高一物理沪科版必修2课件：4.2 研究机械能守恒定律

-1-4.2研究机械能守恒定律-2-4.2研究机械能守恒定律首页JICHUZHISHI基础知识ZHONGDIANNANDIAN重点难点SUITANGLIANXI随堂练习情境导入课程目标1.知道机械能守恒的条件,会根据机械能守恒的条件判断机械能是否守恒。2.学会验证机械能守恒的实验方法。3.从理论分析和推导中掌握机械能守恒定律。4.能够运用机械能守恒定律解决基本问题,并领会运用机械能守恒定律解决问题的优越性。-3-4.2研究机械能守恒定律JICHUZHISHI基础知识首页ZHONGDIANNANDIAN重点难点SUITANGLIANXI随堂练习一二三一、研究机械能守恒定律机械能:物体的动能(Ek)与势能(Ep)之和称为机械能(E),即E=Ek+Ep。思考机械能是矢量还是标量?有相对性吗?提示:机械能是标量。因为势能具有相对性,所以机械能也具有相对性。-4-4.2研究机械能守恒定律JICHUZHISHI基础知识首页ZHONGDIANNANDIAN重点难点SUITANGLIANXI随堂练习一二三二、分析论证:研究重锤自由下落过程中机械能是否守恒-5-4.2研究机械能守恒定律JICHUZHISHI基础知识首页ZHONGDIANNANDIAN重点难点SUITANGLIANXI随堂练习一二三三、机械能守恒定律1.定律的内容: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,即E=Ek+Ep=恒量。2.定律适用条件:只有重力做功或系统内弹力做功。3.表达式:ΔEk=-ΔEp或Ep1+Ek1=Ep2+Ek2。思考下面四幅图中,物块运动过程中机械能是否守恒呢?其中A、B、C斜面光滑,D斜面粗糙。提示:对于A、B选项,外力F对物体做功,机械能不守恒;C选项中木块只有重力做功,机械能守恒;D选项中有摩擦力做功,机械能也不守恒。-6-4.2研究机械能守恒定律ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究点一探究点二探究一对机械能及其守恒定律的理解●问题导引●蹦极运动是一项极具刺激的极限运动,它让参与者既能体会到自由下落的快感,又能感受失重、超重状态下的美妙,那么:(1)人跳离高台后开始下落,若忽略空气阻力,到弹性绳伸直以前,人的机械能是否守恒?(2)弹性绳逐渐伸长的过程中,人的机械能是否守恒?人与弹性绳总的机械能是否守恒?提示:(1)只有重力做功,机械能守恒;(2)不守恒,守恒。-7-4.2研究机械能守恒定律ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究点一探究点二●名师精讲●1.研究对象(1)当只有重力做功时,可取一个物体(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)。-8-4.2研究机械能守恒定律ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究点一探究点二2.机械能守恒定律表达式表达式物理意义E1=E2表示系统前、后的机械能相等ΔE=E2-E1=0表示系统的机械能没有变化ΔEk=-ΔEp表示系统增加的动能等于减少的势能ΔEp=-ΔEk表示系统增加的势能等于减少的动能ΔEA=-ΔEB表示物体A的机械能增加量等于物体B的机械能减少量ΔEB=-ΔEA表示B物体的机械能增加量等于A物体机械能的减少量-9-4.2研究机械能守恒定律ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究点一探究点二3.机械能守恒条件的理解(1)从能量转化的角度看,只有系统内动能和势能相互转化,无其他形式能量之间(如内能)的转化。(2)从系统做功的角度看,只有重力和系统内的弹力做功,具体表现在:做功条件例证只有重力(或弹簧弹力)所有做抛体运动的物体(不计空气阻力),机械能守恒只有重力和系统内的弹力做功(a)在图(a)中,小球在摆动过程中线的拉力不做功,如不计空气阻力,只有重力做功,小球的机械能守恒-10-4.2研究机械能守恒定律ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究点一探究点二(b)在图(b)中,A、B间,B与地面间摩擦不计,A自B上自由下滑过程中,只有重力和A、B间弹力做功,A、B组成的系统机械能守恒。但对B来说,A对B的弹力做功,但这个力对B来说是外力,B的机械能不守恒(c)在图(c)中,不计空气阻力,球在摆动过程中,只有重力和弹簧与球间的弹力做功,球与弹簧组成的系统机械能守恒,但对球来说,机械能不守恒-11-4.2研究机械能守恒定律ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究点一探究点二其他力做功,但做功的代数和为零如图所示A、B构成的系统,忽略绳的质量与滑轮间摩擦,在A向下、B向上运动过程中,FA和FB都做功,但WA+WB=0,不存在机械能与其他形式的能的转化,则A、B系统机械能守恒警示(1)机械能守恒的条件不是合力做的功等于零,也不是合力等于零。(2)对单个物体而言,从做功的力的特点去分析比较方便,对于某系统来说,从能量转化角度去分析相对比较简单。-12-4.2研究机械能守恒定律ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究点一探究点二【例题1】下列几种情况,物体或系统的机械能守恒的是()A.图甲中一颗在光滑的碗内做复杂的曲线运动的弹丸B.图乙中运动员在蹦床上越跳越高,运动员的机械能守恒C.图丙中小车上放一木块,小车的左侧由弹簧与墙壁相连。小车在左右振动时,木块相对于小车无滑动(车轮与地面摩擦不计),物块、小车组成的系统机械能守恒D.图丙中如果小车振动时,木块相对小车有滑动,物块、小车和弹簧组成的系统机械能守恒-13-4.2研究机械能守恒定律ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究点一探究点二点拨:(1)对单个物体而言,只有重力对它做功,机械能才守恒。(2)对某系统而言,机械能守恒的前提是只有重力做功或系统内部的弹力做功。解析:弹丸在碗内运动时,只有重力做功,故机械能守恒,A项正确;运动员越跳越高,说明有外力做功,运动员的机械能不断增加,B项错误;对于物块、小车组成的系统,在运动的过程中有弹簧的弹力做功,故物块、小车组成的系统机械能不守恒,但物块、小车和弹簧组成的系统机械能守恒,C项错误;系统运动过程中有滑动摩擦力做功,故系统机械能不守恒,D项错误。答案:A-14-4.2研究机械能守恒定律ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究点一探究点二题后反思(1)判断机械能是否守恒,关键看是否只有重力做功。机械能守恒常见的情况有:一是物体只受重力作用;二是物体虽然受到除重力以外的其他力作用,但其他力不做功或做功的代数和为零。(2)只有重力做功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。-15-4.2研究机械能守恒定律ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究点一探究点二探究二机械能守恒定律的应用●问题导引●礼花弹在上升到最高点的过程中,能量是怎样转化的呢?(不计空气阻力)提示:动能转化为重力势能。-16-4.2研究机械能守恒定律ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究点一探究点二●名师精讲●1.应用步骤(1)根据题意,选取研究对象(物体或系统)。(2)明确研究对象的运动过程,分析对象在过程中的受力情况,弄清各力做功情况,判断是否符合机械能守恒的条件。(3)恰当地选取参考平面,确定研究对象在过程的起始状态和末了状态的机械能(包括动能和重力势能)。(4)根据机械能守恒定律列方程,进行求解。-17-4.2研究机械能守恒定律ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究点一探究点二2.机械能守恒定律和动能定理的比较两大规律比较内容机械能守恒定律动能定理表达式E1=E2ΔEk=-ΔEpΔEA=-ΔEBW=ΔEk应用范围只有重力或弹力做功时无条件限制物理意义其他力(重力、弹力以外)所做的功是机械能变化的量度合外力对物体做的功是动能变化的量度关注角度守恒的条件和始末状态机械能的形式及大小动能的变化及改变动能的方式(合外力做功情况)-18-4.2研究机械能守恒定律ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究点一探究点二警示(1)除重力外还有其他力做功且做功不为零时,其他力做功数值等于机械能的变化量。(2)由于应用动能定理不需要满足什么条件,所以涉及功能关系问题时还是优先考虑动能定理。-19-4.2研究机械能守恒定律ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究点一探究点二【例题2】如图所示,在大型露天游乐场中翻滚过山车的质量为1000kg,从轨道一侧的顶点A处无初速释放,到达底部B处后又冲上环形轨道,使乘客头朝下通过C点,再沿环形轨道到达底部B处,最后冲上轨道另一侧的顶端D处,已知D与A在同一水平面。如果不考虑车与轨道间的摩擦和空气阻力,A、B间的高度差为20m,圆环半径为5m,g取10m/s2。试求:(1)过山车通过B点时的速度;(2)过山车通过C点时对圆环的压力;(3)过山车通过D点时的机械能。(以过B点的水平面为零势能面)点拨:过山车由A到B到C到D的整个过程中,只有重力做功,机械能守恒。可以根据机械能守恒定律求解。-20-4.2研究机械能守恒定律ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究点一探究点二解析:(1)取过B点的水平面为零势能面,由EA=EB得mgh=12𝑚𝑣𝐵2解得vB=20m/s。(2)过山车从A到C的过程有12𝑚𝑣𝐶2=mg(hAB-2R),解得vC=102m/s根据牛顿第二定律有F+mg=m𝑣𝐶2𝑅,解得F=3×104N根据牛顿第三定律,过山车对圆环的压力大小为3×104N,方向向上。(3)由机械能守恒定律可知,过山车在D点时的机械能等于在A点时的机械能,有ED=EA=mgh=1000×10×20J=2×105J。答案:(1)20m/s(2)3×104N(3)2×105J-21-4.2研究机械能守恒定律ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究点一探究点二题后反思(1)本题也可用动能定理求解。(2)无论直线运动还是曲线运动,动能定理和机械能守恒定律都可应用,都不必考虑中间过程,只需考虑始、末状态。(3)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。-22-4.2研究机械能守恒定律SUITANGLIANXI随堂练习首页JICHUZHISHI基础知识ZHONGDIANNANDIAN重点难点123451.下列说法正确的是()A.机械能守恒时,物体一定不受阻力B.机械能守恒时,物体一定只受重力和弹力作用C.物体处于平衡状态时,机械能必守恒D.物体所受的外力不等于零,其机械能也可以守恒解析:机械能守恒的条件是只有重力做功或系统内物体间的弹力做功。机械能守恒时,物体或系统可能不只受重力和弹力作用,也可能受其他力,但其他力不做功或做