高中物理 第7章 机械能守恒定律 第8节 机械能守恒定律课件 新人教版必修2.ppt

第8节机械能守恒定律 一 动能与势能的相互转化阅读教材第75 76页 动能与势能的相互转化 部分 结合图7 8 1和图7 8 2体会动能与势能之间的相互转化 1 重力势能与动能 只有重力做功时 若重力对物体做正功 则物体的重力势能 动能 转化成了动能 若重力做负功 则 转化为 减少 增加 重力势能 动能 重力势能 2 弹性势能与动能 只有弹簧弹力做功时 若弹力做正功 则弹簧弹性势能 物体的动能 转化为动能 减少 增加 弹性势能 3 机械能 1 定义 弹性势能和 的总称 表达式为e ek ep 2 机械能存在形式的改变 通过 或 做功 机械能可以从一种形式转化成另一种形式 重力势能 动能 重力 弹力 思维拓展 1 如图1所示 物体沿光滑斜面下滑 物体的重力势能如何变化 动能如何变化 当物体以某一初速度沿着光滑斜面上滑时 物体的重力势能如何变化 动能如何变化 图1 2 如图2所示 在光滑水平面上 被压缩的弹簧恢复原来形状的过程 弹性势能如何变化 弹出的物体的动能如何变化 当物体以某一初速度压缩弹簧时 弹性势能如何变化 物体的动能如何变化 图2 答案 1 下滑时 物体的高度降低了 重力势能减少 物体的速度增大了 即物体的动能增加 上滑时 物体的重力势能增加 动能减少 2 被压缩的弹簧恢复原来形状时 弹性势能减少 被弹出的物体的动能增加 当物体压缩弹簧时 弹性势能增加 物体的动能减少 二 机械能守恒定律阅读教材第76 77页 机械能守恒定律 部分 知道机械能守恒定律 初步了解机械能守恒的条件 1 推导如图3所示 物体沿光滑斜面从a滑到b 图3 1 由动能定理 wg 2 由重力做功与重力势能的关系 wg 由以上两式可得ek2 ek1 ep1 ep2 即ek2 ep2 ek1 ep1 结论 在只有 做功时 小球的机械能 ek2 ek1 ep1 ep2 重力 保持不变 2 内容 在只有 或 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 3 表达式 ek2 ep2 即e2 重力 弹力 保持不变 ek1 ep1 e1 思考判断 1 通过重力做功 可以实现动能与重力势能的相互转化 2 物体的机械能一定是正值 3 合力为零 物体的机械能一定守恒 4 合力做功为零 物体的机械能一定守恒 5 人乘电梯匀速上升的过程 机械能守恒 要点归纳 机械能守恒条件的理解 1 从能量特点看 系统内部只发生动能和势能的相互转化 无其他形式能量 如内能 之间转化 系统机械能守恒 2 从做功角度来看 只有重力做功或系统弹力做功 系统机械能守恒 具体表现为 精典示例 例1 2017 吉林高一检测 下列实例中的运动物体 机械能守恒的是 均不计空气阻力 a 被起重机吊起的货物正在加速上升b 物体水平抛出去c 物体沿粗糙斜面匀速下滑d 一个轻质弹簧上端固定 下端系一重物 重物沿竖直方向做上下振动 思路探究 1 机械能守恒的条件是 系统内只有 或 做功 2 做匀速直线运动的物体的机械能是一定守恒 还是一定不守恒 提示 1 重力弹力 2 做匀速直线运动的物体的动能不变 若势能不变 则机械能守恒 若势能变化 则机械能不守恒 解析起重机吊起货物做匀加速上升运动 起重机对物体做正功 机械能增加 故a错误 平抛运动只有重力做功 机械能守恒 故b正确 沿着粗糙斜面 斜面固定不动 匀速下滑的物体 摩擦力做负功 机械能减少 故不守恒 故c错误 轻质弹簧上端悬挂 重物系在弹簧的下端做上下振动过程中只有重力和系统内弹力做功 故系统机械能守恒 但物体机械能不守恒 故d错误 答案b 针对训练1 多选 如图4所示 弹簧固定在地面上 一小球从它的正上方a处自由下落 到达b处开始与弹簧接触 到达c处速度为0 不计空气阻力 则在小球从b到c的过程中 图4 a 弹簧的弹性势能不断增大b 弹簧的弹性势能不断减小c 小球和弹簧组成的系统机械能不断减小d 小球和弹簧组成的系统机械能保持不变 解析从b到c 小球克服弹力做功 弹簧的弹性势能不断增加 a正确 b错误 对小球 弹簧组成的系统 只有重力和系统内弹力做功 系统机械能守恒 c错误 d正确 答案ad 要点归纳 机械能守恒定律的应用 1 机械能守恒定律的不同表达式 2 应用机械能守恒定律的解题步骤 精典示例 例2 如图5所示 质量m 2kg的小球用长l 1 05m的轻质细绳悬挂在距水平地面高h 6 05m的o点 现将细绳拉直至水平状态 自a点无初速度释放小球 运动至悬点o的正下方b点时细绳恰好断裂 接着小球做平抛运动 落至水平地面上c点 不计空气阻力 重力加速度g取10m s2 求 图5 1 细绳能承受的最大拉力 2 细绳断裂后小球在空中运动所用的时间 3 小球落地瞬间速度的大小 答案 1 60n 2 1s 3 11m s 针对训练2 如图6所示 质量为m的物体 以某一初速度从a点向下沿光滑的轨道运动 不计空气阻力 若物体通过轨道最低点b时的速度为 求 图6 1 物体在a点时的速度大小 2 物体离开c点后还能上升多高 要点归纳 多个物体组成的系统机械能守恒问题 多个物体组成的系统机械能守恒问题的解题思路 1 首先分析多个物体组成的系统所受的外力是否只有重力或弹力做功 内力是否造成了机械能与其他形式能的转化 从而判断系统机械能是否守恒 2 若系统机械能守恒 则机械能从一个物体转移到另一个物体 e1 e2 一个物体机械能增加 则一定有另一个物体机械能减少 精典示例 例3 如图7所示 可视为质点的小球a b用不可伸长的细软轻线连接 跨过固定在地面上半径为r的光滑圆柱 a的质量为b的两倍 当b位于地面时 a恰与圆柱轴心等高 将a由静止释放 b上升的最大高度是 图7 答案c 针对训练3 如图8所示 轻绳连接a b两物体 a物体悬在空中距地面h高处 b物体放在水平面上 若a物体质量是b物体质量的2倍 不计一切摩擦 由静止释放a物体 以地面为零势能参考面 当a的动能与其重力势能相等时 a距地面的高度是 图8 答案b 1 机械能守恒的判断 多选 图9各图中机械能守恒的是 图9 a 甲图中 物体a将弹簧压缩的过程中 a机械能守恒b 乙图中 在大小等于摩擦力的拉力下沿斜面下滑时 物体b机械能守恒c 丙图中 不计任何阻力时a加速下落 b加速上升过程中 a b机械能守恒d 丁图中 小球沿水平面做匀速圆周运动时 小球的机械能守恒 解析甲图中重力和弹力做功 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 a错 乙图中物体b除受重力外 还受弹力 拉力 摩擦力 但除重力之外的三个力做功代数和为零 机械能守恒 b对 丙图中绳子张力对a做负功 对b做正功 代数和为零 a b机械能守恒 c对 丁图中动能不变 势能不变 机械能守恒 d对 答案bcd 2 重力势能和动能的转化 2017 南阳高一检 多选 两个质量不同的小铁块a和b 分别从高度相同的都是光滑的斜面和圆弧面的顶点滑向底部 如图10所示 如果它们的初速度都为0 则下列说法正确的是 图10 a 下滑过程中重力所做的功相等b 它们到达底部时动能相等c 它们到达底部时速率相等d 它们在最高点时的机械能和它们到达最低点时的机械能大小各自相等 答案cd 3 重力势能 弹性势能和动能的转化 2017 泉州高一检测 多选 如图11所示 一轻弹簧固定于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点无初速度释放 让它自由摆下 不计空气阻力 在重物由a点摆向最低点b的过程中 下列说法正确的是 图11 a 重物的机械能守恒b 重物的机械能减少c 重物的重力势能与弹簧的弹性势能之和不变d 重物与弹簧组成的系统机械能守恒 解析重物由a点下摆到b点的过程中 弹簧被拉长 弹簧的弹力对重物做了负功 所以重物的机械能减少 故a错误 b正确 此过程中 由于只有重力和弹簧的弹力做功 所以重物与弹簧组成的系统机械能守恒 即重物减少的重力势能等于重物获得的动能与弹簧的弹性势能之和 故c错误 d正确 答案bd 4 物体机械能守恒的判断 多选 如图12所示 在两个质量分别为m和2m的小球a和b之间 用一根长为l的轻杆连接 杆的质量不计 两小球可绕穿过杆中心o的水平轴无摩擦地转动 现让轻杆处于水平位置 然后无初速度释放 重球b向下 轻球a向上 产生转动 在杆转至竖直的过程中 图12 a b球的重力势能减少 动能增加b a球的重力势能增加 动能增加c a球和b球的总机械能守恒d a球和b球的总机械能不守恒 解析a b两球组成的系统中 只存在动能和重力势能的相互转化 系统的机械能守恒 选项c正确 d错误 其中a球的动能和重力势能均增加 机械能增加 轻杆对a球做正功 b球的重力势能减少 动能增加 总的机械能减少 轻杆对b球做负功 选项a b正确 答案abc 5 机械能守恒定律的应用 在某娱乐节目中 选手需要借助悬挂在高处的绳