高中物理（情景切入+課前導(dǎo)讀+問(wèn)題探究+知能演練）第7章 第8節(jié) 機(jī)械能守恒定律課件 新人教版必修2

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1、第八節(jié)機(jī)械能守恒定律第八節(jié)機(jī)械能守恒定律如果你喜歡追求刺激，勇于冒險(xiǎn)，而且膽子足夠大，那么請(qǐng)嘗試目前戶外活動(dòng)中刺激度排行榜名列榜首的“蹦極”“蹦極”就是跳躍者站在約40米以上(相當(dāng)于10層樓高)高度的橋梁、塔頂、高樓、吊車甚至熱氣球上，把一端固定的一根長(zhǎng)長(zhǎng)的橡皮條綁在踝關(guān)節(jié)處，然后兩臂伸開(kāi)，雙腿并攏，頭朝下跳下去跳躍者在整個(gè)過(guò)程中重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能以及動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化，帶來(lái)無(wú)盡的驚險(xiǎn)刺激如果整個(gè)過(guò)程沒(méi)有機(jī)械能的損失，跳躍者將會(huì)如何運(yùn)動(dòng)？1明確機(jī)械能守恒定律，知道其含義和適用條件2能準(zhǔn)確判斷具體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，機(jī)械能是否守恒3熟練應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解題課前預(yù)習(xí)一、動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化1機(jī)械能動(dòng)能和勢(shì)能(

2、包括_和_)統(tǒng)稱為機(jī)械能由于能量是標(biāo)量，物體的機(jī)械能可記為EEkEp，也就是說(shuō)物體具有的機(jī)械能為其動(dòng)能與勢(shì)能之和2動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化(1)動(dòng)能與重力勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化物體自由下落或沿光滑斜面滑下時(shí)，重力對(duì)物體做正功，物體的重力勢(shì)能_，動(dòng)能_，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；重力勢(shì)能彈性勢(shì)能減少增加(2)動(dòng)能與彈性勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化運(yùn)動(dòng)的物體沿光滑水平面壓縮彈簧時(shí)，彈力對(duì)物體做負(fù)功，物體的動(dòng)能_，彈簧的彈性勢(shì)能_，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能；被壓縮的彈簧沿光滑水平面把跟它接觸的物體彈出去，彈力對(duì)物體做正功，彈簧的彈性勢(shì)能_，物體的動(dòng)能_，彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能由此可知，通過(guò)_或_做功，動(dòng)能與勢(shì)能之間可以相互轉(zhuǎn)化減少增加減少增

3、加重力彈力二、機(jī)械能守恒定律1內(nèi)容在只有_或_做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能_這叫做機(jī)械能守恒定律2表達(dá)式(1)Ek1Ep1_(即 )，即研究過(guò)程的初狀態(tài)的機(jī)械能總量等于末狀態(tài)的機(jī)械能總量(2)Ek_，即系統(tǒng)動(dòng)能的增加量等于系統(tǒng)勢(shì)能的減少量(3)若系統(tǒng)由A、B兩部分組成，則EA_，即A增加的機(jī)械能等于B減少的機(jī)械能2211221122mvmghmvmghEB重力彈力保持不變Ek2Ep2Ep如何理解機(jī)械能守恒條件？1守恒條件的幾層含義(1)物體只受重力，只發(fā)生動(dòng)能和重力勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化，如自由落體運(yùn)動(dòng)、拋體運(yùn)動(dòng)等(2)只有彈力做功，只發(fā)生動(dòng)能和彈性勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化如在光滑水平

4、面上運(yùn)動(dòng)的物體碰到一個(gè)彈簧，和彈簧相互作用的過(guò)程中，對(duì)物體和彈簧組成的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，機(jī)械能守恒(3)物體既受重力，又受彈力，重力和彈力都做功，發(fā)生動(dòng)能、彈性勢(shì)能、重力勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化如自由下落的物體落到豎直的彈簧上和彈簧相互作用的過(guò)程中，對(duì)物體和彈簧組成的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，機(jī)械能守恒2判斷系統(tǒng)的機(jī)械能是否守恒，通?？刹捎孟铝腥N不同的方法：(1)做功條件分析法應(yīng)用系統(tǒng)機(jī)械能守恒的條件分析若物體系統(tǒng)內(nèi)只有重力和彈力做功，其他力均不做功，則系統(tǒng)的機(jī)械能守恒(2)能量轉(zhuǎn)化分析法從能量轉(zhuǎn)化的角度進(jìn)行分析若只有系統(tǒng)內(nèi)物體間動(dòng)能和重力勢(shì)能及彈性勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)跟外界沒(méi)有發(fā)生機(jī)械能傳遞，機(jī)械能也沒(méi)有轉(zhuǎn)變成其他形式的能

5、(如沒(méi)有內(nèi)能增加)，則系統(tǒng)的機(jī)械能守恒(3)增減情況分析法直接從機(jī)械能中各種形式能量的增減情況進(jìn)行分析若系統(tǒng)的動(dòng)能與勢(shì)能均增加或均減少，則系統(tǒng)的機(jī)械能不守恒；若系統(tǒng)的動(dòng)能(或勢(shì)能)不變，而勢(shì)能(或動(dòng)能)卻發(fā)生了變化，則系統(tǒng)的機(jī)械能也不守恒；若系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)物體的機(jī)械能均增加或均減少，則系統(tǒng)的機(jī)械能也不守恒當(dāng)然，這種方法只能判斷系統(tǒng)的機(jī)械能明顯不守恒的情況，對(duì)于另一些情況(如系統(tǒng)的動(dòng)能增加而勢(shì)能減少)則無(wú)法做出定性的分析 名師提示：從能量特點(diǎn)看：只有系統(tǒng)動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，無(wú)其他形式能量(如內(nèi)能)之間轉(zhuǎn)化，則系統(tǒng)機(jī)械能守恒從做功特點(diǎn)看：只有重力和系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功嘗試應(yīng)用1下列實(shí)例中的運(yùn)動(dòng)物體，哪些的

6、機(jī)械能守恒()A跳傘運(yùn)動(dòng)員在空中勻速下降B滑雪運(yùn)動(dòng)員自高坡自由下滑(不計(jì)空氣阻力和摩擦)C汽車在水平路面上勻速行駛D集裝箱被吊車勻速吊起(空氣阻力不計(jì))解析：跳傘運(yùn)動(dòng)員在空中勻速下落過(guò)程中，一定受空氣阻力作用，動(dòng)能不變，勢(shì)能減少，機(jī)械能減少，不守恒滑雪運(yùn)動(dòng)員自由下滑，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，機(jī)械能不變；汽車在水平路面勻速行駛，牽引力和阻力做功大小相等，合外力不做功，機(jī)械能守恒；集裝箱勻速吊起時(shí)，動(dòng)能不變，勢(shì)能增大，機(jī)械能增大答案：BC怎樣應(yīng)用機(jī)械能守恒定律1應(yīng)用機(jī)械能守恒定律時(shí)，相互作用的物體間的力可以是變力，也可以是恒力，只要符合守恒條件，機(jī)械能就守恒2機(jī)械能守恒定律，只涉及物體系的初、末狀態(tài)的

7、物理量，而不需分析中間過(guò)程的復(fù)雜變化，使處理問(wèn)題得到簡(jiǎn)化3應(yīng)用機(jī)械能守恒定律列方程的兩條基本思路(1)守恒觀點(diǎn)始態(tài)機(jī)械能等于終態(tài)機(jī)械能，即：Ek1Ep1Ek2Ep2.(2)轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移觀點(diǎn)：動(dòng)能(或勢(shì)能)的減少量等于勢(shì)能(或動(dòng)能)的增加量，即Ek1Ek2Ep2Ep1.一個(gè)物體機(jī)械能的減少(或增加)量等于其他物體機(jī)械能的增加(或減小)量，即EA1EA2EB2EB1.4機(jī)械能守恒的判定(1)對(duì)單個(gè)物體而言：其機(jī)械能是否守恒一般通過(guò)做功來(lái)判定分析除重力、彈簧彈力外，有無(wú)其他力做功，若無(wú)其他力做功，則其機(jī)械能守恒，若有其他力做功，且不為零，則其機(jī)械能必定不守恒(2)對(duì)幾個(gè)物體組成的系統(tǒng)而言：其機(jī)械能是否

8、守恒一般通過(guò)能量轉(zhuǎn)化來(lái)判定分析除重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能和動(dòng)能外，有無(wú)其他形式的能參與轉(zhuǎn)化，若無(wú)其他形式的能參與轉(zhuǎn)化，則系統(tǒng)的機(jī)械能守恒；若有其他形式的能參與轉(zhuǎn)化，則系統(tǒng)機(jī)械能不守恒5應(yīng)用機(jī)械能守恒定律的解題步驟(1)根據(jù)題意選取研究對(duì)象(物體或系統(tǒng))(2)明確研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，分析研究對(duì)象在過(guò)程中的受力情況，弄清各力做功的情況，判斷機(jī)械能是否守恒(3)恰當(dāng)?shù)剡x取零勢(shì)能面，確定研究對(duì)象在過(guò)程中的始態(tài)和末態(tài)的機(jī)械能(4)根據(jù)機(jī)械能守恒定律的不同表達(dá)式列方程，并求解結(jié)果名師提示：機(jī)械能守恒定律是有條件的，即只有重力或彈力做功，而動(dòng)能定理的成立是沒(méi)有條件限制的，它不但可以有重力和彈力做功，還可以有其他力

9、做功機(jī)械能守恒著眼于系統(tǒng)初、末狀態(tài)的機(jī)械能的表達(dá)式，動(dòng)能定理著眼于初、末狀態(tài)的動(dòng)能的變化及整個(gè)過(guò)程中合外力做的功 嘗試應(yīng)用2一個(gè)人站在陽(yáng)臺(tái)上，以相同的速率v0，分別把三個(gè)球豎直向上拋出、豎直向下拋出、水平拋出，不計(jì)空氣阻力，則三球落地時(shí)的速率()A上拋球最大 B下拋球最大C平拋球最大 D三球一樣大答案：D機(jī)械能守恒的條件 如右圖所示，一輕彈簧固定于O點(diǎn)，另一端系一重物，將重物從與懸點(diǎn)O在同一水平面且彈簧保持原長(zhǎng)的A點(diǎn)無(wú)初速度地釋放，讓它自由擺下，不計(jì)空氣阻力在重物由A點(diǎn)擺向最低點(diǎn)B的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是()A重物的機(jī)械能守恒B重物的機(jī)械能減少C重物的重力勢(shì)能與彈簧的彈性勢(shì)能之和不變D重物與

10、彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒解析：重物由A點(diǎn)下擺到B點(diǎn)的過(guò)程中，彈簧被拉長(zhǎng)，彈簧的彈力對(duì)重物做了負(fù)功，所以重物的機(jī)械能減少，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；此過(guò)程中，由于只有重力和彈簧的彈力做功，所以重物與彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，即重物減少的重力勢(shì)能，等于重物獲得的動(dòng)能與彈簧的彈性勢(shì)能之和，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確答案：BD名師歸納：判斷機(jī)械能是否守恒時(shí)，對(duì)單個(gè)物體往往從做功的角度去分析，若只有重力做功，其他力不做功或做功的代數(shù)和為零，則該物體的機(jī)械能守恒；對(duì)幾個(gè)物體組成的系統(tǒng)往往從能量轉(zhuǎn)化的角度去分析，若系統(tǒng)內(nèi)不存在其他形式的能與機(jī)械能之間的相互轉(zhuǎn)化，則該系統(tǒng)的機(jī)械能守恒變式應(yīng)用1下列說(shuō)法中正確的是()A用

11、繩子拉著物體勻速上升，只有重力和彈力對(duì)物體做功，機(jī)械能守恒B做豎直上拋運(yùn)動(dòng)，只有重力對(duì)它做功，機(jī)械能守恒C沿光滑斜面自由下滑的物體，只有重力對(duì)物體做功，機(jī)械能守恒D用水平拉力使物體沿光滑水平面勻加速運(yùn)動(dòng)，機(jī)械能守恒解析：選項(xiàng)A中，彈力對(duì)物體做功，但沒(méi)有彈性勢(shì)能參與轉(zhuǎn)化機(jī)械能不守恒；選項(xiàng)B中，豎直上拋的物體，只受重力作用，機(jī)械能守恒；選項(xiàng)C中，物體除受重力作用外，還受斜面支持力作用，但支持力不做功，機(jī)械能守恒；選項(xiàng)D中，有拉力做功，故機(jī)械能不守恒答案：BC單個(gè)物體的機(jī)械能守恒定律 以10 m/s的速度將質(zhì)量為m的物體從地面上豎直向上拋出，若忽略空氣阻力，g取10 m/s2，則：(1)物體上升的最

12、大高度是多少？(2)上升過(guò)程中在何處重力勢(shì)能與動(dòng)能相等？答案：(1)5 m(2)2.5 m名師歸納：在利用機(jī)械能守恒定律表達(dá)式E1E2解題時(shí)，由于重力勢(shì)能的相對(duì)性，必須先選取參考平面，方可解題變式應(yīng)用2長(zhǎng)為L(zhǎng)的均勻鏈條，放在光滑的水平桌面上，且使其長(zhǎng)度為1/4垂在桌邊，右如圖所示松手后鏈條從靜止開(kāi)始沿桌邊下滑，則鏈條滑至剛剛離開(kāi)桌邊時(shí)的速度大小為多大？系統(tǒng)的機(jī)械能守恒 如右圖所示是一個(gè)橫截面為半圓、半徑為R的光滑柱面，一根不可伸長(zhǎng)的細(xì)繩兩端分別系著物體A、B，且mA2mB，由圖示位置從靜止開(kāi)始釋放物體A，當(dāng)物體B達(dá)到圓柱頂點(diǎn)時(shí)，求繩的張力對(duì)物體B所做的功名師歸納：對(duì)于相互作用的整體，在進(jìn)行能量

13、轉(zhuǎn)化時(shí)，單獨(dú)一個(gè)物體機(jī)械能一般不守恒，但系統(tǒng)機(jī)械能守恒，可利用機(jī)械能守恒定律對(duì)系統(tǒng)列方程求解相關(guān)量變式應(yīng)用3如右圖所示，A物體用板托著，位于離地h 1.0 m處，輕質(zhì)細(xì)繩通過(guò)光滑定滑輪與A、B相連，繩子處于繃直狀態(tài)已知A物體質(zhì)量M1.5 kg，B物體質(zhì)量 m1.0 kg，現(xiàn)將板抽走，A將拉動(dòng)B上升，設(shè)A著地后不反彈，B上升過(guò)程中不會(huì)碰到定滑輪，取g10 m/s2.求：(1)A著地時(shí)，B的速度大小(2)B物體在上升過(guò)程中離地面的最大高度答案：(1)2 m/s(2)1.2 m基礎(chǔ)練1如右圖所示，質(zhì)量為m的蘋果，從離地面H高的樹上由靜止開(kāi)始落下，樹下有一深度為h的坑若以地面為零勢(shì)能面，則當(dāng)蘋果落到坑

14、底時(shí)的機(jī)械能為()Amgh BmgHCmg(Hh) Dmg(Hh)解析：以地面為零勢(shì)能面，蘋果的機(jī)械能為mgH，下落過(guò)程中機(jī)械能守恒答案：B2以下說(shuō)法正確的是()A機(jī)械能守恒時(shí)，物體一定只受重力和彈力作用B物體處于平衡狀態(tài)時(shí)，機(jī)械能一定守恒C物體所受合力不為0時(shí)，其機(jī)械能可能守恒D物體機(jī)械能的變化等于合力對(duì)物體做的功C3一蹦極運(yùn)動(dòng)員身系彈性蹦極繩從水面上方的高臺(tái)下落，到最低點(diǎn)時(shí)距水面還有數(shù)米距離假定空氣阻力可忽略，運(yùn)動(dòng)員可視為質(zhì)點(diǎn)，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A運(yùn)動(dòng)員到達(dá)最低點(diǎn)前重力勢(shì)能始終減小B蹦極繩張緊后的下落過(guò)程中，彈力做負(fù)功，彈性勢(shì)能增加C蹦極過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)員、地球和蹦極繩所組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒

15、D蹦極過(guò)程中，重力勢(shì)能的改變與重力勢(shì)能零點(diǎn)的選取有關(guān)解析：運(yùn)動(dòng)員到達(dá)最低點(diǎn)前，重力一直做正功，重力勢(shì)能減小，選項(xiàng)A正確彈力一直做負(fù)功，彈性勢(shì)能增加，選項(xiàng)B正確除重力、彈力之外無(wú)其他力做功，故機(jī)械能守恒，選項(xiàng)C正確重力勢(shì)能的改變與重力勢(shì)能零點(diǎn)的選取無(wú)關(guān)，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤答案： D4物體在一個(gè)方向豎直向上的拉力作用下參與下列三種運(yùn)動(dòng)：勻速上升、加速上升和減速上升關(guān)于這個(gè)物體在這三種運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能的變化情況，正確的說(shuō)法是()A勻速上升過(guò)程中機(jī)械能不變，加速上升過(guò)程中機(jī)械能增加，減速上升過(guò)程中機(jī)械能減少B勻速上升和加速上升過(guò)程中機(jī)械能增加，減速上升過(guò)程中機(jī)械能減少C三種運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，機(jī)械能均增加D由于這個(gè)拉力

16、和重力大小關(guān)系不明確，不能確定物體的機(jī)械能的增減情況解析：在勻速上升、加速上升和減速上升的過(guò)程中，除重力之外的拉力F都做正功，故在這三種情形下，物體的機(jī)械能都增加，C正確答案：C5如下圖甲所示，質(zhì)量不計(jì)的彈簧豎直固定在水平面上，t0時(shí)刻，將一金屬小球從彈簧正上方某一高度處由靜止釋放，小球落到彈簧上壓縮彈簧到最低點(diǎn)，然后又被彈起離開(kāi)彈簧，上升到一定高度后再下落，如此反復(fù)通過(guò)安裝在彈簧下端的壓力傳感器，測(cè)出這一過(guò)程彈簧彈力F隨時(shí)間t變化的圖象如圖乙所示，則()At1時(shí)刻小球動(dòng)能最大Bt2時(shí)刻小球動(dòng)能最大Ct2t3這段時(shí)間內(nèi)，小球的動(dòng)能先增加后減少Dt2t3這段時(shí)間內(nèi)，小球增加的動(dòng)能等于彈簧減少的彈

17、性勢(shì)能C6蕩秋千是一種常見(jiàn)的娛樂(lè)休閑活動(dòng)，也是我國(guó)民族運(yùn)動(dòng)會(huì)上的一個(gè)比賽項(xiàng)目若秋千繩的長(zhǎng)度是2.0 m，蕩到最高點(diǎn)時(shí)秋千繩與豎直方向成60角，求蕩到最低點(diǎn)時(shí)秋千的速度(忽略空氣阻力和摩擦，g取10 m/s2)解析：如圖所示，選擇秋千在最低位置時(shí)所處的水平面為零勢(shì)能參考平面秋千蕩到最高點(diǎn)A時(shí)為初狀態(tài)，初動(dòng)能Ek10，而此時(shí)的重力勢(shì)能為Ep1mgl(1cos )；在最低點(diǎn)B處為末狀態(tài)，末動(dòng)能Ek2mv2，12答案：4.5 m/s提高練7由光滑細(xì)管組成的軌道如圖所示，其中AB段和BC段是半徑為R的四分之一圓弧，軌道固定在豎直平面內(nèi)一質(zhì)量為m的小球，從距離水平地面為H的管口D處?kù)o止釋放，最后能夠從A端

18、水平拋出落到地面上下列說(shuō)法正確的是()BC8如圖所示為某游樂(lè)場(chǎng)的翻滾過(guò)山車的軌道，豎直圓形軌道的半徑為R，現(xiàn)有一節(jié)車廂(可視為質(zhì)點(diǎn))，從高處由靜止滑下，不計(jì)摩擦和空氣阻力，要使過(guò)山車通過(guò)圓形軌道的最高點(diǎn)，過(guò)山車開(kāi)始下滑時(shí)的高度至少應(yīng)多高？9如圖所示，質(zhì)量均為m的物體A和B，通過(guò)輕繩跨過(guò)定滑輪相連斜面光滑，傾角為，不計(jì)繩子和滑輪之間的摩擦開(kāi)始時(shí)A物體離地的高度為h，B物體位于斜面的底端，用手托住A物體，使A、B兩物體均靜止撤去手后，求：(1)A物體將要落地時(shí)的速度多大？(2)A物體落地后，B物體由于慣性將繼續(xù)沿斜面向上運(yùn)動(dòng)，則B物體在斜面上到達(dá)的最高點(diǎn)離地的高度多大？解析：(1)撤去手后A、B兩物體同時(shí)運(yùn)動(dòng)，并且速率相等，由于兩物體構(gòu)成的系統(tǒng)只有重力做功，故系統(tǒng)的機(jī)械能守恒設(shè)A物體落地時(shí)的速度大小為v，由機(jī)械能守恒定律得