202X学年高中物理第2章能的转化与守恒第3节第2课时能量守恒定律课件鲁科版必修2

1、第2课时能量守恒定律学习目标学习目标核心提炼核心提炼1.知道机械能的概念，并会求机械能。知道机械能的概念，并会求机械能。2.理解机械能守恒定律及其适用条件、表达式。理解机械能守恒定律及其适用条件、表达式。3.会用机械能守恒定律分析解答问题。会用机械能守恒定律分析解答问题。4.理解能量守恒定律及其表达式。理解能量守恒定律及其表达式。1个概念个概念机械能机械能1个条件个条件机械能守恒条件机械能守恒条件2个定律个定律机械能守恒定律、能机械能守恒定律、能量守恒定律量守恒定律一、机械能守恒定律一、机械能守恒定律阅读教材第阅读教材第3435页页“机械能守恒定律局部，知道机械能的概念，会利用自由落机械能守恒

2、定律局部，知道机械能的概念，会利用自由落体运动推导机械能守恒定律的表达式。体运动推导机械能守恒定律的表达式。1.机械能：物体的机械能：物体的_和和_之和。之和。2.推导：如图推导：如图1所示，如果物体只在重力作用下自由下落，重力做的功设为所示，如果物体只在重力作用下自由下落，重力做的功设为WG，由重，由重力做功和重力势能的变化关系可知力做功和重力势能的变化关系可知WGmg(h1h2)Ep1Ep2。动能动能势能势能图图1由机械能的定义得由机械能的定义得Ek1Ep1Ek2Ep2。3.内容：内容：在只有重力做功的情况下，物体的动能和重力势能可以发生在只有重力做功的情况下，物体的动能和重力势能可以发生

3、_，但机械能的总量，但机械能的总量_。4.条件：条件：只有只有_对物体做功，与运动方向和轨迹的曲、直无关。对物体做功，与运动方向和轨迹的曲、直无关。相互转化相互转化保持不变保持不变重力重力5.表达式：表达式：Ek增增思维拓展思维拓展(1)如图如图2所示，大型的过山车在轨道上翻转而过。过山车从最低点到达最高点时，所示，大型的过山车在轨道上翻转而过。过山车从最低点到达最高点时，动能和势能怎样变化？忽略与轨道摩擦和空气阻力，机械能是否守恒？动能和势能怎样变化？忽略与轨道摩擦和空气阻力，机械能是否守恒？图图2(2)如图如图3所示，在光滑水平面上，被压缩的弹簧恢复原来形状的过程，弹性势能如何所示，在光滑

4、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？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？变化，物体的动能如何变化？图图3答案答案(1)动能减少，重力势能增加，忽略与轨道摩擦和空气阻力，过山车机械能守恒。动能减少，重力势能增加，忽略与轨道摩擦和空气阻力，过山车机械能守恒。(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

5、。压缩弹簧时，弹性势能增加，物体的动能减少。二、能量守恒定律二、能量守恒定律阅读教材第阅读教材第3637页页“能量守恒定律局部，知道能量的转化及守恒定律的内容。能量守恒定律局部，知道能量的转化及守恒定律的内容。1.机械能的变化：除重力以外的其他力对物体做功时，物体的机械能就会发生机械能的变化：除重力以外的其他力对物体做功时，物体的机械能就会发生_。2.能量的转化：自然界中，能的表现形式是多种多样的，除了机械能外，还有能量的转化：自然界中，能的表现形式是多种多样的，除了机械能外，还有_、_、_、化学能、原子能等，这些能量间都可以相互、化学能、原子能等，这些能量间都可以相互_。3.能量守恒定律：能

6、量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式能量守恒定律：能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式_为另一种形式或从一个物体为另一种形式或从一个物体_到另一个物体，在转化或转移的过程中其总量到另一个物体，在转化或转移的过程中其总量_。4.永动机：不消耗任何永动机：不消耗任何_却能持续不断地对外却能持续不断地对外_的机器，它违背了能量守恒的机器，它违背了能量守恒定律，是不可能制成的。定律，是不可能制成的。变化变化电能电能光能光能内能内能转化转化转化转化转移转移保持不变保持不变能量能量做功做功思考判断思考判断(1)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。(

7、)(2)合力做功为零，物体的机械能一定守恒。合力做功为零，物体的机械能一定守恒。()(3)只有重力做功，物体的机械能一定守恒。只有重力做功，物体的机械能一定守恒。()(4)物体向上运动时，机械能也可能守恒。物体向上运动时，机械能也可能守恒。()(5)任何能量之间的转化都遵循能量守恒定律。任何能量之间的转化都遵循能量守恒定律。()(6)能量永远不会增加或减少，只能转化或转移。能量永远不会增加或减少，只能转化或转移。()答案答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)机械能守恒条件的理解机械能守恒条件的理解要点归纳要点归纳1.从能量特点看，系统内部只发生动能和势能的相互转化，无其他形式能量从能量特点看

8、，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)之之间转化，系统机械能守恒。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：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：做功条件做功条件典例典例只有重力只有重力(或弹簧弹力或弹簧弹力)做功做功所有做抛体运动的物体所有做抛体运动的物体(不计空气阻力不计空气阻力)，机械能守恒，机械能守恒除重力、弹力外还受其他力，除重力、弹力外还受其他力，但其他力不做功但其他力不做功如物体沿光滑的曲面下滑，尽管受到支持力，但支持力如物体沿光滑的曲面下滑，尽管受到支持力，

9、但支持力不做功不做功只有重只有重力和系力和系统内的统内的弹力做弹力做功功如图所示，小球在摆动过程中线的拉力不做功，如不计如图所示，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，小球的机械能守恒空气阻力，只有重力做功，小球的机械能守恒如图所示如图所示,所有摩擦不计所有摩擦不计,A在在B上自由下滑过程中，只有重上自由下滑过程中，只有重力和力和A、B间弹力做功，间弹力做功，A、B组成的系统机械能守恒。但组成的系统机械能守恒。但对对B来说，来说，A对对B的弹力做功，但这个力对的弹力做功，但这个力对B来说是外力，来说是外力，B的机械能不守恒的机械能不守恒如图所示，不计空气阻力，球在运动过

10、程中，只有重力和如图所示，不计空气阻力，球在运动过程中，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。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，机械能不守恒但对球来说，机械能不守恒其他力做功，但其他力做功，但做功的代数和为做功的代数和为零零如图所示，如图所示，A、B构成的系统，忽略绳的质量与构成的系统，忽略绳的质量与滑轮间的摩擦，在滑轮间的摩擦，在A向下，向下，B向上运动过程中，向上运动过程中，FA和和FB都做功，都做功，A机械能不守恒；机械能不守恒；B机械能也机械能也不守恒；但不守恒；但WAWB0，不存在机械能与其，不存在机械能与其他形式的能的转化，则他

11、形式的能的转化，则A、B系统机械能守恒系统机械能守恒精典例如精典例如例例1(多项选择多项选择)如图中物体如图中物体m机械能守恒的是机械能守恒的是(均不计空气阻力均不计空气阻力)()解析解析物块沿固定斜面匀速下滑，在斜面上物块受力平衡，重力沿斜面向下的分力与物块沿固定斜面匀速下滑，在斜面上物块受力平衡，重力沿斜面向下的分力与摩擦力平衡，摩擦力做负功，物块机械能减少；物块沿固定斜面上在力摩擦力平衡，摩擦力做负功，物块机械能减少；物块沿固定斜面上在力F作用下上滑作用下上滑时，力时，力F做正功，物块机械能增加；小球沿光滑半圆形固定轨道下滑，只有重力做功，做正功，物块机械能增加；小球沿光滑半圆形固定轨道

12、下滑，只有重力做功，小球机械能守恒；用细线拴住的小球绕小球机械能守恒；用细线拴住的小球绕O点来回摆动，只有重力做功，小球机械能守点来回摆动，只有重力做功，小球机械能守恒。选项恒。选项C、D正确。正确。答案答案CD判断机械能是否守恒的条件判断机械能是否守恒的条件1.合外力为零是物体处于平衡状态的条件。物体受到的合外力为零时，它一定处合外力为零是物体处于平衡状态的条件。物体受到的合外力为零时，它一定处于匀速运动状态或静止状态，但它的机械能不一定守恒。于匀速运动状态或静止状态，但它的机械能不一定守恒。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，只有重力做功或系统内弹力做

13、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。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。针对训练针对训练1(多项选择多项选择)如图如图4所示，弹簧固定在地面上，一小球从它的正上方所示，弹簧固定在地面上，一小球从它的正上方A处自由处自由下落，到达下落，到达B处开场与弹簧接触，到达处开场与弹簧接触，到达C处速度为处速度为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()图图4A.弹簧的弹性势能不断增大弹簧的弹性势能不断增大B.弹簧的弹性势能不断减小弹簧的弹性势能不

14、断减小C.小球和弹簧组成的系统机械能不断减小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；对小球、弹簧组成的系统，只有重力和系统内错误；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，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.机械能守恒定律的不同表达式机械能守恒定律的不同表达式 表达式表达式物理意义物理意义从

15、不同状从不同状态看态看Ek1Ep1Ek2Ep2或或E初初E末末初状态的机械能等于末状态的机械能初状态的机械能等于末状态的机械能从转化角从转化角度看度看Ek2Ek1Ep1Ep2或或EkEp过程中动能的增加量等于势能的减少量过程中动能的增加量等于势能的减少量从转移角从转移角度看度看EA2EA1EB1EB2或或EAEB系统只有系统只有A、B两物体时，两物体时，A增加的机械增加的机械能等于能等于B减少的机械能减少的机械能2.应用机械能守恒定律的解题步骤应用机械能守恒定律的解题步骤精典例如精典例如例例2如图如图5所示，某大型露天游乐场中过山车的质量为所示，某大型露天游乐场中过山车的质量为1t，从轨道一侧

16、的顶点，从轨道一侧的顶点A处由处由静止释放，到达底部静止释放，到达底部B处后又冲上环形轨道，使乘客头朝下通过处后又冲上环形轨道，使乘客头朝下通过C点，再沿环形轨道点，再沿环形轨道到达底部到达底部B处，最后冲上轨道另一侧的顶端处，最后冲上轨道另一侧的顶端D处，处，D与与A在同一水平面上。在同一水平面上。A、B间的间的高度差为高度差为20m，圆环半径为，圆环半径为5m，如果不考虑车与轨道间的摩擦和空气阻力，如果不考虑车与轨道间的摩擦和空气阻力，g取取10m/s2。试求：。试求：图图5(1)过山车通过过山车通过B点时的动能；点时的动能；(2)过山车通过过山车通过C点时的速度；点时的速度；(3)过山车

17、通过过山车通过D点时的机械能。点时的机械能。(取过取过B点的水平面为零势能面点的水平面为零势能面)解析解析(1)过山车由过山车由A点运动到点运动到B点的过程中，由机械能守恒定律点的过程中，由机械能守恒定律Ek增增Ep减减可得过山可得过山车在车在B点时的动能。点时的动能。利用机械能守恒定律可从下面两个角度列方程利用机械能守恒定律可从下面两个角度列方程(1)守恒观点：守恒观点：E1E2需要选零势能参考平面需要选零势能参考平面(2)转化观点：转化观点：EkEp不用选零势能参考平面不用选零势能参考平面针对训练针对训练2如图如图6所示，质量所示，质量m50kg的跳水运发动从距水面高的跳水运发动从距水面高

18、h10m的跳台上以的跳台上以v05m/s的速度斜向上起跳，最终落入水，假设忽略运发动的身高，取的速度斜向上起跳，最终落入水，假设忽略运发动的身高，取g10m/s2。求：求：图图6(1)运发动在跳台上时具有的重力势能运发动在跳台上时具有的重力势能(以水面为零势能参考平面以水面为零势能参考平面)；(2)运发动起跳时的动能；运发动起跳时的动能；(3)运发动入水时的速度大小。运发动入水时的速度大小。解析解析(1)以水面为零势能参考平面，那么运发动在跳台上时具有以水面为零势能参考平面，那么运发动在跳台上时具有的重力势能为的重力势能为Epmgh5000J。(2)运发动起跳时的速度为运发动起跳时的速度为v0

19、5m/s，(3)解法一：应用机械能守恒定律解法一：应用机械能守恒定律解法二：应用动能定理解法二：应用动能定理运发动从起跳到入水过程中，其他力不做功，只有重力做功，故合外力运发动从起跳到入水过程中，其他力不做功，只有重力做功，故合外力做的功为做的功为W合合mgh，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要点归纳要点归纳多个物体组成的系统机械能守恒问题的解题思路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

20、，从而判断系统机械能是否守恒。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)假设系统机械能守恒，那么机械能从一个物体转移到另一个物体，假设系统机械能守恒，那么机械能从一个物体转移到另一个物体，E1E2，一个物体机械能增加，那么一定有另一个物体机械能减少。一个物体机械能增加，那么一定有另一个物体机械能减少。精典例如精典例如例例3如图如图7所示，可视为质点的小球所示，可视为质点的小球A、B用不可伸长的细软轻线连接，跨过固定在地用不可伸长的细软轻线连接，跨过固定在地面上半径为面上半径为R的光滑圆柱，的光滑圆柱，A的质量为的质量为B的两倍。当的两倍。当B位于地面时，位于地面时，A恰与

21、圆柱轴心等恰与圆柱轴心等高。将高。将A由静止释放，由静止释放，B上升的最大高度是上升的最大高度是()图图7答案答案C多物体机械能守恒问题的分析技巧多物体机械能守恒问题的分析技巧(1)对多个物体组成的系统，一般用对多个物体组成的系统，一般用“转化法和转化法和“转移法来判断其机械能是否转移法来判断其机械能是否守恒。守恒。(2)注意寻找用绳或杆相连接的物体间的速度关系和位移关系。注意寻找用绳或杆相连接的物体间的速度关系和位移关系。(3)列机械能守恒方程时，可选用列机械能守恒方程时，可选用EkEp的形式。的形式。针对训练针对训练3(2021金昌高一检测金昌高一检测)如图如图8所示，一固定的楔形木块，其

22、斜面的倾角所示，一固定的楔形木块，其斜面的倾角30，另一边与地面垂直，顶上有一定滑轮，一柔软的细线跨过定滑轮，两端分别，另一边与地面垂直，顶上有一定滑轮，一柔软的细线跨过定滑轮，两端分别与物块与物块A和和B连接，连接，A的质量为的质量为4m，B的质量为的质量为m。开场时将。开场时将B按在地面上不动，然后按在地面上不动，然后放开手，让放开手，让A沿斜面下滑而沿斜面下滑而B上升。物块上升。物块A与斜面间无摩擦，设当与斜面间无摩擦，设当A沿斜面下滑沿斜面下滑l距离距离后，细线突然断了，求物块后，细线突然断了，求物块B上升的最大高度上升的最大高度H。图图8要点归纳要点归纳1.功与能量的转化：功与能量的

23、转化：不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的。做功的过程就是不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的。做功的过程就是各种形式的能量之间转化各种形式的能量之间转化(或转移或转移)的过程，且做了多少功，就有多少能量发生转化的过程，且做了多少功，就有多少能量发生转化(或转移或转移)。因此，功是能量转化的量度。因此，功是能量转化的量度。对能量守恒定律的理解对能量守恒定律的理解2.功与能的关系：功与能的关系：由于功是能量转化的量度，某种力做功往往与某一种具体形式的能由于功是能量转化的量度，某种力做功往往与某一种具体形式的能量转化相联系，具体功能关系如下：量转化相联系，具体功能关系如下：功功能量转化能量转化关系式关系式重力做功重力做功重力势能的改变重力势能的改变WGEp弹力做功弹力做功弹性势能的改变弹性势能的改变WFEp合外力做功合外力做功动能的改变动能的改变W合合Ek除重力、系统内弹力以除重力、系统内弹