202X学年高考物理主题二机械能及其守恒定律2.4机械能守恒定律课件粤教版VIP

1、2.4机械能守恒定律机械能守恒定律学习目标学习目标核心提炼核心提炼1.知道什么是机械能，理解物体动能和势知道什么是机械能，理解物体动能和势能的相互转化。能的相互转化。1个概念个概念机械能机械能1个定律个定律机械能守恒定律机械能守恒定律1个条件个条件机械能守恒定律的条件机械能守恒定律的条件1个应用个应用应用机械能守恒定律分应用机械能守恒定律分析生活和生产中的有关问题析生活和生产中的有关问题2.理解机械能守恒定律的内容和守恒条件。理解机械能守恒定律的内容和守恒条件。3.能用机械能守恒定律分析生活和生产中能用机械能守恒定律分析生活和生产中的有关问题。的有关问题。观图助学观图助学如图是摆动着的小球，不

2、计空气阻力，试问：小球在摆动过程中是什么能与什么能如图是摆动着的小球，不计空气阻力，试问：小球在摆动过程中是什么能与什么能的转化？从左、右两边摆动的最高点可以发现这两种能的总和有什么规律？向上摆的转化？从左、右两边摆动的最高点可以发现这两种能的总和有什么规律？向上摆动的过程呢？动的过程呢？1.动能与势能的相互转化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，假设重力做正功，那么动能与重力势能间的转化：只有重力做功时，假设重力做正功，那么_转化为转化为_；假设重力做负功，那么；假设重力做负功，那么_转化为转化为_。(2)动能与弹性势能间的转化：只有弹力做功时，假设弹力做正功，

3、那么动能与弹性势能间的转化：只有弹力做功时，假设弹力做正功，那么_转化为转化为_ ；假设弹力做负功，那么；假设弹力做负功，那么_转化为转化为_。2.机械能机械能(1)定义：定义：_和和_(包括重力势能和弹性势能包括重力势能和弹性势能)的统称，表达式为的统称，表达式为EEkEp。(2)机械能是状态量，是机械能是状态量，是_量，没有方向但有正负之分。量，没有方向但有正负之分。重力势能重力势能动能动能动能动能重力势能重力势能弹性势能弹性势能动能动能动能动能弹性势能弹性势能动能动能势能势能标标3.机械能守恒定律机械能守恒定律(1)内容：在只有内容：在只有_做功的情形下，物体的动能与重力势能发生相互转化

4、，而做功的情形下，物体的动能与重力势能发生相互转化，而机械能的总量机械能的总量_。(2)守恒定律表达式守恒定律表达式Ek2Ep2 _，即，即E2 _。重力重力保持不变保持不变Ek1Ep1E1理解概念理解概念判断以下说法是否正确。判断以下说法是否正确。(1)只有重力做功时，重力势能只能与动能相互转化。只有重力做功时，重力势能只能与动能相互转化。( )(2)机械能守恒时，物体一定只受重力和弹力作用。机械能守恒时，物体一定只受重力和弹力作用。( )(3)合力为零，物体的机械能一定守恒。合力为零，物体的机械能一定守恒。( )(4)合力做功为零，物体的机械能保持不变。合力做功为零，物体的机械能保持不变。

5、( )(5)只有重力做功时，物体的机械能一定守恒。只有重力做功时，物体的机械能一定守恒。( )机械能守恒条件的理解机械能守恒条件的理解观察探究观察探究如图如图1所示，过山车由高处在关闭发动机的情况下飞奔而所示，过山车由高处在关闭发动机的情况下飞奔而下。下。图图1(1)过山车受哪些力作用？各做什么功？过山车受哪些力作用？各做什么功？(2)过山车下滑时，动能和势能怎么变化？两种能的和不变过山车下滑时，动能和势能怎么变化？两种能的和不变吗？吗？(3)假设忽略过山车的摩擦力和空气阻力，过山车下滑时机假设忽略过山车的摩擦力和空气阻力，过山车下滑时机械能守恒吗？械能守恒吗？答案答案(1)重力、支持力、摩擦

6、力和空气阻力。重力做正功，支持力不做功，摩擦重力、支持力、摩擦力和空气阻力。重力做正功，支持力不做功，摩擦力和空气阻力做负功。力和空气阻力做负功。(2)动能增加、势能减小，因为摩擦阻力和空气阻力做负功，所以动能和势能的和动能增加、势能减小，因为摩擦阻力和空气阻力做负功，所以动能和势能的和变小。变小。(3)守恒。守恒。探究归纳探究归纳机械能守恒条件的理解机械能守恒条件的理解1.从能量特点看：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(如内能如内能)之间转化，系统机械能守恒。之间转化，系统机械能守恒。2.从做功角度来看：从做功

7、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：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：(1)物体只受重力或系统内弹力作用；物体只受重力或系统内弹力作用；(2)除重力和系统内弹力外，其他力不做功；除重力和系统内弹力外，其他力不做功；(3)除重力和系统内弹力外，其他力做功的代数和为零。除重力和系统内弹力外，其他力做功的代数和为零。3.从机械能的定义看：从机械能的定义看：根据动能与势能之和是否变化判断机械能是否守恒，如一个物根据动能与势能之和是否变化判断机械能是否守恒，如一个物体沿水平方向匀速运动时，动能和势能之和不变，机械能守恒；但沿竖直方向匀速体沿水平方向匀速

8、运动时，动能和势能之和不变，机械能守恒；但沿竖直方向匀速运动时，动能不变，势能变化，机械能不守恒。运动时，动能不变，势能变化，机械能不守恒。试题案例试题案例例例1 (多项选择多项选择)不计空气阻力，以下说法中正确的选项是不计空气阻力，以下说法中正确的选项是()A.用绳子拉着物体匀速上升，只有重力和绳子的拉力对物体做功，机械能守恒用绳子拉着物体匀速上升，只有重力和绳子的拉力对物体做功，机械能守恒B.做竖直上抛运动的物体，只有重力对它做功，机械能守恒做竖直上抛运动的物体，只有重力对它做功，机械能守恒C.沿光滑斜面自由下滑的物体，只有重力对物体做功，机械能守恒沿光滑斜面自由下滑的物体，只有重力对物体

9、做功，机械能守恒D.用水平拉力使物体沿光滑水平面做匀加速直线运动，机械能守恒用水平拉力使物体沿光滑水平面做匀加速直线运动，机械能守恒解析选项解析选项A中，有绳的拉力对物体做功，所以机械能不守恒，选项中，有绳的拉力对物体做功，所以机械能不守恒，选项A错误；选项错误；选项B中，竖直上抛的物体，只有重力做功，机械能守恒，选项中，竖直上抛的物体，只有重力做功，机械能守恒，选项B错误；选项错误；选项C中，物体中，物体除受重力作用外还受斜面支持力作用，但支持力不做功，机械能守恒，选项除受重力作用外还受斜面支持力作用，但支持力不做功，机械能守恒，选项C正确；正确；选项选项D分析同选项分析同选项A，因此也是错

10、误的。，因此也是错误的。答案答案BC机械能守恒的判断方法机械能守恒的判断方法(1)做功条件分析：只有重力和系统内弹力做功，其他力不做功。做功条件分析：只有重力和系统内弹力做功，其他力不做功。(2)能量转化分析法：系统内只有动能、重力势能及弹性势能间相互转化，即能量转化分析法：系统内只有动能、重力势能及弹性势能间相互转化，即系统内只有物体间的机械能相互转移，那么机械能守恒。系统内只有物体间的机械能相互转移，那么机械能守恒。(3)定义判断法，如物体沿竖直方向或沿斜面匀速运动时，动能不变，势能变定义判断法，如物体沿竖直方向或沿斜面匀速运动时，动能不变，势能变化，机械能不守恒。化，机械能不守恒。针对训

11、练针对训练1 (多项选择多项选择)如图如图2所示，弹簧固定在地面上，一小球从所示，弹簧固定在地面上，一小球从它的正上方它的正上方A处自由下落，到达处自由下落，到达B处开场与弹簧接触，到达处开场与弹簧接触，到达C处速处速度为度为0，不计空气阻力，那么在小球从，不计空气阻力，那么在小球从B到到C的过程中的过程中()A.弹簧的弹性势能不断增加弹簧的弹性势能不断增加B.弹簧的弹性势能不断减少弹簧的弹性势能不断减少C.小球和弹簧组成的系统机械能不断减少小球和弹簧组成的系统机械能不断减少D.小球和弹簧组成的系统机械能保持不变小球和弹簧组成的系统机械能保持不变解析从解析从B到到C，小球抑制弹力做功，弹簧的弹

12、性势能不断增加，小球抑制弹力做功，弹簧的弹性势能不断增加，A正确，正确，B错误；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，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，错误，D正确。正确。答案答案AD图图2机械能守恒定律的应用机械能守恒定律的应用要点归纳要点归纳1.机械能守恒定律的应用步骤机械能守恒定律的应用步骤首先对研究对象进展正确的受力分析，判断各个力是否做功，并分析是否符合机械首先对研究对象进展正确的受力分析，判断各个力是否做功，并分析是否符合机械能守恒的条件。假设机械能守恒，那么根据机械能守恒定律列出方程，或再辅以其能守恒的条件

13、。假设机械能守恒，那么根据机械能守恒定律列出方程，或再辅以其他方程进展求解。他方程进展求解。2.机械能守恒定律常用的三种表达式机械能守恒定律常用的三种表达式(1)从不同状态看：从不同状态看：Ek1Ep1Ek2Ep2(或或E1E2)此式表示系统的两个状态的机械能总量相等。此式表示系统的两个状态的机械能总量相等。(2)从能的转化角度看：从能的转化角度看：EkEp此式表示系统动能的增加此式表示系统动能的增加(减少减少)量等于势能的减少量等于势能的减少(增加增加)量。量。(3)从能的转移角度看：从能的转移角度看：EA增增EB减。减。此式表示系统此式表示系统A局部机械能的增加量等于系统局部机械能的增加量

14、等于系统B局部机械能的减少量。局部机械能的减少量。试题案例试题案例例例2 (2021惠州高一检测惠州高一检测)如图如图3所示，质量所示，质量m70 kg的运发动以的运发动以10 m/s的速度从高的速度从高h10 m的滑雪场的滑雪场A点沿斜坡自由滑下，以最低点点沿斜坡自由滑下，以最低点B所在的水平面为零势能面，一切所在的水平面为零势能面，一切阻力可忽略不计阻力可忽略不计(g10 m/s2)。求运发动：。求运发动：图图3(1)在在A点时的机械能；点时的机械能；(2)到达最低点到达最低点B时的速度大小；时的速度大小；(3)相对于相对于B点能到达的最大高度。点能到达的最大高度。针对训练针对训练2 某游

15、乐场过山车模型简化为如图某游乐场过山车模型简化为如图4所示，光滑的过山车轨道位于竖直平面所示，光滑的过山车轨道位于竖直平面内，该轨道由一段斜轨道和与之相切的圆形轨道连接而成，圆形轨道的半径为内，该轨道由一段斜轨道和与之相切的圆形轨道连接而成，圆形轨道的半径为R，可视为质点的过山车从斜轨道上某处由静止开场下滑，然后沿圆形轨道运动。可视为质点的过山车从斜轨道上某处由静止开场下滑，然后沿圆形轨道运动。图图4(1)假设要求过山车能通过圆形轨道最高点，那么过山车初始位置相对于圆形轨道假设要求过山车能通过圆形轨道最高点，那么过山车初始位置相对于圆形轨道底部的高度至少要多少？底部的高度至少要多少？(2)考虑

16、到游客的平安，要求全过程游客受到的支持力不超过自身重力的考虑到游客的平安，要求全过程游客受到的支持力不超过自身重力的7倍，过山倍，过山车初始位置相对于圆形轨道底部的高度不得超过多少？车初始位置相对于圆形轨道底部的高度不得超过多少？答案答案(1)2.5R(2)3R找准角度，灵活选用机械能守恒定律的表达式解题找准角度，灵活选用机械能守恒定律的表达式解题1.从守恒的角度来看，系统初、末两个状态的机械能相等，表达式为从守恒的角度来看，系统初、末两个状态的机械能相等，表达式为E初初E末。选用末。选用这个表达式时，要注意选择适宜的零势能参考平面，并说明其位置。这个表达式时，要注意选择适宜的零势能参考平面，

17、并说明其位置。2.从能量转化的角度来看，动能的增加量等于势能的减少量或动能的减少量等于势能从能量转化的角度来看，动能的增加量等于势能的减少量或动能的减少量等于势能的增加量，表达式为的增加量，表达式为EkEp。这个表达式的优点是不用选择零势能参考平面，而且解决多个物体组成的系统机械这个表达式的优点是不用选择零势能参考平面，而且解决多个物体组成的系统机械能守恒问题很方便。能守恒问题很方便。3.从能量转移的角度来看，从能量转移的角度来看，A物体机械能的增加量等于物体机械能的增加量等于B物体机械能的减少量，表达物体机械能的减少量，表达式为式为EA增增EB减。减。这个表达式常用于解决两个或多个物体组成的系统的机械能守恒问题。这个表达式常用于解决两个或多个物体组成的系统的机械能