高一物理能量守恒定律

2.1《能量守恒定律》教学目标•知识与能力：•（1）理解量守恒定律，能列举出量守恒定律的实例；•（2）理解“永动机”不能实现的原理。•（３）让学生初步学会运用量守恒定律计算一些简单的内能和机械能相互转化的问题。•（４）量守恒定律是自然科学的基本定律之一，应用量守恒的观点来分析物理现象、解决物理问题是很重要的物理思维方法。•二、重点、难点分析•1．重点内容是量守恒定律，强调量守恒定律是自然科学中最基本定律。•学习运用量守恒原理计算一些物理习题。•2．运用量守恒定律对具体的自然现象进行分析，说明能是怎样转化的，对学生来说是有难度的。•三、教具•幻灯、幻灯片，其内容是：•1．反映电能、机械能、化学能与内能相互转化的实例插图。•2．反映自然界各种形式能相互转化的实例插图。•3．历史上有人设计的“永动机”插图。对与一个与自然界无任何联系的系统来说,系统内各种形式的能量是可以相互转换的，但是不论如何转换，能量既不能产生，也不能消灭，这一结论叫做能量守恒定律.教学过程一能量守恒定律迈尔焦耳亥姆霍兹1.定义力对质点所作的功为力在质点位移方向的分量与位移大小的乘积.（功是标量，过程量）0d,900WrFWdcosd0d,18090WrFd二功0dd90WrFFrdiFirdB*i1dr*1A1F力的空间累积效应:WrF，动能定理.对积累BABArFrFWdcosd合力的功=分力的功的代数和iiiiWrFrFWddzFyFxFWzyxdddzyxcosFArBrrdro变力的功rFWddkzjyixrˆdˆdˆddkFjFiFFzyxˆˆˆ功的大小与参照系有关mN1J1功的单位tWP平均功率瞬时功率vFtWtWPtddlim0cosvFP功率的单位（瓦特）W10kW131sJ1W1下列各物理量中，与参照系有关的物理量是哪些？（不考虑相对论效应）1）质量2）动量3）冲量4）动能5）势能6）功讨论答：动量、动能、功.0dzmgWkzjyixrˆdˆdˆdd)(ABmgzmgzkmgFˆzmgrFWBAzzBAddABAzBzmgoxyz1）重力作功2保守力作功的计算0dxkxWikxFˆBABAxxxxxkxxFWdd)2121(22ABkxkxWAxBxFxo2）弹性力作功rrmmGFˆ'2BArrrmmGrFWdˆ'd23）万有引力作功以为参考系，的位置矢量为.rm'm)(tr)d(ttrrdmO'mAB对的万有引力为'mmm由点移动到点时作功为FAB)'()'(ABrmmGrmmGWBArrrrmmGWd'2BArrrmmGrFWdˆ'd2dr)(tr)d(ttrrdmO'mAB)(tr)d(ttrrd0d'2rrmmGWcos||1ˆrdrdr保守力:力所作的功与路径无关，仅决定于相互作用质点的始末相对位置.3保守力和非保守力)2121(22ABkxkxW)'()'(ABrmmGrmmGW)(ABmgzmgzW重力功弹力功引力功ABCD非保守力:力所作的功与路径有关.（例如摩擦力）物体沿闭合路径运动一周时,保守力对它所作的功等于零.0dlrFABCDADBACBrFrFdd三势能势能与物体间相互作用及相对位置有关的能量.P1p2p)(EEEW保守力的功弹性势能2p21kxE引力势能rmmGE'p重力势能mgzEp)2121(22ABkxkxW弹力功)'()'(ABrmmGrmmGW引力功)(ABmgzmgzW重力功势能具有相对性，势能大小与势能零点的选取有关.),,(ppzyxEE势能是状态函数0),,(pp0d),,(EzyxrFzyxE00pE令势能是属于系统的.讨论势能计算pp0p)(EEEW1质点的动能定理21222121vvmm)()(dvmdvrddtvmdrFW动能定理k1k2EEW合外力对质点所作的功,等于质点动能的增量.功和动能都与参考系有关；动能定理仅适用于惯性系.注意四动能定理功能原理dvvdcos||cos||vdv21dvvvvm质点系的动能定理质点系动能定理0kkinexEEWW1m2mimexiFiniF内力可以改变质点系的动能注意内力功外力功0kk0kkinexEEEEWWiiiiiiii对质点系，有0kkinexiiiiEEWW对第个质点，有i)()(0p0kpkinncexEEEEWW机械能pkEEE质点系动能定理0kkinexEEWW非保守力的功inncincinin)()(0pp0ppincEEEEWiiii0inncexEEWW质点系的功能原理质点系机械能的增量等于外力和非保守内力作功之和.2功能原理pkEE)(0pp0kkEEEE当0inncexWW0EE时，有)()(0p0kpkinncexEEEEWW功能原理3机械能守恒定律机械能守恒定律只有保守内力作功的情况下，质点系的机械能保持不变.守恒定律的意义不究过程细节而能对系统的状态下结论，这是各个守恒定律的特点和优点.如图的系统，物体A，B置于光滑的桌面上，物体A和C,B和D之间摩擦因数均不为零，首先用外力沿水平方向相向推压A和B，使弹簧压缩，后拆除外力，则A和B弹开过程中，对A、B、C、D组成的系统讨论（A）动量守恒，机械能守恒.（B）动量不守恒，机械能守恒.（C）动量不守恒，机械能不守恒.（D）动量守恒，机械能不一定守恒.DBCADBCAddddttrFsFrFWddMW21dMW力矩的功1力矩作功力的空间累积效应力的功,动能,动能定理.力矩的空间累积效应力矩的功,转动动能,动能定理.MtMtWPdddd2力矩的功率orvFxvFoxrtFrdd五刚体转动的动能定理21222121d21JJMW三转动动能221iiikmEv四刚体绕定轴转动的动能定理21dMW合外力矩对绕定轴转动的刚体所作的功等于刚体转动动能的增量.22221)(21Jrmiii2111ddddJtJvovo'ompTR圆锥摆子弹击入杆ov以子弹和杆为系统机械能不守恒.角动量守恒；动量不守恒；以子弹和沙袋为系统动量守恒；角动量守恒；机械能不守恒.圆锥摆系统动量不守恒；角动量守恒；机械能守恒.讨论子弹击入沙袋细绳质量不计例：一根质量为m，长为l的均匀细棒OA，可绕通过其一端的光滑轴O在竖直平面内转动，使棒从水平位置开始自由下摆，求细棒摆到竖直位置进其中心点C和端点A的速度。olmvcA质点运动刚体定轴转动速度角速度加速度角加速度力力矩质量m转动惯量动量角动量牛顿定律转动定律质点运动与刚体定轴转动对照dtrdv/dtd/vmPdtd/FMdmrJ2JLdtvda/amFdtPdFamFdtPdF质点运动刚体定轴转动动量定理角动量定理动能转动动能功力矩的功动能定理转动动能定理12JJdtM12vmvmdtF221mv221JrdFWdMW21222121vvmmW21222121JJW作业：预习题：略3.伽利略变换与洛仑兹变换的区别与联系？1.经典力学的时空观？2.爱因斯坦的两个基本假设？