高一物理課件（廣東專用）：第四章 第四節(jié)《機(jī)械能守恒定律》（粵教必修二）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第四節(jié)機(jī)械能守恒定律 一 動(dòng)能與勢能之間的相互轉(zhuǎn)化1 機(jī)械能 與勢能 包括 和 統(tǒng)稱為機(jī)械能 動(dòng)能 重力勢能 彈性勢能 2 動(dòng)能和勢能的相互轉(zhuǎn)化是通過 或 做功來實(shí) 現(xiàn)的 重力 彈力 蹦極是非常刺激的戶外休閑活動(dòng) 深受年輕人的喜愛 跳躍者站在約40米以上高度的橋梁 塔頂 高樓甚至熱氣球上 人在蹦極時(shí)可在空中享受幾秒鐘的 自由落體 當(dāng)人體下落到一定高度時(shí) 橡皮繩被拉開 繃緊 阻止人體繼續(xù)下落 當(dāng)?shù)竭_(dá)最低點(diǎn)時(shí)橡皮繩再次彈起 人被拉起 隨后 又落下 這樣反復(fù)多次直到橡皮繩的彈性消失為止 這就是蹦極的全過程 你能簡單說說人從最高處下落到最低點(diǎn)時(shí) 的能量轉(zhuǎn)化過程嗎 圖4 4 1 答案 人從最高點(diǎn)下落到繩恰好伸直的過程 重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能 從繩恰好伸直到繩的彈力F mg的過程 重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能和彈性勢能 從繩的彈力F mg到最低點(diǎn)的過程中 重力勢能和動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性勢能 整個(gè)過程可看成重力勢能與彈性勢能間的相互轉(zhuǎn)化 二 機(jī)械能守恒定律1 機(jī)械能守恒定律 在只有重力 或彈力 做功的情形下 物體的動(dòng)能和 或彈性勢能 發(fā)生相互轉(zhuǎn)化 而總 的機(jī)械能保持不變 重力勢能 Ek2 Ep2 2 表達(dá)式 Ek1 Ep1 或 Ep Ek 0 要點(diǎn)1 機(jī)械能是否守恒的判斷 1 從能量特點(diǎn)看 只有系統(tǒng)動(dòng)能和勢能相互轉(zhuǎn)化 無其他形式能量之間 如內(nèi)能 轉(zhuǎn)化 則系統(tǒng)機(jī)械能守恒 如果物體間發(fā)生相互碰撞或相對運(yùn)動(dòng) 又有相互間的摩擦作用時(shí)有內(nèi)能的增加 機(jī)械能一般不守恒 2 從機(jī)械能的定義看 若動(dòng)能與勢能之和不變化 則機(jī)械能守恒 如果一個(gè)物體沿斜面勻速 或減速 滑下 動(dòng)能不變 或減小 勢能減小 則機(jī)械能減小 一個(gè)物體沿水平方向勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)械能守恒 沿豎直方向勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)械能不守恒 3 從做功特點(diǎn)看 只有重力和系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功 系統(tǒng)機(jī) 械能守恒 具體表現(xiàn)在 1 只受重力 或系統(tǒng)內(nèi)的彈力 作用 如 所有做拋體運(yùn)動(dòng) 的物體 不計(jì)阻力 2 還受其他力 但只有重力 或系統(tǒng)內(nèi)的彈力 做功 如圖 4 4 2甲所示 圖4 4 2 3 有系統(tǒng)的內(nèi)力做功 但是做功代數(shù)和為零 如圖4 4 2乙所示 A B間及B與地面之間均光滑 A自B的上端自由下滑時(shí) B沿地面滑動(dòng) A B之間的彈力做功 對A或B機(jī)械能均不守恒 但對A B組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 例1 雙選 如圖4 4 3所示 下列關(guān)于機(jī)械能是否守 恒的判斷正確的是 圖4 4 3 A 甲圖中 物體A將彈簧壓縮的過程中 A機(jī)械能守恒B 乙圖中 A置于光滑水平面 物體B沿光滑斜面下滑 物體B機(jī)械能守恒 C 丙圖中 不計(jì)任何阻力時(shí) A加速下落 B加速上升過 程中 A B組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 D 丁圖中 小球沿水平面做勻速圓錐擺運(yùn)動(dòng)時(shí) 小球的 機(jī)械能守恒 解析 甲圖中 重力和彈力做功 物體A和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 但物體A機(jī)械能不守恒 選項(xiàng)A錯(cuò) 乙圖中 物體B除受重力外 還受彈力 彈力對B做負(fù)功 機(jī)械能不守恒 但從能量特點(diǎn)看 A B組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 B錯(cuò) 丙圖中 繩子張力對A做負(fù)功 對B做正功 代數(shù)和為零 A B組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 C對 丁圖中動(dòng)能不變 勢能不變 機(jī)械能守恒 D對 答案 CD 1 雙選 2011年東山中學(xué)期末 關(guān)于機(jī)械能是否守恒 下 列敘述中正確的是 BD A 做勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體的機(jī)械能一定守恒B 做勻變速運(yùn)動(dòng)的物體的機(jī)械能可能守恒C 外力對物體做功為零時(shí) 機(jī)械能一定守恒D 只有重力對物體做功 物體機(jī)械能一定守恒 要點(diǎn)2 機(jī)械能守恒定律的運(yùn)用 1 機(jī)械能守恒定律的三種表達(dá)式 1 Ek1 Ep1 Ek2 Ep2 即初狀態(tài)的動(dòng)能與勢能之和等于末狀態(tài)的動(dòng)能與勢能之和 選用該表達(dá)式時(shí) 應(yīng)恰當(dāng)選取參考平面 2 Ek Ep或 Ep Ek 即動(dòng)能 或勢能 的增加量等于勢能 或動(dòng)能 的減少量 3 EA EB 即A物體機(jī)械能的增加量等于B物體機(jī)械能的減少量 2 解題步驟 1 根據(jù)題意 先選取研究對象 物體或系統(tǒng) 2 明確研究對象的運(yùn)動(dòng)過程 分析對象在過程中的受力情況及各力做功情況 判斷是否滿足機(jī)械能守恒的條件 3 選取恰當(dāng)?shù)谋磉_(dá)式列方程求解 3 機(jī)械能守恒定律和動(dòng)能定理的比較 例2 如圖4 4 4所示 一固定的楔形木塊 其斜面的傾角為 30 另一邊與地面垂直 頂上有一個(gè)定滑輪 一根柔軟的不可伸長的細(xì)線跨過定滑輪 兩端分別與物塊A和B連接 A的質(zhì)量為4m B的質(zhì)量為m 開始時(shí)將B按在地面上不動(dòng) 然后放開手 讓A沿斜面下滑而B上升 物塊A與斜面間無摩擦 求當(dāng)A沿斜面下滑距離s時(shí) A B的速度大小為多少 圖4 4 4 解 因軟繩不可伸長 可知A下滑了s B上升的距離也為s 且A B的速度大小相等 設(shè)其速度為v 把A B看做一個(gè) 系統(tǒng) 系統(tǒng)中僅有重力做功 機(jī)械能守恒 方法一 假設(shè)地面為零勢能面 未下滑時(shí)A到斜面底端距 離為l 有 Ek1 0 Ep1 EpA1 4mglsin 當(dāng)A沿斜面下滑距離s時(shí) 有 2 如圖4 4 5所示 質(zhì)量為m的木塊放在光滑的水平桌面上 用輕繩繞過桌邊定滑輪與質(zhì)量為M的砝碼相連 讓繩拉直后使砝碼從靜止開始下降h h小于桌面的高度 的距離 木塊仍在桌面上 則砝碼的速度大小為多少 圖4 4 5 從能量轉(zhuǎn)化觀點(diǎn)解決機(jī)械能守恒問題 例3 雙選 如圖4 4 6 質(zhì)量分別為m和2m的兩個(gè)小球A和B 中間用輕質(zhì)桿相連 在桿的中點(diǎn)O處有一固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸 把桿置于水平位置后釋放 在B球順時(shí)針擺動(dòng)到最低位 置的過程中 圖4 4 6 A B球的重力勢能減少 動(dòng)能增加 B球和地球組成的系 統(tǒng)機(jī)械能守恒 B A球的重力勢能增加 動(dòng)能也增加 A球和地球組成的 系統(tǒng)機(jī)械能不守恒 C A球 B球和地球組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒D A球 B球和地球組成的系統(tǒng)機(jī)械能不守恒 錯(cuò)因 認(rèn)為桿施的力沿桿方向 拉力不做功 只有重力做 功 A B球的機(jī)械能都守恒 正解 B球從水平位置下擺到最低點(diǎn)過程中 受重力和桿的作用力 桿的作用力方向待定 下擺過程中重力勢能減少 動(dòng)能增加 但機(jī)械能是否守恒不確定 A球在B下擺過程中 重力勢能增加 動(dòng)能增加 機(jī)械能增加 由于A B系統(tǒng)只有重力做功 系統(tǒng)機(jī)械能守恒 A球機(jī)械能增加 B球機(jī)械能一定減少 所以B C選項(xiàng)正確 桿施力的方向并不總指向沿桿的方向 本題中就是如此 桿對A B球既有沿桿的法向力 也有與桿垂直的切向力 所以桿對A B球施的力都做功 A球 B球的機(jī)械能都不守恒 答案 BC 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全