(浙江專(zhuān)用)2018-2019學(xué)年高中物理 第七章 機(jī)械能守恒定律 第9節(jié) 機(jī)械能守恒定律課件 新人教版必修2.ppt
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第9節(jié)機(jī)械能守恒定律,[學(xué)考報(bào)告],[基礎(chǔ)梳理],機(jī)械能,1.機(jī)械能的定義,動(dòng)能與勢(shì)能(包括重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能)統(tǒng)稱為_(kāi)______,用符號(hào)E表示。,2.機(jī)械能具有相對(duì)性,因?yàn)閯?shì)能具有相對(duì)性(需確定零勢(shì)能參考平面),同時(shí),與動(dòng)能相關(guān)的速度也具有相對(duì)性(應(yīng)該相對(duì)于同一慣性參考系,一般是以地面為參考系),所以機(jī)械能也具有______。只有在確定了參考系和零勢(shì)能參考平面的情況下,機(jī)械能才有確定的物理意義。,相對(duì)性,3.動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化,(1)重力勢(shì)能與動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化用細(xì)線、小球等做實(shí)驗(yàn),把一個(gè)小球用細(xì)線懸掛起來(lái),把小球拉到一定高度的A點(diǎn),然后放開(kāi),小球在擺動(dòng)過(guò)程中,重力勢(shì)能與動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化。我們看到,小球可以擺到跟A點(diǎn)等高的C點(diǎn),如圖1甲所示,如果用尺子在某一點(diǎn)擋住細(xì)線,小球雖然不能擺到C點(diǎn),但擺到另一側(cè)時(shí),也能到達(dá)跟A點(diǎn)相同的高度,如圖乙所示。,圖1,實(shí)驗(yàn)證明,小球在擺動(dòng)過(guò)程中重力勢(shì)能和動(dòng)能在不斷轉(zhuǎn)化。在擺動(dòng)過(guò)程中,小球總能回到原來(lái)的高度,可見(jiàn),重力勢(shì)能和動(dòng)能的總和不變。(2)彈性勢(shì)能與動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化被壓縮的彈簧具有彈性勢(shì)能,當(dāng)彈簧恢復(fù)原來(lái)形狀時(shí),就把跟它接觸的物體彈出去,這一過(guò)程中,彈力做正功,彈簧的彈性勢(shì)能減少,而物體得到一定的速度,動(dòng)能增加。射箭時(shí)弓的彈性勢(shì)能減少,箭的動(dòng)能增加,也是這樣一種過(guò)程。如果重力和彈力做正功,重力勢(shì)能或彈性勢(shì)能就減少,動(dòng)能增加,意味著重力勢(shì)能或彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能;反之,如果重力或彈力做負(fù)功,重力勢(shì)能或彈性勢(shì)能就增加,動(dòng)能減少,意味著動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能或彈性勢(shì)能。可見(jiàn),通過(guò)重力或彈力做功,機(jī)械能可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。,[典例精析],【例1】2016年巴西奧運(yùn)會(huì)上,中國(guó)選手鄧薇以262公斤(抓舉115公斤,挺舉147公斤)的總成績(jī)打破奧運(yùn)會(huì)紀(jì)錄、世界紀(jì)錄。某次抓舉,在杠鈴被舉高的整個(gè)過(guò)程中,不計(jì)空氣阻力,下列說(shuō)法正確的是(),圖2,A.杠鈴的動(dòng)能一直增大B.杠鈴的重力勢(shì)能一直增大C.杠鈴的機(jī)械能守恒D.杠鈴一直處于超重狀態(tài)解析杠鈴被舉高的過(guò)程一定經(jīng)歷了先加速向上,后減速向上的運(yùn)動(dòng),所以動(dòng)能應(yīng)先增大后減小,A錯(cuò)誤;物體一直向上運(yùn)動(dòng),重力勢(shì)能一直增大,B正確;因人對(duì)杠鈴的支持力做正功,杠鈴的機(jī)械能增加,C錯(cuò)誤;加速度先向上,后向下,杠鈴先超重,后失重,D錯(cuò)誤。答案B,[基礎(chǔ)梳理],1.推導(dǎo),(1)情景設(shè)定如圖3所示,設(shè)小球下落過(guò)程中經(jīng)過(guò)高度為h1的A點(diǎn)速度為v1,經(jīng)過(guò)高度為h2的B點(diǎn)速度為v2,分析下落過(guò)程中A、B兩位置的動(dòng)能與勢(shì)能的總和之間的數(shù)量關(guān)系。,圖3,(2)理論推導(dǎo)從A點(diǎn)到B點(diǎn),由動(dòng)能定理知重力做的功,由重力做功和重力勢(shì)能變化的關(guān)系有WG=mgh1-mgh2=Ep1-Ep2,得到Ek2-Ek1=Ep1-Ep2,移項(xiàng)后,得Ep1+Ek1=Ep2+Ek2。(3)探究結(jié)論自由落體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,動(dòng)能和勢(shì)能之和保持______。,不變,2.機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容,在只有___________做功的物體系統(tǒng)內(nèi),動(dòng)能與勢(shì)能可以互相轉(zhuǎn)化,而總的機(jī)械能保持_______。,3.守恒條件,只有__________做功。,4.表達(dá)式,(1)守恒式:Ek1+Ep1=__________(或E1=E2)此式表示系統(tǒng)的兩個(gè)狀態(tài)的機(jī)械能總量相等。(2)轉(zhuǎn)化式:ΔEk=-ΔEp此式表示系統(tǒng)動(dòng)能的增加(______)量等于勢(shì)能的_______(增加)量。(3)轉(zhuǎn)移式:ΔEA增=ΔEB減此式表示系統(tǒng)A部分機(jī)械能的增加量等于B部分機(jī)械能的_________。,重力或彈力,不變,重力或彈力,Ek2+Ep2,減少,減少,減少量,5.機(jī)械能是否守恒的判斷,(1)利用機(jī)械能守恒的條件直接判斷。(2)從做功角度判斷:若物體或系統(tǒng)只有重力(或彈簧的彈力)做功,雖受其他力,但其他力不做功或做功的代數(shù)為零,機(jī)械能守恒。(3)從能量轉(zhuǎn)化角度判斷:系統(tǒng)內(nèi)只有動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化,無(wú)其他形式能量的轉(zhuǎn)化,系統(tǒng)機(jī)械能守恒。,[典例精析],【例2】下列運(yùn)動(dòng)的物體,機(jī)械能守恒的是(),A.物體沿斜面勻速下滑B.物體從高處以0.9g的加速度豎直下落C.物體沿光滑曲面滑下D.拉著一個(gè)物體沿光滑的斜面勻速上升解析物體沿斜面勻速下滑時(shí),動(dòng)能不變,重力勢(shì)能減小,所以機(jī)械能減小。物體以0.9g的加速度下落時(shí),除重力外,其他力的合力向上,大小為0.1mg,合力在物體下落時(shí)對(duì)物體做負(fù)功,物體機(jī)械能不守恒;物體沿光滑曲面滑下時(shí),只有重力做功,機(jī)械能守恒;拉著物體沿斜面上升時(shí),拉力對(duì)物體做功,物體機(jī)械能不守恒;綜上,選項(xiàng)C正確。答案C,[即學(xué)即練],1.(多選)如圖4所示,下列關(guān)于機(jī)械能是否守恒的判斷正確的是(),圖4,A.甲圖中,火箭升空的過(guò)程中,若勻速升空機(jī)械能守恒,若加速升空機(jī)械能不守恒B.乙圖中物體勻速運(yùn)動(dòng),機(jī)械能守恒C.丙圖中小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),機(jī)械能守恒D.丁圖中,輕彈簧將A、B兩小車(chē)彈開(kāi),兩小車(chē)組成的系統(tǒng)機(jī)械能不守恒,兩小車(chē)和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒解析題圖甲中無(wú)論火箭勻速上升還是加速上升,由于有推力做功,機(jī)械能增加,因而機(jī)械能不守恒;題圖乙中拉力F做功,機(jī)械能不守恒;題圖丙中,小球受到的所有力都不做功,機(jī)械能守恒;題圖丁中,彈簧的彈力做功,彈簧的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為兩小車(chē)的動(dòng)能,兩小車(chē)與彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。答案CD,[基礎(chǔ)梳理],1.應(yīng)用步驟,(1)確定研究對(duì)象:物體或系統(tǒng)(2)對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行正確的受力分析。(3)判斷各個(gè)力是否做功,并分析是否符合機(jī)械能守恒的條件。(4)視解題方便與否選取零勢(shì)能參考平面,并確定研究對(duì)象在初、末狀態(tài)時(shí)的機(jī)械能。(5)根據(jù)機(jī)械能守恒定律列出方程,或再輔以其他方程,進(jìn)行求解。,2.適用范圍:應(yīng)用機(jī)械能守恒定律時(shí),系統(tǒng)內(nèi)相互作用的物體間的力可以是變力,也可以是恒力,適用于直線運(yùn)動(dòng),也適用于曲線運(yùn)動(dòng),只要符合守恒條件,機(jī)械能就守恒。而且機(jī)械能守恒定律只涉及物體系統(tǒng)的初、末狀態(tài)的物理量,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。,[典例精析],【例3】如圖5所示,讓擺球從圖中A位置由靜止開(kāi)始下擺,正好擺到最低點(diǎn)B位置時(shí)線被拉斷。設(shè)擺線長(zhǎng)l=1.6m,O點(diǎn)離地高H=5.8m,不計(jì)線斷時(shí)的機(jī)械能損失,不計(jì)空氣阻力,g取10m/s2,求:,圖5,(1)擺球剛到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速度大??;(2)落地時(shí)擺球的速度大小。,解析(1)擺球由A到B的過(guò)程中只有重力做功,故機(jī)械能守恒。根據(jù)機(jī)械能守恒定律得,(2)設(shè)擺球落地點(diǎn)為題圖中的D點(diǎn),則擺球由B到D過(guò)程中只有重力做功,機(jī)械能守恒。根據(jù)機(jī)械能守恒定律得,答案(1)4m/s(2)10m/s,技巧點(diǎn)撥無(wú)論物體是做直線運(yùn)動(dòng)還是做曲線運(yùn)動(dòng)都可應(yīng)用機(jī)械能守恒定律。應(yīng)用機(jī)械能守恒定律時(shí),正確選取研究對(duì)象和研究過(guò)程,明確初、末狀態(tài)的動(dòng)能和勢(shì)能,是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。,[即學(xué)即練],2.以10m/s的速度將質(zhì)量為m的物體從地面上豎直向上拋出,取地面為零勢(shì)能面,若忽略空氣阻力,g取10m/s2,則:,(1)物體上升的最大高度是多少?(2)上升過(guò)程中在何處重力勢(shì)能與動(dòng)能相等?,答案(1)5m(2)2.5m,[基礎(chǔ)梳理],機(jī)械能守恒定律與動(dòng)能定理的比較,注意由于應(yīng)用動(dòng)能定理不需要滿足什么條件,所以涉及功能關(guān)系問(wèn)題時(shí)還是優(yōu)先考慮動(dòng)能定理。,[典例精析],【例4】如圖6所示,用細(xì)圓管組成的光滑軌道AB部分平直,BC部分是處于豎直平面內(nèi)半徑為R的半圓,圓管截面半徑r?R。有一質(zhì)量為m,半徑比r略小的光滑小球以水平初速度v0射入圓管。,圖6,【例5】如圖7所示,小球沿水平面通過(guò)O點(diǎn)進(jìn)入半徑為R的半圓弧軌道后恰能通過(guò)最高點(diǎn)P,然后落回水平面。不計(jì)一切阻力,下列說(shuō)法不正確的是(),圖7,A.小球落地點(diǎn)離O點(diǎn)的水平距離為2RB.小球落地時(shí)的動(dòng)能為5mgR/2C.小球運(yùn)動(dòng)到半圓弧最高點(diǎn)P時(shí)向心力為零D.若將半圓弧軌道上部的1/4圓弧截去,其他條件不變,則小球能達(dá)到的最大高度比P點(diǎn)高0.5R,答案C,[即學(xué)即練],圖8,(1)彈珠乙從D點(diǎn)飛出時(shí)的速度大小;(2)彈珠乙在D點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的彈力;(3)彈簧緩慢壓縮到M點(diǎn)時(shí)儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能。,答案(1)4m/s(2)15N,方向豎直向上(3)1.2J,4.如圖9所示,一固定在豎直平面內(nèi)的光滑的半圓形軌道ABC,其半徑R=0.5m,軌道在C處與水平地面相切,在C處放一小物塊,給它一水平向左的初速度v0=5m/s,結(jié)果它沿CBA運(yùn)動(dòng),通過(guò)A點(diǎn),最后落在水平地面上的D點(diǎn),求C、D間的距離x。(重力加速度g取10m/s2),圖9,解析解法一應(yīng)用機(jī)械能守恒定律求解。物塊由C到A過(guò)程,只有重力做功,機(jī)械能守恒,則:ΔEp=-ΔEk,,答案1m,- 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