【优化方案】高中物理 第4章4 研究机械能守恒定律课件 沪科必修2

4．2研究机械能守恒定律

核心要点突破课堂互动讲练课前自主学案知能优化训练4.2课标定位学习目标：1.能够分析动能和势能之间的相互转化问题．2．能够推导机械能守恒定律．3．会根据机械能守恒的条件判断机械能是否守恒．4．能运用机械能守恒定律解决有关问题，并领会运用机械能守恒定律解决问题的优越性．重点难点：重点：机械能守恒定律的内容和应用条件；理解实验内容和实验过程；应用机械能守恒定律的解题步骤．难点：对机械能守恒定律实验的分析；判断机械能是否守恒，应用机械能守恒分析解决有关问题．课标定位课前自主学案一、什么是机械能1．定义：物体的_____与_____之和称为机械能．2．表达式：E＝_____________.二、研究机械能守恒定律1．重力势能可以转化为动能打桩机重锤在下落过程中，重力对重锤做____功，重锤的重力势能_______．在这个过程中，重锤的速度______了，表示重锤的动能_______了．这说明，重锤原来具有的__________转化成了_____．动能势能Ek＋Ep正减少增加增加重力势能动能2．动能也可以转化为重力势能原来具有一定速度的物体，由于惯性在空中竖直上升或沿光滑斜面上升，这时重力做_____功，物体的速度_______，表示物体的动能______了．但这时物体的高度_________，表示它的重力势能______了．这说明，物体原来具有的_______转化成了______________．负减小减小增加增加动能重力势能3．弹性势能与动能之间也能相互转化不仅重力势能可以与动能相互转化，弹性势能也可以与动能相互转化．被压缩的弹簧具有_____________，当弹簧恢复原来形状时，就把跟它接触的物体弹出去．这一过程中，弹力做功，弹簧的弹性势能_______，而物体得到一定的_______，动能增加．弹性势能减小速度4．机械能守恒定律(1)内容：在只有________或________做功的物体系统内，_____能与______能可以互相转化，而总的_________保持不变．即E＝_______＝恒量．(2)适用条件：只有______做功或系统内________做功．(3)表达式：_______________________________.重力弹力动势机械能Ek＋Ep重力弹力ΔEk＝ΔEp或Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2思考感悟“飞流直下三千尺，疑是银河落九天．”这是唐代大诗人李白对庐山瀑布的传神写照，如图4－2－1所示．你能从物理学的角度对这一过程进行描述吗？提示：水从高处流下，重力做功，重力势能转化为动能，因而形成飞流直下的壮观场面．图4－2－1三、应用机械能守恒定律分析问题解题步骤1．根据题意，选取____________

(物体或系统)．2．明确研究对象的运动过程，分析对象在过程中的受力情况，弄清各力_________情况，判断是否符合机械能守恒的条件．3．恰当地选取____________，确定研究对象在过程的起始状态和末状态的________

(包括动能和重力势能)．4．根据_________________列方程，进行求解．研究对象做功参考平面机械能机械能守恒定律核心要点突破一、对机械能守恒条件的理解1．从能量转化的角度看，只有系统内动能和势能相互转化，无其他形式能量之间(如内能)的转化．2．从系统做功的角度看，只有重力和系统内的弹力做功，具体表现在：(1)只有重力(和弹簧弹力)做功，如所有做抛体运动的物体(不计空气阻力)，机械能守恒．(2)只有重力和系统内的弹力做功，如图4－2－2所示．在图甲中中，小球球在摆动动过程中中线的拉拉力不做做功，如如果不计计空气阻阻力，只只有重力力做功，，小球的的机械能能守恒．．图4－2－2在图乙中，A、B间，B与地面间摩擦擦不计，A自B上自由下滑过过程中，只有有重力和A、B间弹力做功，，A、B组成的系统机机械能守恒．．但对B来说，A对B的弹力做功，，但这个力对对B来说是外力，，B的机械能不守守恒．在图丙中，不不计空气阻力力，球在摆动动过程中，只只有重力和弹弹簧与球间的的弹力做功，，球与弹簧组组成的系统机机械能守恒，，但对球来说说，机械能不不守恒．即时应用(即时突破，小小试牛刀)1．下列物体中中，机械能守守恒的是()A．被平抛的物物体(不计空气阻力力)B．被匀速吊起起的集装箱C．光滑曲面上上自由运动的的物体D．物体以4g/5的加速度竖直直向上做减速速运动解析：选AC.选项A、C情景下，只有有物体的重力力做功，机械械能守恒；而而选项B、D中，由物体的的运动状态可可以判断，物物体除重力外外还受其他外外力作用，且且外力做功，，物体机械能能不守恒，所所以A、C正确．二、机械能守守恒的应用1．守恒定律的的多种表达式式当系统满足机机械能守恒的的条件以后，，常见的表达达式有以下几几种：(1)Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2，即初状态的的动能与势能能之和等于末末状态的动能能与势能之和和．(2)ΔEk＝－ΔEp或ΔEp＝－ΔEk，即动能(或势能)的增加量等于于势能(或动能)的减少量．2．理解机械能能守恒定律时时应注意(1)机械能守恒是是指系统能量量守恒，系统统能量应包括括物体、地球球两者共有的的机械能，不不是物体单独独所具有的；；(2)应用条件：系系统只有重力力做功，无其其他的内力、、外力做功，，系统机械能能才守恒．若若有其他内力力或外力做功功，但代数和和为零，只能能认为机械能能不变；(3)考虑了势能的的变化，就不不能再考虑重重力或弹力做做功，避免重重复考虑；(4)方程是标量方方程，不存在在分量式．在在应用时只需需要找出初、、末状态的机机械能，不管管中间过程；；(5)表达公式中的的v、h都具有相对性性，所有v应相对同一参参考系，所有有h应是相对同一一零势能面而而言的．即时应用(即时突破，小小试牛刀)2.如图4－2－3所示，粗细均均匀、两端开开口、内壁光光滑的U形管内装有同同种液体，开开始时两边液液面高度差为为h，管中液柱总总长度为4h.后来打开阀门门让液体自由由流动，不计计液体间的摩摩擦阻力．当当两液面高度度相等时，左左侧液面下降降的速度为()图4－2－3图4－2－44．实验的误差差分析重物和纸带下下落过程中要要克服阻力，，主要是纸带带与计时器之之间的摩擦力力．计时器平平面不在竖直直方向，纸带带平面与计时时器平面不平平行是阻力增增大的原因．．电磁打点计计时器的阻力力大于电火花花计时器．由由于阻力的存存在，重物动动能的增加量量稍小于势能能的减少量，，即ΔEk<ΔEp.交流电的频率率f不是50Hz也会带来误差差．若f>50Hz，由于速度值值仍按频率为为50Hz计算，频率的的计算值比实实际值偏小，，周期值偏大大，算得的速速度值偏小，，动能值也就就偏小，使ΔEk<ΔEp的误差进一步步加大；若f<50Hz，则可能出现现ΔEk>ΔEp的结果．即时应用(即时突破，小小试牛刀)3．在利用重物物做自由落体体运动来验证证机械能守恒恒定律的实验验中，下列说说法中正确的的是()A．选重物时稍稍重一些的比比轻的好B．选重物时体体积大一些的的比小的好C．实验时要用用秒表计时，，以便计算速速度D．打点计时器器选用电磁打打点计时器比比电火花计时时器要好解析：选A.选用的重物宜宜重一些，可可以使重力远远远大于阻力力，阻力可忽忽略不计，从从而减小实验验误差，故A正确；重物的的体积越大，，下落时受空空气阻力越大大，实验误差差就越大，故故B错误；不需用用秒表计时，，打点计时器器就是计时仪仪器，比秒表表计时更为精精准，故C错误；电磁打打点计时器的的振针与纸带带间有摩擦，，电火花计时时器对纸带的的阻力较小，，故应选电火火花计时器，，D错误．课堂互动讲练机械能守恒条件的应用类型一例1下列关于机械械能是否守恒恒的说法中正正确的是()A．做匀速直线线运动的物体体的机械能一一定守恒B．做匀加速直直线运动的物物体的机械能能不可能守恒恒C．运动物体只只要不受摩擦擦力作用，其其机械能一定定守恒D．物体只发生生动能和势能能的相互转化化，物体的机机械能一定守守恒【精讲精析】匀速运动的物物体只是动能能保持不变，，但不能确定定其势能是否否变化．例如如：匀速竖直直上升的物体体，重力势能能增加，机械械能增加．选选项A错误．物体做匀加速速直线运动，，机械能可能能守恒．例如如：物体做自自由落体运动动，物体沿光光滑斜面加速速下滑，机械械能是守恒的的．选项B错误．运动物体不受受摩擦力作用用，只能说明明没有机械能能向内能的转转化，但不能能保证没有其其他外力对物物体做功而引引起物体机械械能的变化．．例如：起重重机把物体从从地面上吊起起，物体的机机械能增加，，选项C错误．物体只发生动动能和势能的的相互转化，，说明只有物物体系统内的的重力或弹簧簧弹力做功，，没有其他力力做功，故机机械能一定守守恒．选项D正确．【答案】D【方法总结】判断机械能是是否守恒，关关键是看都有有哪些力做功功．机械能守守恒常见的情情况有：一是是物体只受重重力作用；二二是物体虽然然受到除重力力以外的其他他力作用，但但其他力不做做功或做功的的代数和为零零．机械能守恒定律的应用类型二例2如图4－2－5所示，，一很很长的的、不不可伸伸长的的柔软软轻绳绳跨过过光滑滑定滑滑轮，，绳两两端各各系一一小球球a和b.a球质量量为m，静置置于地地面；；b球质量量为3m，用手手托住住，高高度为为h，此时时轻绳绳刚好好拉紧紧．从从静止止开始始释放放b球后，，求a球可能能达到到的最最大高高度为为多少少？图4－2－5【答案】1.5h【方法总总结】(1)利用哪哪种表表达式式列机机械能能守恒恒定律律的方方程要要视具具体情情况而而定，，千万万不要要把几几种表表达式式混在在一起起列式式．(2)利用守守恒的的观点点列方方程，，需要要事先先规定定重力力势能能的零零位置置；从从转化化或转转移的的角度度来看看，需需要明明确能能量是是从什什么形形式转转化为为什么么形式式、从从哪一一个物物体转转移到到哪一一个物物体，，这样样，才才能正正确列列出方方程．．机械能守恒的探究分析类型三例3(2)若实验验中所所用重重锤的的质量量m＝1kg，打点点纸带带如图图4－2－6所示，，打点点时间间间隔隔为0.02s，则记记录B点时，，重锤锤