物理教科版 (2019)5 机械能守恒定律课文内容ppt课件

               5．机械能守恒定律

【填空】

1．动能和重力势能间的转化

在只有重力做功时，重力势能减小时，动能将会    ，重力势能增大时，动能将会    ，即动能和重力势能会相互转化．

2．动能和弹性势能间的转化

被压缩的弹簧把物体弹出去，射箭时绷紧的弦把箭射出去，在这些过程中      转化为  能，即弹性势能和动能会相互转化．

3．机械能守恒定律

(1)内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能会发生       ，但机械能的总量保持不变．

(2)表达式：Ep1＋Ek1＝Ep2＋Ek2.

【判断】

1．物体自由下落过程中经过A、B两位置，如图4­5­1甲所示，此过程中物体的机械能一定守恒．(  )

2．物块沿斜面匀速下滑，如图4­5­1乙所示，此过程中物块机械能守恒．(  )

3．光滑水平面上，被压缩的弹簧能将小球向右弹出，如图4­5­1丙所示，在弹簧恢复原状的过程中，小球的机械能守恒．(  )

图4­5­1

1．机械能守恒的判断

(1)用做功来判断：分析物体或物体受力情况(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，则机械能守恒．

(2)用能量转化来判定：若系统中只有动能和势能的相互转化，无机械能与其他形式能的转化，则系统机械能守恒．

2．表达式及特点

3．应用机械能守恒定律解题的一般步骤

(1)正确选取研究对象(物体或系统)，确定研究过程；

(2)进行受力分析，考查守恒条件；

(3)选取零势能平面，确定初、末状态机械能；

(4)运用守恒定律，列出方程求解．

4．机械能守恒定律和动能定理的比较

1．(多选)如图，物体m机械能守恒的是(均不计空气阻力)(　　)

2．将物体从地面竖直上抛，如果不计空气阻力，物体能够达到的最大高度为H.当物体在上升过程中的某一位置，它的动能是重力势能的3倍，则这一位置的高度是(　　)

A．2H/3　　　　　　　　　 B．H/2

C．H/3   D．H/4

3．如图4­5­4所示，AB是倾角θ为45°的直轨道，CD是半径R＝0.4 m的圆弧轨道，它们通过一段曲面BC平滑相接，整个轨道处于竖直平面内且处处光滑．一个质量m＝1 kg的物体(可以看作质点)从高H的地方由静止释放，结果它从圆弧最高点D点飞出，垂直斜面击中P点．已知P点与圆弧的圆心O等高，g取10 m/s2.求：

图4­5­4

(1)物体击中P点前瞬间的速度；

(2)在C点轨道对物体的压力大小；

(3)物体静止释放时的高度H.

1．无论直线运动还是曲线运动，机械能守恒定律都可应用，且仅需考虑始、末状态，而不必考虑所经历的过程．

2．能用机械能守恒定律求解的，一定能用动能定理求解，但满足守恒条件时，应用机械能守恒定律更方便．

1．实验目的

(1)会用打点计时器打下的纸带计算物体的运动速度和位移．

(2)探究自由落体运动物体的机械能守恒．

2．实验原理

我们采用如图4­5­5所示的实验装置，在物体自由下落的过程中，如果空气阻力和纸带受到的摩擦力忽略不计，则物体的            ，即系统机械能的总量应         ．

图4­5­5

若以重物下落的起始点O(静止点)为基准，设重物的质量为m，测出物体自起始点O下落距离h时的速度v，在误差允许范围内，由计算得出

mv2＝mgh

则机械能守恒定律得到验证．

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Δh后经过B点的速度vB，在误差允许范围内，由计算得出

mv－mv＝mgΔh

则机械能守恒定律得到验证．

3．实验器材

铁架台(带铁夹)、电火花计时器、重物(带纸带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源．

1．实验步骤

(1)安装：将打点计时器固定在铁架台上；用导线将打点计时器与低压交流电源相连接．

(2)接通电源，打纸带：把纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的位置，先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落．

重复几次，打下3～5条纸带．

(3)选纸带：选取点迹清晰的且第1、2连续两点间的距离约为2 mm的纸带．

(4)标数字：在打出的纸带上从打出的第1个点开始，依次标上0,1,2,3…

(5)数据测量：测出0到点1、点2、点3…的距离，即为对应的下落高度h1、h2、h3…

2．数据处理

(1)利用公式vn＝，计算出点1、点2、点3…的瞬时速度v1、v2、v3…

(2)验证：通过计算，在误差允许的范围之内mv与mghn是否相等或mv－mv与mghnm是否相等．

3．误差分析

(1)在进行长度测量时，测量及读数不准造成误差．

(2)重物下落要克服阻力做功，部分机械能转化成内能，下落高度越大，机械能损失越多，所以实验数据出现了各计数点对应的机械能依次略有减小的现象．

(3)由于交流电的周期不稳定，造成打点时间间隔变化而产生误差．

4．在“验证机械能守恒定律”的实验中，下面列出一些实验步骤：

A．用天平称出重物和夹子的重量

B．把重物系在夹子上

C．将纸带穿过计时器，上端用手提着，下端夹上系住重物的夹子，再把纸带向上拉，让夹子靠近打点计时器静止

D．把打点计时器接在学生电源的交流输出端，把输出电压调至6 V(电源不接通)

E．把打点计时器固定在桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一竖直线上

F．在纸带上选取几个点，进行测量和记录数据

G．用秒表测出重物下落时间

H．接通电源，待计时器响声稳定后释放纸带

I．切断电源

J．更换纸带，重新进行两次

K．在三条纸带中选出较好的一条

L．进行计算，得出结论，完成报告

M．拆下导线，整理器材

以上步骤中，不必要的有________，正确步骤的合理顺序是________(填写字母)．

5．某同学做验证机械能守恒定律实验时，不慎将一条挑选出的纸带的一部分损坏，损坏的是前端部分．剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在图4­5­6中，单位是cm.打点计时器工作频率为50 Hz，重力加速度g取9.8 m/s2.

图4­5­6

(1)重物在2点的速度v2＝________，在5点的速度v5＝________，此过程中动能增加量ΔEk＝________，重力势能减少量ΔEp＝________.由以上可得出实验结论_____________________________________________________________

_______________________________________________________________.

(2)重物获得的动能往往________(A.大于　B．小于　C．等于)减少的重力势能，实验中产生系统误差的原因是____________________________________．

(3)根据实验判断下列图像正确的是(其中ΔEk表示重物动能的变化量，Δh表示物体下落的高度)(　　)

注意事项

1．先接通电源打点，后释放纸带．

2．选取纸带

(1)选择开始的一段时，要验证的是mv＝mghn，必须保证纸带上的第一点为重物静止释放时打的点，所以前两个点的间距为h＝gt2＝×10×(0.02)2m＝2 mm.

(2)选择运动中的一段时，要验证的是mv－mv＝mghmn，这时选择纸带不需要满足两点间距为2 mm.

3．计算速度时不能用v＝gt或v＝，否则就犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误．

4．测量下落高度时，为减小实验误差，后边的点应距起点O较远，在测量各点到O点的距离时，应当用刻度尺从O点量起，一次性读出各点到O点的距离．

课后作业提升

一、选择题

1.从高为H处自由下落的物体,不计一切阻力,它的机械能E随高度h变化的图像是下图中的(　　)

2.如图所示,某人以拉力F将物体沿斜面拉下,拉力大小等于摩擦力大小,则下列说法中正确的是(　　)

A.物体做匀速运动

B.合外力对物体做功等于零

C.物体的机械能保持不变

D.物体的机械能减小

3.如图所示,在两个质量分别为m和2m的小球a和b之间,用一根轻质细杆连接,两小球可绕过轻杆中心的水平轴无摩擦转动,现让轻杆处于水平位置,静止释放小球后,重球b向下转动,轻球a向上转动,在转过90°的过程中,以下说法正确的是(　　)

A.b球的重力势能减少,动能增加

B.a球的重力势能增加,动能减少

C.a球和b球的机械能总和保持不变

D.a球和b球的机械能总和不断减小

4.如图所示,在距地面h高处以初速度v0沿水平方向抛出一个物体,不计空气阻力,物体在下落过程中,下列说法中正确的是(　　)

A.物体在c点比在a点具有的机械能大

B.物体在b点比在c点具有的动能大

C.物体在a、b、c三点具有的动能一样大

D.物体在a、b、c三点具有的机械能相等

5.如图所示,一轻弹簧固定于O点,另一端系一重物,将重物从与悬点O在同一水平面且弹簧保持原长的A点无初速度释放,让它自由摆下,不计空气阻力,在重物由A点摆向最低点B的过程中(　　)

A.重物的重力势能减少　　　 B.重物的重力势能增大

C.重物的机械能守恒 D.重物的机械能减小

二、非选择题

6.如图所示,在水平台面上的A点,一个质量为m的物体以初速度v0被抛出,不计空气阻力,求它到达B点时的速度大小.

7.某同学将一物体以30m/s的初速度竖直向上抛出(不计空气阻力,g取10m/s2),则:

(1)物体最多能上升到离地多高的位置?

(2)在离地面多高处,它的动能是重力势能的2倍?

8.如图所示,轨道ABCD的AB段为半径R=0.4m的四分之一粗糙圆弧形轨道,BC段为高h=5m的竖直轨道,CD段为水平轨道.一个质量m=1.0 kg的小球由A点静止下滑,达到B点时,以vB=2.0m/s的速度水平飞出(不计空气阻力). g取10m/s2,求:

(1)小球从A运动到B的过程中克服摩擦力做多少功?

(2)小球离开B点后,在CD轨道上的落地点到C点的水平距离.

(3)小球落地时的速度大小.

学业分层测评(十五)

(建议用时：45分钟)

1．在“验证机械能守恒定律”实验中，纸带将被释放瞬间的四种情况如照片所示，其中最合适的是(　　)

2．下列说法正确的是(　　)

A．物体沿水平面做匀加速运动，机械能一定守恒

B．起重机匀速提升物体，机械能一定守恒

C．物体沿光滑曲面自由下滑过程中，机械能一定守恒

D．跳伞运动员在空中匀速下落过程中，机械能一定守恒

3．如图4­5­7所示，在水平台面上的A点，一个质量为m的物体以初速度v0被抛出，不计空气阻力，则它到达B点时速度的大小是(　　)

图4­5­7

A.　　　　　　 B.

C.   D．v0

4．如图4­5­8所示，一固定在地面上的光滑斜面的顶端固定有一轻弹簧，地面上质量为m的物块(可视为质点)向右滑行并冲上斜面．设物块在斜面最低点A的速率为v，压缩弹簧至C点时弹簧最短，C点距地面高度为h，则物块运动到C点时弹簧的弹性势能为(　　)

图4­5­8

A．mgh　　　　　　　　 B．mgh＋mv2

C．mgh－mv2   D.mv2－mgh

5．如图4­5­9所示的光滑轻质滑轮，阻力不计，M1＝2 kg，M2＝1 kg，M1离地高度为H＝0.5 m．M1与M2从静止开始释放，M1由静止下落0.3 m时的速度为(　　)

图4­5­9

A. m/s   B．3 m/s

C．2 m/s   D．1 m/s

6．(多选)由光滑细管组成的轨道如图4­5­10所示，其中AB、BC段均为半径为R的四分之一圆弧，轨道固定在竖直平面内．一质量为m的小球，从距离水平地面高为H的管口D处由静止释放，最后能够从A端水平抛出落到地面上．下列说法正确的是(　　)

图4­5­10

A．小球落到地面相对于A点的水平位移值为2

B．小球落到地面相对于A点的水平位移值为2

C．小球能从细管A端水平抛出的条件是H＞2R

D．小球能从细管A端水平抛出的最小高度Hmin＝R

7．在“验证机械能守恒定律”的实验中：

(1)下列物理量中需要用工具直接测量的有(　　)

A．重物的质量

B．重力加速度

C．重物下落的高度

D．与重物下落高度对应的重物的瞬时速度

(2)实验中，如果以为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的­h图线应是________，才能合乎实验验证的要求，­h图线的斜率等于________的数值．

8．在“验证机械能守恒定律”的实验中，某同学实验时，手总是抖动，找不出一条起始点迹清晰的纸带，该同学便选取一段纸带进行测量，如图4­5­11所示，A、B、C、D、E、F是以2个计时点为1个计数点，其测量结果是AB＝4.53 cm，AC＝10.58 cm，AD＝18.17 cm，AE＝27.29 cm，AF＝37.94 cm(g取9.8 m/s2)．

(1)若重物质量为m，从B到E重力势能减少了多少？

(2)从B到E动能增加了多少？

(3)试对实验结果进行分析．

图4­5­11

9．(多选)如图4­5­12所示，在地面上以速度v0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．若以地面为参考平面，且不计空气阻力，则下列选项正确的是(　　)

图4­5­12

A．物体落到海平面时的势能为mgh

B．重力对物体做的功为mgh

C．物体在海平面上的动能为mv＋mgh

D．物体在海平面上的机械能为mv

10．(多选)如图4­5­13所示，竖直放置的光滑圆轨道被固定在水平地面上，半径r＝0.4 m，最低点有一小球(半径比r小很多)，现给小球以水平向右的初速度v0，如果要使小球不脱离圆轨道运动，那么v0应当满足(g取10 m/s2)(　　)

图4­5­13

A．v0≥0   B．v0≥4 m/s

C．v0≥2m/s   D．v0≤2m/s

11．如图所示，在竖直平面内有一固定光滑轨道，其中AB是长为R的水平直轨道，BCD是圆心为O、半径为R的3/4圆弧轨道，两轨道相切于B点．在外力作用下，一小球从A点由静止开始做匀加速直线运动，到达B点时撤除外力．已知小球刚好能沿圆轨道经过最高点C，重力加速度为g.求：

(1)小球在AB段运动的加速度的大小；

(2)小球从D点运动到A点所用的时间．

12．山谷中有三块石头和一根不可伸长的轻质青藤，图中A、B、C、D均为石头的边缘点，O为青藤的固定点，h1＝1.8 m，h2＝4.0 m，x1＝4.8 m，x2＝8.0 m．开始时，质量分别为M＝10 kg和m＝2 kg的大、小两只滇金丝猴分别位于左边和中间的石头上，当大猴发现小猴将受到伤害时，迅速从左边石头的A点水平跳至中间石头．大猴抱起小猴跑到C点，抓住青藤下端，荡到右边石头上的D点，此时速度恰好为零．运动过程中猴子均可看成质点，空气阻力不计，重力加速度g取10 m/s2.求：

(1)大猴从A点水平跳离时速度的最小值；

(2)猴子抓住青藤荡起时的速度大小；

(3)猴子荡起时，青藤对猴子的拉力大小.