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

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歡迎進入物理課堂 第四節(jié)機械能守恒定律 一 動能與勢能之間的相互轉(zhuǎn)化1 機械能 與勢能 包括 和 統(tǒng)稱為機械能 動能 重力勢能 彈性勢能 2 動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化是通過 或 做功來實 現(xiàn)的 重力 彈力 蹦極是非常刺激的戶外休閑活動 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 人在蹦極時可在空中享受幾秒鐘的 自由落體 當人體下落到一定高度時 橡皮繩被拉開 繃緊 阻止人體繼續(xù)下落 當?shù)竭_最低點時橡皮繩再次彈起 人被拉起 隨后 又落下 這樣反復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時 的能量轉(zhuǎn)化過程嗎 圖4 4 1 答案 人從最高點下落到繩恰好伸直的過程 重力勢能轉(zhuǎn)化為動能 從繩恰好伸直到繩的彈力F mg的過程 重力勢能轉(zhuǎn)化為動能和彈性勢能 從繩的彈力F mg到最低點的過程中 重力勢能和動能轉(zhuǎn)化為彈性勢能 整個過程可看成重力勢能與彈性勢能間的相互轉(zhuǎn)化 二 機械能守恒定律1 機械能守恒定律 在只有重力 或彈力 做功的情形下 物體的動能和 或彈性勢能 發(fā)生相互轉(zhuǎn)化 而總 的機械能保持不變 重力勢能 Ek2 Ep2 2 表達式 Ek1 Ep1 或 Ep Ek 0 要點1 機械能是否守恒的判斷 1 從能量特點看 只有系統(tǒng)動能和勢能相互轉(zhuǎn)化 無其他形式能量之間 如內(nèi)能 轉(zhuǎn)化 則系統(tǒng)機械能守恒 如果物體間發(fā)生相互碰撞或相對運動 又有相互間的摩擦作用時有內(nèi)能的增加 機械能一般不守恒 2 從機械能的定義看 若動能與勢能之和不變化 則機械能守恒 如果一個物體沿斜面勻速 或減速 滑下 動能不變 或減小 勢能減小 則機械能減小 一個物體沿水平方向勻速運動時機械能守恒 沿豎直方向勻速運動時機械能不守恒 3 從做功特點看 只有重力和系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功 系統(tǒng)機 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 所有做拋體運動 的物體 不計阻力 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 B沿地面滑動 A B之間的彈力做功 對A或B機械能均不守恒 但對A B組成的系統(tǒng)機械能守恒 例1 雙選 如圖4 4 3所示 下列關于機械能是否守 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機械能守恒 C 丙圖中 不計任何阻力時 A加速下落 B加速上升過 程中 A B組成的系統(tǒng)機械能守恒 D 丁圖中 小球沿水平面做勻速圓錐擺運動時 小球的 機械能守恒 解析 甲圖中 重力和彈力做功 物體A和彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒 但物體A機械能不守恒 選項A錯 乙圖中 物體B除受重力外 還受彈力 彈力對B做負功 機械能不守恒 但從能量特點看 A B組成的系統(tǒng)機械能守恒 B錯 丙圖中 繩子張力對A做負功 對B做正功 代數(shù)和為零 A B組成的系統(tǒng)機械能守恒 C對 丁圖中動能不變 勢能不變 機械能守恒 D對 答案 CD 1 雙選 2011年東山中學期末 關于機械能是否守恒 下 列敘述中正確的是 BD A 做勻速直線運動的物體的機械能一定守恒B 做勻變速運動的物體的機械能可能守恒C 外力對物體做功為零時 機械能一定守恒D 只有重力對物體做功 物體機械能一定守恒 要點2 機械能守恒定律的運用 1 機械能守恒定律的三種表達式 1 Ek1 Ep1 Ek2 Ep2 即初狀態(tài)的動能與勢能之和等于末狀態(tài)的動能與勢能之和 選用該表達式時 應恰當選取參考平面 2 Ek Ep或 Ep Ek 即動能 或勢能 的增加量等于勢能 或動能 的減少量 3 EA EB 即A物體機械能的增加量等于B物體機械能的減少量 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 明確研究對象的運動過程 分析對象在過程中的受力情況及各力做功情況 判斷是否滿足機械能守恒的條件 3 選取恰當?shù)谋磉_式列方程求解 3 機械能守恒定律和動能定理的比較 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 頂上有一個定滑輪 一根柔軟的不可伸長的細線跨過定滑輪 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 開始時將B按在地面上不動 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A沿斜面下滑距離s時 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 設其速度為v 把A B看做一個 系統(tǒng) 系統(tǒng)中僅有重力做功 機械能守恒 方法一 假設地面為零勢能面 未下滑時A到斜面底端距 離為l 有 Ek1 0 Ep1 EpA1 4mglsin 當A沿斜面下滑距離s時 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)化觀點解決機械能守恒問題 例3 雙選 如圖4 4 6 質(zhì)量分別為m和2m的兩個小球A和B 中間用輕質(zhì)桿相連 在桿的中點O處有一固定轉(zhuǎn)動軸 把桿置于水平位置后釋放 在B球順時針擺動到最低位 置的過程中 圖4 4 6 A B球的重力勢能減少 動能增加 B球和地球組成的系 統(tǒng)機械能守恒 B A球的重力勢能增加 動能也增加 A球和地球組成的 系統(tǒng)機械能不守恒 C A球 B球和地球組成的系統(tǒng)機械能守恒D A球 B球和地球組成的系統(tǒng)機械能不守恒 錯因 認為桿施的力沿桿方向 拉力不做功 只有重力做 功 A B球的機械能都守恒 正解 B球從水平位置下擺到最低點過程中 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 動能增加 但機械能是否守恒不確定 A球在B下擺過程中 重力勢能增加 動能增加 機械能增加 由于A B系統(tǒng)只有重力做功 系統(tǒng)機械能守恒 A球機械能增加 B球機械能一定減少 所以B C選項正確 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球的機械能都不守恒 答案 BC 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全