202X學(xué)年高考物理主題二機(jī)械能及其守恒定律第四章機(jī)械能及其守恒定律2.4.5機(jī)械能守恒定律課件教科版

1、2.4.5機(jī)械能守恒定律機(jī)械能守恒定律學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)核心凝煉核心凝煉1.知道什么是機(jī)械能，知道物體的動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化。知道什么是機(jī)械能，知道物體的動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化。1個(gè)定律個(gè)定律機(jī)械能守機(jī)械能守恒定律恒定律1個(gè)條件個(gè)條件機(jī)械能守機(jī)械能守恒條件恒條件2.會(huì)正確推導(dǎo)物體在拋體運(yùn)動(dòng)過程中的機(jī)械能守恒，理解機(jī)械會(huì)正確推導(dǎo)物體在拋體運(yùn)動(dòng)過程中的機(jī)械能守恒，理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容，知道它的含義和適用條件。能守恒定律的內(nèi)容，知道它的含義和適用條件。3.在具體問題中，會(huì)判定機(jī)械能是否守恒，并能應(yīng)用機(jī)械能守在具體問題中，會(huì)判定機(jī)械能是否守恒，并能應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決簡(jiǎn)單問題。恒定律解決簡(jiǎn)單問題

2、。一、動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)化規(guī)律一、動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)化規(guī)律觀圖助學(xué)觀圖助學(xué)(1)如圖甲是滾擺及其運(yùn)動(dòng)的示意圖，滾擺在上升過程中，重力做功情況如何？其動(dòng)如圖甲是滾擺及其運(yùn)動(dòng)的示意圖，滾擺在上升過程中，重力做功情況如何？其動(dòng)能與勢(shì)能怎樣變化？在下降過程中呢？能與勢(shì)能怎樣變化？在下降過程中呢？(2)如圖乙所示，在光滑水平面上，彈簧左端固定，右端連接物體，彈簧被壓縮到一如圖乙所示，在光滑水平面上，彈簧左端固定，右端連接物體，彈簧被壓縮到一定程度釋放物體，在彈簧恢復(fù)到原長(zhǎng)的過程中，彈力做功情況如何？彈性勢(shì)能、物體定程度釋放物體，在彈簧恢復(fù)到原長(zhǎng)的過程中，彈力做功情況如何？彈性勢(shì)能、物體的動(dòng)能如何變化？物體以后運(yùn)

3、動(dòng)過程中呢？的動(dòng)能如何變化？物體以后運(yùn)動(dòng)過程中呢？1.重力勢(shì)能與動(dòng)能：只有重力做功時(shí)，假設(shè)重力對(duì)物體做正功，那么物體的重重力勢(shì)能與動(dòng)能：只有重力做功時(shí)，假設(shè)重力對(duì)物體做正功，那么物體的重力勢(shì)能力勢(shì)能_，動(dòng)能，動(dòng)能_，_轉(zhuǎn)化成了動(dòng)能；假設(shè)重力做負(fù)功，轉(zhuǎn)化成了動(dòng)能；假設(shè)重力做負(fù)功，那么那么_轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為_。2.彈性勢(shì)能與動(dòng)能：只有彈簧彈力做功時(shí)，假設(shè)彈力做正功，那么彈簧彈性勢(shì)彈性勢(shì)能與動(dòng)能：只有彈簧彈力做功時(shí)，假設(shè)彈力做正功，那么彈簧彈性勢(shì)能能_，物體的動(dòng)能，物體的動(dòng)能_，_轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。3.機(jī)械能：機(jī)械能：_、彈性勢(shì)能和、彈性勢(shì)能和_的統(tǒng)稱，表達(dá)式為的統(tǒng)稱，表達(dá)式為EEkEp。減少減少

4、增加增加重力勢(shì)能重力勢(shì)能動(dòng)能動(dòng)能重力勢(shì)能重力勢(shì)能減少減少增加增加彈性勢(shì)能彈性勢(shì)能重力勢(shì)能重力勢(shì)能動(dòng)能動(dòng)能理解概念理解概念判斷以下說法是否正確。判斷以下說法是否正確。(1)通過重力做功，動(dòng)能和重力勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化。通過重力做功，動(dòng)能和重力勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化。( )(2)通過彈力做功，動(dòng)能和彈性勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化。通過彈力做功，動(dòng)能和彈性勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化。( )(3)物體的機(jī)械能一定是正值。物體的機(jī)械能一定是正值。( )(4)通過重力或彈力做功，機(jī)械能可以轉(zhuǎn)化為其它能。通過重力或彈力做功，機(jī)械能可以轉(zhuǎn)化為其它能。( )二、機(jī)械能守恒定律二、機(jī)械能守恒定律1.內(nèi)容：在只有內(nèi)容：在只有_或或_做功的物體系

5、統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能和勢(shì)能會(huì)發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能和勢(shì)能會(huì)發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總量機(jī)械能的總量_。2.表達(dá)式：表達(dá)式：Ep1Ek1_，即，即E1E2。理解概念理解概念判斷以下說法是否正確。判斷以下說法是否正確。(1)物體所受的合力為零，物體的機(jī)械能一定守恒。物體所受的合力為零，物體的機(jī)械能一定守恒。( )(2)合力做功為零，物體的機(jī)械能一定守恒。合力做功為零，物體的機(jī)械能一定守恒。( )(3)人乘電梯勻速上升的過程，機(jī)械能守恒。人乘電梯勻速上升的過程，機(jī)械能守恒。( )(4)不計(jì)空氣阻力及摩擦力時(shí)，滾擺在運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能守恒。不計(jì)空氣阻力及摩擦力時(shí)，滾擺在運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能守恒。( )

6、重力重力彈力彈力保持不變保持不變Ep2Ek2機(jī)械能守恒條件的理解機(jī)械能守恒條件的理解觀察探究觀察探究如圖如圖1所示，過山車由高處在關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下飛奔而下。所示，過山車由高處在關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下飛奔而下。(忽略軌道的阻力和其忽略軌道的阻力和其他阻力他阻力)圖圖1過山車下滑時(shí)，過山車受哪些力作用？各做什么功？動(dòng)能和勢(shì)能怎么變化？機(jī)械能守過山車下滑時(shí)，過山車受哪些力作用？各做什么功？動(dòng)能和勢(shì)能怎么變化？機(jī)械能守恒嗎？恒嗎？答案答案過山車下滑時(shí)，如果忽略阻力作用，過山車受重力和軌道支持力作用；重力做過山車下滑時(shí)，如果忽略阻力作用，過山車受重力和軌道支持力作用；重力做正功，支持力不做功，動(dòng)能增加，重

7、力勢(shì)能減少，機(jī)械能保持不變。正功，支持力不做功，動(dòng)能增加，重力勢(shì)能減少，機(jī)械能保持不變。探究歸納探究歸納1.對(duì)守恒條件的理解對(duì)守恒條件的理解系統(tǒng)內(nèi)部只有重力或彈力做功，沒有摩擦力和其他內(nèi)力系統(tǒng)內(nèi)部只有重力或彈力做功，沒有摩擦力和其他內(nèi)力(如炸彈爆炸時(shí)化學(xué)物質(zhì)的作用如炸彈爆炸時(shí)化學(xué)物質(zhì)的作用力等力等)做功，即系統(tǒng)內(nèi)部除發(fā)生重力勢(shì)能或彈性勢(shì)能與動(dòng)能的相互轉(zhuǎn)化之外，不會(huì)引起做功，即系統(tǒng)內(nèi)部除發(fā)生重力勢(shì)能或彈性勢(shì)能與動(dòng)能的相互轉(zhuǎn)化之外，不會(huì)引起發(fā)熱、發(fā)光或化學(xué)反響等非力學(xué)現(xiàn)象的發(fā)生。具體情況有發(fā)熱、發(fā)光或化學(xué)反響等非力學(xué)現(xiàn)象的發(fā)生。具體情況有(1)物體只受重力或彈力，不受其他力，如自由落體運(yùn)動(dòng)；物體只

8、受重力或彈力，不受其他力，如自由落體運(yùn)動(dòng)；(2)物體除受重力或彈力外，還受其他力，但其他力不做功，如物體沿光滑固定的斜面物體除受重力或彈力外，還受其他力，但其他力不做功，如物體沿光滑固定的斜面下滑，物體受重力和支持力作用，但支持力不做功；下滑，物體受重力和支持力作用，但支持力不做功；(3)對(duì)于物體系統(tǒng)來(lái)說，除系統(tǒng)內(nèi)的重力和彈力做功之外，外力不做功，有內(nèi)力做功，對(duì)于物體系統(tǒng)來(lái)說，除系統(tǒng)內(nèi)的重力和彈力做功之外，外力不做功，有內(nèi)力做功，但內(nèi)力做功的代數(shù)和為零。但內(nèi)力做功的代數(shù)和為零。2.機(jī)械能守恒的判斷方法機(jī)械能守恒的判斷方法判斷機(jī)械能是否守恒的三種根本方法。判斷機(jī)械能是否守恒的三種根本方法。(1)

9、做功條件分析法做功條件分析法應(yīng)用機(jī)械能守恒的條件進(jìn)展判斷。分析物體應(yīng)用機(jī)械能守恒的條件進(jìn)展判斷。分析物體(或系統(tǒng)或系統(tǒng))的受力情況的受力情況(包括內(nèi)力和外力包括內(nèi)力和外力)，明確各力做功的情況，假設(shè)只有重力或彈力做功，沒有其他力做功或其他力做功的代明確各力做功的情況，假設(shè)只有重力或彈力做功，沒有其他力做功或其他力做功的代數(shù)和為零，那么物體數(shù)和為零，那么物體(或系統(tǒng)或系統(tǒng))的機(jī)械能守恒。的機(jī)械能守恒。(2)能量轉(zhuǎn)化分析法能量轉(zhuǎn)化分析法 從能量轉(zhuǎn)化的角度進(jìn)展判斷。假設(shè)只有系統(tǒng)內(nèi)物體間動(dòng)能和重力勢(shì)能及彈性勢(shì)能的相從能量轉(zhuǎn)化的角度進(jìn)展判斷。假設(shè)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，機(jī)械能

10、也沒有轉(zhuǎn)化成其他形式的能互轉(zhuǎn)化，機(jī)械能也沒有轉(zhuǎn)化成其他形式的能(如內(nèi)能如內(nèi)能)，那么系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。，那么系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。(3)增減情況分析法增減情況分析法直接從機(jī)械能的各種形式的能量增減情況進(jìn)展判斷。假設(shè)系統(tǒng)的動(dòng)能與勢(shì)能均增加或直接從機(jī)械能的各種形式的能量增減情況進(jìn)展判斷。假設(shè)系統(tǒng)的動(dòng)能與勢(shì)能均增加或均減少，那么系統(tǒng)的機(jī)械能不守恒；假設(shè)系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)物體的機(jī)械能均增加或均減少，均減少，那么系統(tǒng)的機(jī)械能不守恒；假設(shè)系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)物體的機(jī)械能均增加或均減少，那么系統(tǒng)的機(jī)械能不守恒。那么系統(tǒng)的機(jī)械能不守恒。試題案例試題案例例例1 (多項(xiàng)選擇多項(xiàng)選擇)如圖，物體如圖，物體m機(jī)械能守恒的是機(jī)械能守恒的是(

11、均不計(jì)空氣阻力均不計(jì)空氣阻力)()解析解析物塊沿固定斜面勻速下滑，在斜面上物塊受力平衡，重力沿斜面向下的分物塊沿固定斜面勻速下滑，在斜面上物塊受力平衡，重力沿斜面向下的分力與摩擦力平衡，摩擦力做負(fù)功，機(jī)械能減少；物塊在力力與摩擦力平衡，摩擦力做負(fù)功，機(jī)械能減少；物塊在力F作用下沿固定光滑斜面作用下沿固定光滑斜面上滑時(shí)，力上滑時(shí)，力F做正功，機(jī)械能增加；小球沿光滑半圓形固定軌道下滑，只有重力做做正功，機(jī)械能增加；小球沿光滑半圓形固定軌道下滑，只有重力做功，小球機(jī)械能守恒；用細(xì)線拴住小球繞功，小球機(jī)械能守恒；用細(xì)線拴住小球繞O點(diǎn)來(lái)回?cái)[動(dòng)，只有重力做功，小球機(jī)械點(diǎn)來(lái)回?cái)[動(dòng)，只有重力做功，小球機(jī)械能守

12、恒，選項(xiàng)能守恒，選項(xiàng)C、D正確。正確。答案答案CD判斷機(jī)械能是否守恒應(yīng)注意的問題判斷機(jī)械能是否守恒應(yīng)注意的問題(1)物體在共點(diǎn)力作用下所受合外力為物體在共點(diǎn)力作用下所受合外力為0是物體處于平衡狀態(tài)的條件。物體受到的是物體處于平衡狀態(tài)的條件。物體受到的合外力為合外力為0時(shí)，它一定處于勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，但物體的機(jī)械能不一時(shí)，它一定處于勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，但物體的機(jī)械能不一定守恒。定守恒。(2)合外力做功為合外力做功為0是物體動(dòng)能不變的條件。合外力對(duì)物體不做功，它的動(dòng)能一定是物體動(dòng)能不變的條件。合外力對(duì)物體不做功，它的動(dòng)能一定不變，但它的機(jī)械能不一定守恒。不變，但它的機(jī)械能不一定守

13、恒。(3)只有重力做功或系統(tǒng)內(nèi)彈簧類彈力做功是機(jī)械能守恒的條件。只有重力或系只有重力做功或系統(tǒng)內(nèi)彈簧類彈力做功是機(jī)械能守恒的條件。只有重力或系統(tǒng)內(nèi)彈簧類彈力做功時(shí)，系統(tǒng)的機(jī)械能一定守恒。統(tǒng)內(nèi)彈簧類彈力做功時(shí)，系統(tǒng)的機(jī)械能一定守恒。針對(duì)訓(xùn)練針對(duì)訓(xùn)練1 以下實(shí)例中的運(yùn)動(dòng)物體，機(jī)械能守恒的是以下實(shí)例中的運(yùn)動(dòng)物體，機(jī)械能守恒的是(均不計(jì)空氣阻力均不計(jì)空氣阻力)()A.被起重機(jī)吊起的貨物正在加速上升被起重機(jī)吊起的貨物正在加速上升B.物體水平拋出去物體水平拋出去C.物體沿粗糙斜面勻速下滑物體沿粗糙斜面勻速下滑D.一個(gè)輕質(zhì)彈簧上端固定，下端系一重物，重物沿豎直方向做上下振動(dòng)一個(gè)輕質(zhì)彈簧上端固定，下端系一重物

14、，重物沿豎直方向做上下振動(dòng)解析起重機(jī)吊起貨物做勻加速上升運(yùn)動(dòng)，起重機(jī)對(duì)物體做正功，機(jī)械能增加，解析起重機(jī)吊起貨物做勻加速上升運(yùn)動(dòng)，起重機(jī)對(duì)物體做正功，機(jī)械能增加，故故A錯(cuò)誤；平拋運(yùn)動(dòng)只有重力做功，機(jī)械能守恒，故錯(cuò)誤；平拋運(yùn)動(dòng)只有重力做功，機(jī)械能守恒，故B正確；沿著粗糙斜面正確；沿著粗糙斜面(斜面固斜面固定不動(dòng)定不動(dòng))勻速下滑的物體，摩擦力做負(fù)功，機(jī)械能減少，故不守恒，故勻速下滑的物體，摩擦力做負(fù)功，機(jī)械能減少，故不守恒，故C錯(cuò)誤；輕錯(cuò)誤；輕質(zhì)彈簧上端懸掛，重物系在彈簧的下端做上下振動(dòng)過程中只有重力和系統(tǒng)內(nèi)彈力質(zhì)彈簧上端懸掛，重物系在彈簧的下端做上下振動(dòng)過程中只有重力和系統(tǒng)內(nèi)彈力做功，故系統(tǒng)機(jī)械

15、能守恒，但物體機(jī)械能不守恒，故做功，故系統(tǒng)機(jī)械能守恒，但物體機(jī)械能不守恒，故D錯(cuò)誤。錯(cuò)誤。答案答案B觀察探究觀察探究如圖如圖2所示是運(yùn)發(fā)動(dòng)投擲鉛球的動(dòng)作，如果忽略鉛球所受空氣的阻力。所示是運(yùn)發(fā)動(dòng)投擲鉛球的動(dòng)作，如果忽略鉛球所受空氣的阻力。機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用圖圖2(1)鉛球在空中運(yùn)動(dòng)過程中，機(jī)械能是否守恒？鉛球在空中運(yùn)動(dòng)過程中，機(jī)械能是否守恒？(2)假設(shè)鉛球被拋出時(shí)速度大小一定，鉛球落地時(shí)的速度大小與運(yùn)發(fā)動(dòng)將鉛球拋出的方假設(shè)鉛球被拋出時(shí)速度大小一定，鉛球落地時(shí)的速度大小與運(yùn)發(fā)動(dòng)將鉛球拋出的方向有關(guān)嗎？向有關(guān)嗎？(3)在求解鉛球落地的速度大小時(shí)，可以考慮應(yīng)用什么規(guī)律？在求解鉛

16、球落地的速度大小時(shí)，可以考慮應(yīng)用什么規(guī)律？答案答案(1)由于阻力可以忽略，鉛球在空中運(yùn)動(dòng)過程中，只有重力做功，機(jī)械能守恒。由于阻力可以忽略，鉛球在空中運(yùn)動(dòng)過程中，只有重力做功，機(jī)械能守恒。(2)根據(jù)機(jī)械能守恒定律，落地時(shí)速度的大小與運(yùn)發(fā)動(dòng)將鉛球拋出的方向無(wú)關(guān)。根據(jù)機(jī)械能守恒定律，落地時(shí)速度的大小與運(yùn)發(fā)動(dòng)將鉛球拋出的方向無(wú)關(guān)。(3)可以應(yīng)用機(jī)械能守恒定律，也可以應(yīng)用動(dòng)能定理?？梢詰?yīng)用機(jī)械能守恒定律，也可以應(yīng)用動(dòng)能定理。探究歸納探究歸納1.機(jī)械能守恒定律的不同表達(dá)式機(jī)械能守恒定律的不同表達(dá)式 表達(dá)式表達(dá)式物理意義物理意義守恒守恒角度角度Ek1Ep1Ek2Ep2或或E初初E末末初狀態(tài)的機(jī)械能等于末狀

17、態(tài)的機(jī)械能初狀態(tài)的機(jī)械能等于末狀態(tài)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化角度角度Ek2Ek1Ep1Ep2或或EkEp過程中動(dòng)能的增加量等于勢(shì)能的減少量過程中動(dòng)能的增加量等于勢(shì)能的減少量轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移角度角度EA2EA1EB1EB2或或EAEB系統(tǒng)只有系統(tǒng)只有A、B兩物體時(shí)，兩物體時(shí)，A增加的機(jī)械能增加的機(jī)械能等于等于B減少的機(jī)械能減少的機(jī)械能(不用選擇參考平面不用選擇參考平面)2.應(yīng)用機(jī)械能守恒定律的解題步驟應(yīng)用機(jī)械能守恒定律的解題步驟試題案例試題案例例例2 如圖如圖3所示，質(zhì)量所示，質(zhì)量m70 kg的運(yùn)發(fā)動(dòng)以的運(yùn)發(fā)動(dòng)以10 m/s的速度從高的速度從高h(yuǎn)10 m的滑雪場(chǎng)的滑雪場(chǎng)A點(diǎn)點(diǎn)沿斜坡自由滑下，以最低點(diǎn)沿斜坡自由滑下

18、，以最低點(diǎn)B所在的水平面為零勢(shì)能面，一切阻力可忽略不計(jì)。所在的水平面為零勢(shì)能面，一切阻力可忽略不計(jì)。(取取g10 m/s2 )求運(yùn)發(fā)動(dòng)：求運(yùn)發(fā)動(dòng)： 圖圖3(1)在在A點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能；點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能；(2)到達(dá)最低點(diǎn)到達(dá)最低點(diǎn)B時(shí)的速度大??；時(shí)的速度大??；(3)相對(duì)于相對(duì)于B點(diǎn)能到達(dá)的最大高度。點(diǎn)能到達(dá)的最大高度。例例3 (2021青島高一檢測(cè)青島高一檢測(cè))如圖如圖4所示，所示，AB是傾角是傾角為為45的直軌道，的直軌道，CD是半徑是半徑R0.4 m 的圓弧軌道，它們通過的圓弧軌道，它們通過一段曲面一段曲面BC平滑相接，整個(gè)軌道處于豎直平面內(nèi)且處處平滑相接，整個(gè)軌道處于豎直平面內(nèi)且處處光滑。一個(gè)質(zhì)量光滑。一個(gè)質(zhì)量m1 kg的物體的物體(可以看作質(zhì)點(diǎn)可以看作質(zhì)點(diǎn))從高從高H的的地方由靜止釋放，結(jié)果它從圓弧最高點(diǎn)地方由靜止釋放，結(jié)果它從圓弧最高點(diǎn)D點(diǎn)飛出，垂直斜點(diǎn)飛出，垂直斜面擊中面擊中P點(diǎn)。點(diǎn)。P點(diǎn)與圓弧的圓心點(diǎn)與圓弧的圓心O等高，等高，g取取10 m/s2。求：。求：(1)物體擊中物體擊中P點(diǎn)前瞬間的速度；點(diǎn)前瞬間的速度；(2)在在C點(diǎn)軌道對(duì)物體的壓力大??；點(diǎn)軌道對(duì)物體的壓力大??；(3)物體靜止釋放時(shí)的高度物體靜止釋放時(shí)的高度H。圖圖4答案答案(1)4 m/s(2)70 N(