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高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 机械能守恒定律集体备课ppt课件
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这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 机械能守恒定律集体备课ppt课件，共52页。PPT课件主要包含了课前·基础认知，课堂·重难突破，素养·目标定位，随堂训练，素养•目标定位，目标素养，知识概览，答案B，答案A等内容，欢迎下载使用。
1.理解能量、机械能概念,形成正确的物理观念。2.知道动能和势能是可以相互转化的。3.会利用动能定理,演绎推理机械能守恒定律。4.掌握机械能守恒定律的内容,理解机械能守恒的条件。5.通过运用机械能守恒定律解决实际问题,培养学生分析问题、解决问题的能力。
一、追寻守恒量将小球由斜面A上某位置由静止释放,小球运动到斜面B上,小球在斜面B上速度变为0时,即到达最高点时的高度与它出发时的高度 相同 (忽略空气阻力和摩擦力),这一事实说明运动过程某个量是守恒的,在物理学上我们把这个量叫作 能量 。
二、动能与势能的相互转化1.动能与重力势能间的转化。只有重力做功时,若重力做正功,则 重力势能 减小,动能增加;若重力做负功,则 动 能减小, 重力势能 增大,这说明动能与重力势能可以相互转化。 2.动能与弹性势能间的转化。被压缩的弹簧把物体弹出去,射箭时绷紧的弦把箭弹出去,这些过程都是弹力做 正 功, 弹性势 能减小, 动 能增加,这说明弹性势能与动能可以相互转化。
3.机械能。 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。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。 微判断1 1.物体自由下落时,重力做正功,物体的动能和重力势能都增加。( )2.射箭时将弹性势能转化为动能。( )3.通过重力或弹力做功,机械能可以转化为非机械能。( )
三、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,动能与势能可以 相互转化 ,而总的机械能 保持不变 。 2.守恒定律表达式。(1)Ek2-Ek1= Ep1-Ep2 ,即ΔEk增= ΔEp减 。 (2)Ek2+Ep2= Ek1+Ep1 。 (3)E2= E1 。
3.守恒条件。物体系统内只有 重力 或 弹力 做功。 微判断2 1.物体的机械能一定是正值。( )2.只有重力做功,物体的机械能一定守恒。( )3.合力做功为零,物体的机械能一定守恒。( )
一 机械能守恒的理解和判断
重难归纳1.对机械能守恒的理解。机械能守恒是指系统内只有动能和势能相互转化,而没有其他形式能量(如内能)的转化,并且系统与外界没有任何能量转化。系统机械能守恒是指运动过程中的守恒,而不仅仅是指始末状态机械能不变。
(2)能量分析法(常用于多个物体组成的系统)。分析能量种类⇒系统中只有动能、重力势能、弹性势能的相互转化⇒系统机械能守恒
1.图甲中,各接触面光滑,A从B上端自由下滑的过程中,对A而言机械能守恒吗?对A、B组成的系统机械能守恒吗?提示:对A来说不守恒。B对A的弹力做负功,这个力对A来说是外力,A的机械能不守恒。对A、B组成的系统机械能守恒。只有重力和A、B间的弹力做功,A、B间的弹力是系统的内力,故A、B组成的系统机械能守恒。
2.图乙中,不计空气阻力,球在下落过程中,对小球而言机械能守恒吗?对球与弹簧组成的系统机械能守恒吗?提示:对球来说,在空中下落接触弹簧前,只有重力做功机械能守恒,在随弹簧一起下落至最低点过程中,弹簧的弹力对小球做负功,弹簧的弹力对小球而言是外力,所以小球机械能不守恒。但对弹簧和小球组成的系统,只有重力和弹力做功,弹力属于系统内力,故机械能守恒。
典例剖析【例1】 下列四个选项的图中,木块均在固定的斜面上运动,其中图A、B、C中的斜面是光滑的,图D中的斜面是粗糙的。图A、B中的F为木块所受的外力,方向如图中箭头所示,图A、B、D中的木块向下运动,图C中的木块向上运动。在四个图所示的运动过程中机械能守恒的是( )答案:C
解析:根据力的做功情况来判断机械能守恒的条件是物体系统内只有重力(弹力)做功。在图A、B中木块受三个力作用,即重力、支持力和外力F,因外力F做功,故机械能不守恒。图D中因有摩擦力做功,机械能亦不可能守恒。只有图C中除重力做功外,其他力不做功,故机械能守恒。
误区警示 判断机械能守恒的三点提醒(1)合力为零是物体处于平衡状态的条件。物体的合力为零时,它一定处于匀速运动状态或静止状态,但它的机械能不一定守恒。(2)合力做功为零是物体动能不变的条件。合力对物体不做功,它的动能一定不变,但它的机械能不一定守恒。(3)只有重力或系统内弹力做功是机械能守恒的条件。只有重力对物体做功时,物体的机械能一定守恒;只有重力或系统内弹力做功时,系统的机械能一定守恒。
学以致用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.甲图中,物体A将弹簧压缩的过程中,物体A的机械能守恒B.乙图中,物体A固定,物体B沿斜面匀速下滑,物体B的机械能守恒C.丙图中,不计任何阻力和定滑轮质量时,A加速下落,B加速上升过程中,A、B组成的系统机械能守恒D.丁图中,小球沿水平面做匀速圆锥摆运动时,小球的机械能守恒
解析:题图甲中重力和系统内弹力做功,物体A和弹簧组成的系统机械能守恒,但物体A的机械能不守恒,选项A错误。题图乙中物体B除受重力外,还受到弹力和摩擦力作用,弹力不做功,但摩擦力做负功,物体B的机械能不守恒,选项B错误。题图丙中绳子拉力对A做负功,对B做正功,代数和为零,A、B组成的系统机械能守恒,选项C正确。题图丁中小球的动能不变,势能不变,机械能守恒,选项D正确。
二 机械能守恒定律的应用
重难归纳1.机械能守恒定律的三种表达式。
2.运用机械能守恒定律的基本思路。
3.机械能守恒定律和动能定理的比较。
运动员将铅球以与水平方向成θ角斜向上抛出,若所受空气的阻力远小于其重力,那么:(1)铅球在空中运动过程中,能否看作机械能守恒?(2)若铅球被抛出时速度大小一定,与水平方向夹角θ不同,那么铅球落地时的速度大小相等吗?提示:(1)由于阻力远小于重力,可以认为铅球在空中运动过程中,只有重力做功,机械能守恒。(2)根据机械能守恒定律,落地时速度的大小与运动员将铅球抛出的方向无关,大小相等。
规律总结 机械能守恒定律是解答能量问题的基本方法之一,分析运动过程中物体的机械能是否守恒是解题的关键,在解决物体的运动问题时应优先考虑用能量方法,如曲线运动、含弹簧类运动问题等。应用时首先要对研究对象进行受力分析和运动分析,以确定在所研究的过程中机械能是否守恒,再选合适的表达式求解。应用机械能守恒定律求解多过程问题时可对全过程应用机械能守恒定律列式求解。
学以致用2.滑板运动是一种陆地上的“冲浪运动”,滑板运动员可在不同的滑坡上滑行。如图所示,是模拟的滑板组合滑行轨道,该轨道由足够长的斜直轨道、凹形圆弧轨道和半径R=1.6 m的凸形圆弧轨道组成,这三部分轨道处于同一竖直平面内且依次平滑连接,其中M点为凹形圆弧轨道的最低点,N点为凸形圆弧轨道的最高点,凸形圆弧轨道的圆心O点与M点处在同一水平面上。一质量为m=1 kg、可看成质点的滑板,从斜直轨道上的P点无初速度滑下,经过M点滑向N点,P点距M点所在水平面的高度h=1.8 m,不计一切阻力,g取10 m/s2。求:
(1)滑板滑到M点时的速度大小;(2)滑板滑到N点时对轨道的压力大小;(3)改变滑板无初速度下滑时距M点所在平面的高度h,用压力传感器测出滑板滑至N点时对轨道的压力大小为零,则P点与N点在竖直方向上的距离为多大?答案:(1)6 m/s(2)7.5 N(3)0.8 m
典例剖析【例3】 如图所示,质量分别为3 kg和5 kg的物体A、B,用轻绳连接跨在一个定滑轮两侧,轻绳正好拉直,且A物体底面与地接触,B物体距地面0.8 m,g取10 m/s2。求:(1)放开B物体,当B物体着地时A物体的速度;(2)B物体着地后A物体还能上升的高度。答案:(1)2 m/s (2)0.2 m
规律总结 1.系统机械能守恒时,内部的相互作用力分为两类:(1)刚体产生的弹力:如轻绳产生的弹力,斜面产生的弹力,轻杆产生的弹力等,这类弹力做功使机械能在相互作用的两物体间进行等量的转移,系统的机械能守恒。(2)类似弹簧产生的弹力:系统中有弹簧、弹性绳的弹力,在整个过程中弹力做功,弹性势能参与机械能的转化,只有包括弹簧在内的系统机械能才守恒。
2.对系统应用机械能守恒定律列方程的角度:(1)系统初态的机械能等于末态的机械能;(2)系统中某些物体减少的机械能等于其他物体增加的机械能。
1.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,机械能一定守恒答案:C解析:A项,势能不变,动能增加;B项,动能不变,势能增加;C项,只有重力做功,机械能守恒;D项,动能不变,势能减小。综上所述选项C正确。
2.(多选)如图所示,一轻质弹簧一端固定于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点无初速度地释放,让它自由摆下,不计空气阻力。在重物从A点摆向最低点B的过程中,下列说法正确的是( )A.重物的重力势能减小B.重物的动能增大C.重物的机械能不变D.重物的机械能减小答案:ABD
解析:重物从A点释放后,在从A点向 B点运动的过程中,重物的重力势能逐渐减小,动能逐渐增大,弹簧逐渐被拉长,即弹簧的弹性势能逐渐增大,所以,重物减少的重力势能一部分转化为重物的动能,另一部分转化为弹簧的弹性势能,对重物来说,它的机械能减小,故选项A、B、D正确。
4.如图所示,在高1.5 m的光滑平台上有一个质量为2 kg的小球被细线拴在墙上,球与墙之间有一根被压缩的轻质弹簧。当烧断细线时,小球被弹出,小球落地时的速度方向与水平方向成60°角,g取10 m/s2,则弹簧被压缩时具有的弹性势能为( )A.10 JB.15 JC.20 JD.25 J答案:A
1.理解能量、机械能概念,形成正确的物理观念。2.知道动能和势能是可以相互转化的。3.会利用动能定理,演绎推理机械能守恒定律。4.掌握机械能守恒定律的内容,理解机械能守恒的条件。5.通过运用机械能守恒定律解决实际问题,培养学生分析问题、解决问题的能力。
一、追寻守恒量将小球由斜面A上某位置由静止释放,小球运动到斜面B上,小球在斜面B上速度变为0时,即到达最高点时的高度与它出发时的高度 相同 (忽略空气阻力和摩擦力),这一事实说明运动过程某个量是守恒的,在物理学上我们把这个量叫作 能量 。
二、动能与势能的相互转化1.动能与重力势能间的转化。只有重力做功时,若重力做正功,则 重力势能 减小,动能增加;若重力做负功,则 动 能减小, 重力势能 增大,这说明动能与重力势能可以相互转化。 2.动能与弹性势能间的转化。被压缩的弹簧把物体弹出去,射箭时绷紧的弦把箭弹出去,这些过程都是弹力做 正 功, 弹性势 能减小, 动 能增加,这说明弹性势能与动能可以相互转化。
3.机械能。 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。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。 微判断1 1.物体自由下落时,重力做正功,物体的动能和重力势能都增加。( )2.射箭时将弹性势能转化为动能。( )3.通过重力或弹力做功,机械能可以转化为非机械能。( )
三、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,动能与势能可以 相互转化 ,而总的机械能 保持不变 。 2.守恒定律表达式。(1)Ek2-Ek1= Ep1-Ep2 ,即ΔEk增= ΔEp减 。 (2)Ek2+Ep2= Ek1+Ep1 。 (3)E2= E1 。
3.守恒条件。物体系统内只有 重力 或 弹力 做功。 微判断2 1.物体的机械能一定是正值。( )2.只有重力做功,物体的机械能一定守恒。( )3.合力做功为零,物体的机械能一定守恒。( )
一 机械能守恒的理解和判断
重难归纳1.对机械能守恒的理解。机械能守恒是指系统内只有动能和势能相互转化,而没有其他形式能量(如内能)的转化,并且系统与外界没有任何能量转化。系统机械能守恒是指运动过程中的守恒,而不仅仅是指始末状态机械能不变。
(2)能量分析法(常用于多个物体组成的系统)。分析能量种类⇒系统中只有动能、重力势能、弹性势能的相互转化⇒系统机械能守恒
1.图甲中,各接触面光滑,A从B上端自由下滑的过程中,对A而言机械能守恒吗?对A、B组成的系统机械能守恒吗?提示:对A来说不守恒。B对A的弹力做负功,这个力对A来说是外力,A的机械能不守恒。对A、B组成的系统机械能守恒。只有重力和A、B间的弹力做功,A、B间的弹力是系统的内力,故A、B组成的系统机械能守恒。
2.图乙中,不计空气阻力,球在下落过程中,对小球而言机械能守恒吗?对球与弹簧组成的系统机械能守恒吗?提示:对球来说,在空中下落接触弹簧前,只有重力做功机械能守恒,在随弹簧一起下落至最低点过程中,弹簧的弹力对小球做负功,弹簧的弹力对小球而言是外力,所以小球机械能不守恒。但对弹簧和小球组成的系统,只有重力和弹力做功,弹力属于系统内力,故机械能守恒。
典例剖析【例1】 下列四个选项的图中,木块均在固定的斜面上运动,其中图A、B、C中的斜面是光滑的,图D中的斜面是粗糙的。图A、B中的F为木块所受的外力,方向如图中箭头所示,图A、B、D中的木块向下运动,图C中的木块向上运动。在四个图所示的运动过程中机械能守恒的是( )答案:C
解析:根据力的做功情况来判断机械能守恒的条件是物体系统内只有重力(弹力)做功。在图A、B中木块受三个力作用,即重力、支持力和外力F,因外力F做功,故机械能不守恒。图D中因有摩擦力做功,机械能亦不可能守恒。只有图C中除重力做功外,其他力不做功,故机械能守恒。
误区警示 判断机械能守恒的三点提醒(1)合力为零是物体处于平衡状态的条件。物体的合力为零时,它一定处于匀速运动状态或静止状态,但它的机械能不一定守恒。(2)合力做功为零是物体动能不变的条件。合力对物体不做功,它的动能一定不变,但它的机械能不一定守恒。(3)只有重力或系统内弹力做功是机械能守恒的条件。只有重力对物体做功时,物体的机械能一定守恒;只有重力或系统内弹力做功时,系统的机械能一定守恒。
学以致用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.甲图中,物体A将弹簧压缩的过程中,物体A的机械能守恒B.乙图中,物体A固定,物体B沿斜面匀速下滑,物体B的机械能守恒C.丙图中,不计任何阻力和定滑轮质量时,A加速下落,B加速上升过程中,A、B组成的系统机械能守恒D.丁图中,小球沿水平面做匀速圆锥摆运动时,小球的机械能守恒
解析:题图甲中重力和系统内弹力做功,物体A和弹簧组成的系统机械能守恒,但物体A的机械能不守恒,选项A错误。题图乙中物体B除受重力外,还受到弹力和摩擦力作用,弹力不做功,但摩擦力做负功,物体B的机械能不守恒,选项B错误。题图丙中绳子拉力对A做负功,对B做正功,代数和为零,A、B组成的系统机械能守恒,选项C正确。题图丁中小球的动能不变,势能不变,机械能守恒,选项D正确。
二 机械能守恒定律的应用
重难归纳1.机械能守恒定律的三种表达式。
2.运用机械能守恒定律的基本思路。
3.机械能守恒定律和动能定理的比较。
运动员将铅球以与水平方向成θ角斜向上抛出,若所受空气的阻力远小于其重力,那么:(1)铅球在空中运动过程中,能否看作机械能守恒?(2)若铅球被抛出时速度大小一定,与水平方向夹角θ不同,那么铅球落地时的速度大小相等吗?提示:(1)由于阻力远小于重力,可以认为铅球在空中运动过程中,只有重力做功,机械能守恒。(2)根据机械能守恒定律,落地时速度的大小与运动员将铅球抛出的方向无关,大小相等。
规律总结 机械能守恒定律是解答能量问题的基本方法之一,分析运动过程中物体的机械能是否守恒是解题的关键,在解决物体的运动问题时应优先考虑用能量方法,如曲线运动、含弹簧类运动问题等。应用时首先要对研究对象进行受力分析和运动分析,以确定在所研究的过程中机械能是否守恒,再选合适的表达式求解。应用机械能守恒定律求解多过程问题时可对全过程应用机械能守恒定律列式求解。
学以致用2.滑板运动是一种陆地上的“冲浪运动”,滑板运动员可在不同的滑坡上滑行。如图所示,是模拟的滑板组合滑行轨道,该轨道由足够长的斜直轨道、凹形圆弧轨道和半径R=1.6 m的凸形圆弧轨道组成,这三部分轨道处于同一竖直平面内且依次平滑连接,其中M点为凹形圆弧轨道的最低点,N点为凸形圆弧轨道的最高点,凸形圆弧轨道的圆心O点与M点处在同一水平面上。一质量为m=1 kg、可看成质点的滑板,从斜直轨道上的P点无初速度滑下,经过M点滑向N点,P点距M点所在水平面的高度h=1.8 m,不计一切阻力,g取10 m/s2。求:
(1)滑板滑到M点时的速度大小;(2)滑板滑到N点时对轨道的压力大小;(3)改变滑板无初速度下滑时距M点所在平面的高度h,用压力传感器测出滑板滑至N点时对轨道的压力大小为零,则P点与N点在竖直方向上的距离为多大?答案:(1)6 m/s(2)7.5 N(3)0.8 m
典例剖析【例3】 如图所示,质量分别为3 kg和5 kg的物体A、B,用轻绳连接跨在一个定滑轮两侧,轻绳正好拉直,且A物体底面与地接触,B物体距地面0.8 m,g取10 m/s2。求:(1)放开B物体,当B物体着地时A物体的速度;(2)B物体着地后A物体还能上升的高度。答案:(1)2 m/s (2)0.2 m
规律总结 1.系统机械能守恒时,内部的相互作用力分为两类:(1)刚体产生的弹力:如轻绳产生的弹力,斜面产生的弹力,轻杆产生的弹力等,这类弹力做功使机械能在相互作用的两物体间进行等量的转移,系统的机械能守恒。(2)类似弹簧产生的弹力:系统中有弹簧、弹性绳的弹力,在整个过程中弹力做功,弹性势能参与机械能的转化,只有包括弹簧在内的系统机械能才守恒。
2.对系统应用机械能守恒定律列方程的角度:(1)系统初态的机械能等于末态的机械能;(2)系统中某些物体减少的机械能等于其他物体增加的机械能。
1.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,机械能一定守恒答案:C解析:A项,势能不变,动能增加;B项,动能不变,势能增加;C项,只有重力做功,机械能守恒;D项,动能不变,势能减小。综上所述选项C正确。
2.(多选)如图所示,一轻质弹簧一端固定于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点无初速度地释放,让它自由摆下,不计空气阻力。在重物从A点摆向最低点B的过程中,下列说法正确的是( )A.重物的重力势能减小B.重物的动能增大C.重物的机械能不变D.重物的机械能减小答案:ABD
解析:重物从A点释放后,在从A点向 B点运动的过程中,重物的重力势能逐渐减小,动能逐渐增大,弹簧逐渐被拉长,即弹簧的弹性势能逐渐增大,所以,重物减少的重力势能一部分转化为重物的动能,另一部分转化为弹簧的弹性势能,对重物来说,它的机械能减小,故选项A、B、D正确。
4.如图所示,在高1.5 m的光滑平台上有一个质量为2 kg的小球被细线拴在墙上,球与墙之间有一根被压缩的轻质弹簧。当烧断细线时,小球被弹出,小球落地时的速度方向与水平方向成60°角,g取10 m/s2,则弹簧被压缩时具有的弹性势能为( )A.10 JB.15 JC.20 JD.25 J答案:A
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