是动能、重力势能、弹性势能的统称， 用符号 E 表示。
3.机械能是标量，具有相对性。
运动的物体往往既有动能又有势能。
以地面为零势能参考平面,试算：1、质量为 m 的苹果在离地面高度为 H 的树上时的机械能。2、若苹果由静止开始下落到树下一深度为 h 的坑中时的机械能。不计空气阻力。
物体运动时，动能与势能会发生相互转化。
高度降低时，重力势能减小，动能增大。
重力势能最小，动能最大。
高度升高时，重力势能增大，动能减小。
绳子拉直前：重力势能减少，动能增加。
大量事实证明：物体的机械能可从一种形式转化为另一种形式。
弹力<重力时，重力势能减少，动能、弹性势能增加。
弹力>重力时，重力势能，动能减少、弹性势能增加。
最低点时，重力势能最少，动能为0、弹性势能最大。
做自由落体运动的小球从A到B的过程
1、根据动能定理（重力做的功等于小球下落过程中动能的增加量）
2、根据WG=-ΔEp(重力做的功等于小球下落过程中重力势能的减少量）
物体只受重力作用，动能和重力势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。
(除重力之外还受其他力，但只有重力做功)
分析：下滑过程中支持力N做功？
物体只有重力作功，动能和重力势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。
除重力之外，其他力有做功时，机械能会守恒吗？
小球在下落过程中的空气阻力不可忽略
EK2+EP2=EK1+EP1+Wf
E2=E1+Wf （Wf<0）
除重力外的其它力对物体做功导致了物体机械能的变化,W其他＝ΔE
2、根据W弹＝－ΔEp
WF= EK2-EK1
WF= EP1-EP2
EP1+EK1=EP2+EK2
在光滑水平面上反弹回来的小球
物体只受弹力作用，动能和弹性势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。
在只有重力或弹力这类力做功的情况下，物体系统内的动能与势能相互转化，机械能的总量保持不变。
（1） 初状态机械能等于末状态机械能
（2） 减少的势能等于增加的动能
（1）从做功角度看：只有重力或系统内弹力做功。
① 物体只受重力或弹簧弹力，不受其他力。② 物体受到重力和弹簧弹力，还受到其他力，但其他力不做功，或其他力做的总功为零。
（2）从能量转化角度看：只有系统内动能和势能的相互转化，无其他形式能量的转化。
（3） ΔEA=-ΔEB 即A物体机械能的增加量等于B物体机械能的减少量
光滑水平面上运动的小球，把弹簧压缩后又被弹回来。
下列实例中哪些情况机械能是守恒的?
实验目的：（1）验证机械能守恒（2）进一步熟悉打点计时器的使用
实验原理：方法一：利用起始点和第n点（1）若物体由静止下落高度h时，它的瞬时速度为v，那么重力势能的减小量为mgh，动能的增加量为 mv2/2；
（2）看它们在实验误差允许的范围内是否是相等，如果相等则验证了机械能守恒；
方法二：任取两点若以重物下落过程中的某一点A为基准，设重物的质量为m，测出物体对应于A点的速度vA 再测出物体由A点下落△h后经过B点的速度vB 则在误差允许范围内，由计算得出 机械能守恒定律即被验证。
实验器材 打点计时器、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台（带铁夹）、学生电源等。
实验步骤（1）纸带一段吊重物，另一端穿过打点计时器。手提纸带，使重物靠近打点计时器并静止。接通电源，松开纸带，让重物自由落下。（2）取下纸带，并选其中一个点作为参考点，设打该点时重物的重力势能为0，计算打改点时的动能，它就是重物下落过程中的动能与重力势能的总和。（3）分别计算纸带上其他各点对应的物体的重力势能和动能之和。
注意事项（1）实验中打点记时器的安装，两纸带限位孔必须在同一竖直线上，以减少摩擦力。（2）实验时，必须先接通电源，让打点记时器工作正常后才松开纸带让重锤下落。（3）打点记时器必须接50Hz交流低压电源。（4）为了减小重物在下降过程中空气阻力的影响，应选择质量大、体积小的重物。
方法一：利用起始点和第n点
该图象的斜率表示什么？
实验结论 在实验误差允许范围内，重锤重力势能减少量等于动能的增加量，即机械能守恒。
实验中，重锤的重力势能减小 略大于其动能增加，其原因是下落中克服阻力做功，机械能略有减少。
【例1】荡秋千是一种常见的娱乐休闲活动，若秋千绳的长度l=2m,荡到最高点时秋千绳与坚直方向的夹角θ=60°。取重力加速度 g=9.8m/s2,求荡到最低点时秋千的速度大小。(忽略阻力及秋千绳的质量,且人在秋千上的姿势可视为不变）
讨论：（1）以谁为研究对象，研究的是哪个过程（2）研究过程中，机械能是否守恒？（3）选取哪个平面为参考平面，初末状态的机械能分别为多少？（4）根据机械能守恒定律列方程
秋千绳拉力的大小和方向不断变化，难以直接用牛顿第二定律和运动学公式来求解。但在摆动过程中，秋千绳拉力不做功，只有重力做功，系统的机械能守恒，可用机械能守恒定律求解。
以人和秋千座椅组成的系统为研究对象并将其视为质点，受力分析如图所示。选择秋千在最低位置时的水平面为零势能参考平面。设秋千荡到最高点 A 处为初状态，在最低点 B 处为末状态。
(1)确定研究对象和研究过程
(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
(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
1924 年，跳台滑雪被列为首届冬奥会比赛项目。假设运动员从雪道的最高点 A 由静止开始滑下，不借助其他器械，沿光滑的雪道到达跳台的 B 点时，速度为多少？当他落到离 B 点竖直高度为 10 m的雪地 C 点时，速度又是多少？（假设这一过程中运动员没有做其他动作，忽略摩擦力和空气阻力，取重力加速度 g = 10 m/s 2 ）
1、只有重力或弹力这类力做功，系统机械能守恒
E1=E2
2、除重力或弹力这类力以外的力做功=系统机械能的变化
正功机械能增加，负功机械能减少
过山车在最高点无动力释放后，会沿着轨道下滑、爬升、速度时快时慢。在运行过程中既有重力势能，又有动能。
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。
机械能是动能、重力势能、弹性势能的统称， 用符号 E 表示。
3.机械能是标量，具有相对性。
运动的物体往往既有动能又有势能。
以地面为零势能参考平面,试算：1、质量为 m 的苹果在离地面高度为 H 的树上时的机械能。2、若苹果由静止开始下落到树下一深度为 h 的坑中时的机械能。不计空气阻力。
物体运动时，动能与势能会发生相互转化。
高度降低时，重力势能减小，动能增大。
重力势能最小，动能最大。
高度升高时，重力势能增大，动能减小。
绳子拉直前：重力势能减少，动能增加。
大量事实证明：物体的机械能可从一种形式转化为另一种形式。
弹力<重力时，重力势能减少，动能、弹性势能增加。
弹力>重力时，重力势能，动能减少、弹性势能增加。
最低点时，重力势能最少，动能为0、弹性势能最大。
做自由落体运动的小球从A到B的过程
1、根据动能定理（重力做的功等于小球下落过程中动能的增加量）
2、根据WG=-ΔEp(重力做的功等于小球下落过程中重力势能的减少量）
物体只受重力作用，动能和重力势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。
(除重力之外还受其他力，但只有重力做功)
分析：下滑过程中支持力N做功？
物体只有重力作功，动能和重力势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。
除重力之外，其他力有做功时，机械能会守恒吗？
小球在下落过程中的空气阻力不可忽略
EK2+EP2=EK1+EP1+Wf
E2=E1+Wf （Wf<0）
除重力外的其它力对物体做功导致了物体机械能的变化,W其他＝ΔE
2、根据W弹＝－ΔEp
WF= EK2-EK1
WF= EP1-EP2
EP1+EK1=EP2+EK2
在光滑水平面上反弹回来的小球
物体只受弹力作用，动能和弹性势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。
在只有重力或弹力这类力做功的情况下，物体系统内的动能与势能相互转化，机械能的总量保持不变。
（1） 初状态机械能等于末状态机械能
（2） 减少的势能等于增加的动能
（1）从做功角度看：只有重力或系统内弹力做功。
① 物体只受重力或弹簧弹力，不受其他力。② 物体受到重力和弹簧弹力，还受到其他力，但其他力不做功，或其他力做的总功为零。
（2）从能量转化角度看：只有系统内动能和势能的相互转化，无其他形式能量的转化。
（3） ΔEA=-ΔEB 即A物体机械能的增加量等于B物体机械能的减少量
光滑水平面上运动的小球，把弹簧压缩后又被弹回来。
下列实例中哪些情况机械能是守恒的?
实验目的：（1）验证机械能守恒（2）进一步熟悉打点计时器的使用
实验原理：方法一：利用起始点和第n点（1）若物体由静止下落高度h时，它的瞬时速度为v，那么重力势能的减小量为mgh，动能的增加量为 mv2/2；
（2）看它们在实验误差允许的范围内是否是相等，如果相等则验证了机械能守恒；
方法二：任取两点若以重物下落过程中的某一点A为基准，设重物的质量为m，测出物体对应于A点的速度vA 再测出物体由A点下落△h后经过B点的速度vB 则在误差允许范围内，由计算得出 机械能守恒定律即被验证。
实验器材 打点计时器、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台（带铁夹）、学生电源等。
实验步骤（1）纸带一段吊重物，另一端穿过打点计时器。手提纸带，使重物靠近打点计时器并静止。接通电源，松开纸带，让重物自由落下。（2）取下纸带，并选其中一个点作为参考点，设打该点时重物的重力势能为0，计算打改点时的动能，它就是重物下落过程中的动能与重力势能的总和。（3）分别计算纸带上其他各点对应的物体的重力势能和动能之和。
注意事项（1）实验中打点记时器的安装，两纸带限位孔必须在同一竖直线上，以减少摩擦力。（2）实验时，必须先接通电源，让打点记时器工作正常后才松开纸带让重锤下落。（3）打点记时器必须接50Hz交流低压电源。（4）为了减小重物在下降过程中空气阻力的影响，应选择质量大、体积小的重物。
方法一：利用起始点和第n点
该图象的斜率表示什么？
实验结论 在实验误差允许范围内，重锤重力势能减少量等于动能的增加量，即机械能守恒。
实验中，重锤的重力势能减小 略大于其动能增加，其原因是下落中克服阻力做功，机械能略有减少。
【例1】荡秋千是一种常见的娱乐休闲活动，若秋千绳的长度l=2m,荡到最高点时秋千绳与坚直方向的夹角θ=60°。取重力加速度 g=9.8m/s2,求荡到最低点时秋千的速度大小。(忽略阻力及秋千绳的质量,且人在秋千上的姿势可视为不变）
讨论：（1）以谁为研究对象，研究的是哪个过程（2）研究过程中，机械能是否守恒？（3）选取哪个平面为参考平面，初末状态的机械能分别为多少？（4）根据机械能守恒定律列方程
秋千绳拉力的大小和方向不断变化，难以直接用牛顿第二定律和运动学公式来求解。但在摆动过程中，秋千绳拉力不做功，只有重力做功，系统的机械能守恒，可用机械能守恒定律求解。
以人和秋千座椅组成的系统为研究对象并将其视为质点，受力分析如图所示。选择秋千在最低位置时的水平面为零势能参考平面。设秋千荡到最高点 A 处为初状态，在最低点 B 处为末状态。
(1)确定研究对象和研究过程
(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
(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
1924 年，跳台滑雪被列为首届冬奥会比赛项目。假设运动员从雪道的最高点 A 由静止开始滑下，不借助其他器械，沿光滑的雪道到达跳台的 B 点时，速度为多少？当他落到离 B 点竖直高度为 10 m的雪地 C 点时，速度又是多少？（假设这一过程中运动员没有做其他动作，忽略摩擦力和空气阻力，取重力加速度 g = 10 m/s 2 ）
1、只有重力或弹力这类力做功，系统机械能守恒
E1=E2
2、除重力或弹力这类力以外的力做功=系统机械能的变化
正功机械能增加，负功机械能减少
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