人教版 (2019)4 机械能守恒定律评课ppt课件

这是一份人教版 (2019)4 机械能守恒定律评课ppt课件，共48页。PPT课件主要包含了课前·自主预习，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，课堂·重难探究等内容，欢迎下载使用。

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．
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．
例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，但物体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，故物体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．
机械能守恒定律与动能定理的比较
例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做的功、阻力所做的功与动能的变化联系起来．
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)．
科学思维——多物体系统机械能守恒问题
例3　(多选)如图所示，物体A、B用足够长的细线通过轻质定滑轮连接悬于天花板．现将A、B同时由静止开始释放，A下降，B上升，忽略滑轮摩擦及一切阻力，则在A、B运动的过程中，下列说法正确的是(　　)A．物体A机械能减少B．物体A机械能守恒C．细线对物体B做负功D．物体A和B组成的系统机械能守恒
【答案】AD【解析】物体A下降的过程中，绳子的拉力对A做负功，则A的机械能减少，A正确，B错误；因B物体上升，则细线对物体B做正功，C错误；物体A和物体B组成的系统，只有重力对系统做功，则系统的机械能守恒，D正确．
例4　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°.
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．