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第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 情景切入 自然界存在各种不同形式的能量机械能(动能和势 能)、内能、电能、化学能、核能等等，各种不同形式的能 量可以相互转化，在转化过程中遵从能量守恒这个基本原 理(如图)，这一章我们将探究动能、势能及其相互转化的 规律 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 知识导航 前面我们学习了运用牛顿运动定律和运动学知识来解 决力学问题的方法，本章引入了功和能(动能、势能)等重 要物理量和动能定理、机械能守恒定律等重要规律，为我 们解决力学问题开辟了新的途径 功和能的概念是物理学中的重要概念，能的转化和守 恒定律是自然界最基本的客观规律，功和能的转化关系不 仅为解决力学问题开辟了一条重要途径能量观点，同 时它也是分析解决电磁学、热学等领域中问题的重要依据 ，因此本章内容在整个物理学中占有重要地位 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 本章第1节节追寻寻守恒量，既展示了能量概念的发发展过过 程，又介绍绍了科学研究和发发展的一个重要方向第2、3节节 主要学习习做功多少、做功快慢的决定性因素及应应用第4 、5 节节通过过重力做功的讨论讨论 得出重力势势能的概念并进进一 步探究弹弹性势势能的决定性因素第6、7节节探究、学习动习动 能 及动动能定理第8、9、10节节学习习、验证验证 机械能守恒定律， 并拓展到能量守恒定律 本章的重点是功、功率、动动能、势势能的概念及其动动能 定理，机械能守恒定律两个重要规规律；难难点是动动能定理和 机械能守恒定律在各种不同情况下的具体应应用 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 学法指导 1科学探究是物理学中的重要研究手段，在本章的学 习中同学们应结合教材中的探究内容，通过亲自动手做实 验体验探究过程的曲折和乐趣，提高探究过程中的学习质 量，增强对科学探究的理解，逐步提高自己科学探究的能 力 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 2逐步加深理解功和能的概念及功能关系，是学习习 本章教材的基本线线索做功的过过程是能量转转化的过过程，不 同形式能量之间间的转转化只有通过过做功才能实现实现 ，动动能和 重力势势能的定量表达式就是按照这这一思路通过过探究来确定 的同学们们如果能够结够结 合具体问题问题 逐步理解这这一线线索， 不但有助于把这这一章知识识融会贯贯通，而且有助于同学们们今 后从能量的角度学习习其他部分知识识 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 3解决力学问题问题 ，同学们们往往习惯习惯 于运用牛顿顿运动动 定律和运动动学知识识解决，以为这样为这样 具体可信，而不习惯习惯 于从能量的观观点和守恒的思想来分析，但是从本章学习过习过 能量之后同学们们会发现发现 从能量的观观点来分析和解决，往往 会给给力学问题问题 的解决带带来很大的方便，因此从本章起同学 们应们应 注意培养自己从能量的观观点分析、解决问题问题 的能力. 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 *知道能量的概念 *理解动能和势能的概念与意义 * 了解日常生活中能量转化的事例，培养热 爱生活的情趣 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 荡荡秋千是一种常见见的娱乐娱乐 活动动(见见下图图)如果空气阻 力和秋千各部分的摩擦力可以忽略，秋千就会不停地摆动摆动 下去，这说这说 明秋千在运动过动过 程当中有一个保持不变变的“东东 西”，你认为这认为这 个“东东西”是什么？ 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 1如下图图所示，若不计计摩擦阻力，小球从斜面A某一 高度滚滚下，无论论斜面B比斜面A陡些或缓缓些，小球总总会 _，该该点高度与它出发时发时 的_ 在物理学中，把这这一事实说实说 成是_，并 且把这这个量叫做_简简称_ 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 2如下图图所示，相互作用的物体凭借其_而 具有的能量叫做_ 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 3如下图图所示物体由于_而具有的能量叫做 _ 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 4下图图表示撑杆跳运动动的几个阶阶段：助跑、撑杆起 跳、越横杆试试定性地说说明在这这几个阶阶段中能量的转转化情 况 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 答案：1.在B斜面的某点停下来 高度相同 有某一量 是守恒的 能量 能 2位置 势能 3运动 动能 4化学能动能重力势能动能 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 (1)一个物体如果具备备了对对外做功的本领领我们们就说这说这 个物体具有能量 (2)能量是个状态态量，是标标量，和物体的某一状态对态对 应应. 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 (1)由物体间的相互作用力和物体间的相对位置决定的 能量叫做势能如：重力势能，弹性势能，分子势能，电 势能等 (2)势能是能量的一种具体形式，是标量 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 相同的弹簧伸长量越大，弹簧的弹性势能越大在同 一个弹簧秤下分别挂5N和3N的物体时，弹簧秤上弹簧具有 的弹性势能( ) A两次具有相同的弹性势能 B第一次比第二次的弹性势能大 C第一次比第二次的弹性势能小 D无法比较其大小 答案：B 解析：弹簧受的外力越大，弹簧伸长量越大，所以弹 性势能越大. 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 (1)物体由于运动而具有的能量叫动能，如：流动的水( 如下图甲所示)，吹来的风即流动的空气(如下图乙所示)， 运转的天体，绕原子核旋转的电子等都具有动能 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 (2)动能与物体的质量和速度有着密切的联系 (3)和物体运动过程中某一状态相对应，是标量，并且 总为正值 (4)一切运动物体都具有动能，大到天体小到微观粒子 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 古代战争中常用滚木和檑石作为武器来阻止敌人的进 攻，你能用所学的知识说明其中的科学道理吗？这种战术 适用于哪种情况？怎样才能使杀伤力更大？为什么？ 答案：滚滚木和檑石的重力势势能转转化为动为动 能，利用其 动动能来杀伤敌杀伤敌 人；这这种战术战术 适用于据高防守；提高其高 度、增大其质质量才有更大的杀伤杀伤 力动动能越大，作用效果 越强. 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 (1)自然界在千变万化的过程中，存在着一些守恒量， 它是自然界在变化过程中隐藏于现象中的一个反映其本质 的物理量 (2)寻找守恒量必须讲究科学的方法：如观察此消彼长 的物理量、研究其相互的关系、科学构思巧妙的实验、精 确地论证推理和计算等 (3)寻找守恒量需要大量富有创造性地艰苦细致的工作 和坚韧不拔的毅力及持之以恒的精神 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 伽利略的斜面实验实验 反映了一个重要的事实实：如果空气 阻力和摩擦力小到可以忽略，小球必将准确地终终止于同它 开始点相同高度的点，决不会更高一点，也不会更低一点 这说这说 明，小球在运动过动过 程中有一个“东东西”是不变变的， 这这个“东东西”应应是( ) A弹弹力 B势势能 C速度 D能量 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 解析：在伽利略的斜面实验中，小球从一个斜面滚到 另一个斜面，斜面弹力是不同的，势能先减小后增大，速 度先增大后减小，所以A、B、C错，不变的“东西”应是能 量，包括动能和势能，D对 答案：D 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 点评：伽利略的理想实验为能量概念的建立和能量守 恒定律的发现奠定了良好的基础，这也正是这一实验的重 大意义所在 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 在伽利略实验实验 中，如果空气阻力和摩擦阻力不能忽略 ，人们们要寻寻找的守恒量还还存在吗吗？(如图图所示) 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 答案：通过实验不难发现，在伽利略实验中有空气阻 力的情况下，小球滚上B斜面高度减小了，因此与物体上 升的高度对应的重力势能减小了，能量看起来不再守恒 由此引发两方面的思考：其一，物体系统减少的能量哪儿 去了，是消失了吗？其二，如果没有消失，它转化为哪种 形式出现？球减少的重力势能是否等量地以另一种形式出 现？若球减少的重力势能以另外的形式等量出现，则能量 仍是守恒的 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 联联系所学过过的知识识和生活中的经验经验 知道，球在运动动 过过程中有摩擦便会产产生热热，与物体的高度、速率对应对应 的机 械能有一部分转转化为为大量分子组组成的系统统的热热运动动 设计设计 精确的实验实验 ，收集测测量这这部分热热能，便可以验验 证证守恒量的存在. 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 试试分析下列事例中能量转转化的情况： 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 解析：对过山车来说，从最高处向最低处运动时，高 度在减小，势能在减少，同时其速度在增大，动能在增加 ；对下落的果实来讲，其能量转化情况与过山车的情景相 似；对斜抛物体来说，斜向上运动阶段，高度增大，速度 减小，动能转化为势能；斜向下运动阶段，高度减小，速 度增大，势能又转化为动能 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 答案：a.过山车从高处到低处势能减少，动能增加， 势能转化为动能；从低处到高处速度减小，高度增大，动 能减少，势能增加，动能转化为势能 b下落的果实：果实的势能转化为动能 c斜抛的物体：斜向上运动过程，动能转化为势能； 斜向下运动过程，势能转化为动能 点评：本题主要突出动能和势能可以相互转化，体现 转化过程中的守恒问题 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 2008年北京奥运会上，我国射箭运动员动员 在比赛赛中屡 屡获胜获胜 如图图所示，请请你分析一下在射箭过过程中能量是如 何转转化的？ 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 答案：在射箭过程中，运动员将弓拉开的过程，是把 人体的生物能转化为弓的弹性势能把箭射出的过程，是 将弓的弹性势能转化为箭的动能. 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 下图图是上海“明珠线线”某车车站的设计设计 方案由于站台建 得稍高，电车进电车进 站时时要上坡，出站时时要下坡忽略斜坡的 摩擦力，你能分析这这种设计设计 的优优点吗吗？ 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 解析：电车进站前虽关闭了电动机，但仍具有动能， 可使电车爬上斜坡，这是将动能转化为势能储存出站时 ，电车可利用斜坡再将势能转化成动能可见，这种设计 方案可以节约电能 答案：这样设计这样设计 的主要优优点在于节约电节约电 能 点评：能量具有多种形式，能量能够进行转移，不同 形式地能量之间还可以进行转化在转化和转移的过程中 ，能量的总量虽保持不变，但不同形式能量的特征是不同 的我们要想方设法使能量朝有利于人类的方向转化 第七章 机械能守恒定律 人 教 版 物 理 2004年12月26日，国际标际标 准时间时间 00：58：50，一股 压压抑许许久的“怒气”从印度洋深处处狂躁地迸发发而出，里氏 9.0级级(美国地震局测测定)地震劈开周围围的海水，形成一道道 相距百十公里的弧形水幕，以每小时时800公里的起始速度排 山倒海般向四周袭袭去 巨浪呼啸啸，以摧枯拉朽之势势，越过过海岸线线，越过过田野 ，迅猛地袭击袭击 着岸边边的城市和村庄，瞬时时人们们都消失在巨 浪之中