【金牌學(xué)案】年高中物理 第四章 第四節(jié) 機(jī)械能守恒定律課件 粵教必修2

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＋Ep22．表達(dá)式：Ek1＋Ep1＝__________或ΔEp＋ΔEk＝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4－4－3A．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：CD1．(雙選，2011年東山中學(xué)學(xué)期末)關(guān)于機(jī)械能能是否守恒恒，下列敘述中正正確的是()BDA．做勻速直直線運(yùn)動(dòng)的的物體的機(jī)機(jī)械能一定定守恒B．做勻變速速運(yùn)動(dòng)的物物體的機(jī)械械能可能守守恒C．外力對物物體做功為為零時(shí)，機(jī)機(jī)械能一定定守恒D．只有重力力對物體做做功，物體體機(jī)械能一一定守恒要點(diǎn)2機(jī)械能守恒定定律的運(yùn)用1．機(jī)械能守守恒定律的三三種表達(dá)式(1)Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2，即初狀態(tài)的的動(dòng)能與勢能能之和等于末末狀態(tài)的動(dòng)能與與勢能之和，，選用該表達(dá)達(dá)式時(shí)，應(yīng)恰恰當(dāng)選取參考考平面．(2)ΔEk＝－ΔEp或ΔEp＝－ΔEk，即動(dòng)能(或或勢能)的增增加量等于勢能(或動(dòng)動(dòng)能)的減少少量．(3)ΔEA＝－ΔEB，即A物體機(jī)械能的的增加量等于于B物體機(jī)械能的減少量量．2．解題步驟驟(1)根據(jù)題題意，先選取取研究對象(物體或系統(tǒng)統(tǒng))．(2)明確研研究對象的運(yùn)運(yùn)動(dòng)過程，分分析對象在過過程中的受力力情況及各力做功功情況，判斷斷是否滿足機(jī)機(jī)械能守恒的的條件．(3)選取恰恰當(dāng)?shù)谋磉_(dá)式式列方程求解解．機(jī)械能守恒定律動(dòng)能定理應(yīng)用范圍只有重力和彈力做功時(shí)無條件限制物理意義其他力(重力、彈力以外)所做的功是機(jī)械能變化的量度合外力對物體做的功是動(dòng)能變化的量度關(guān)注角度守恒的條件和始末狀態(tài)機(jī)械能的形式及大小動(dòng)能的變化及改變動(dòng)能方式(合外力做功情況)說明等號右邊表示動(dòng)能增加量時(shí)，左邊表示勢能的減少量，“mgh”表示重力勢能(或重力勢能的變化)等號左邊是合外力的功，右邊是動(dòng)能的增量，“mgh”表示重力的功3．機(jī)械能守恒恒定律和動(dòng)能能定理的比較較【例2】如圖4－4－4所示，一固定定的楔形木塊塊，其斜面的傾角為θ＝30°，另一邊與地地面垂直,頂上有一個(gè)定定滑輪,一根柔軟的不可伸長長的細(xì)線跨過過定滑輪，兩兩端分別與物物塊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按在地面上不不動(dòng)，然后放開手，，讓A沿斜面下滑而而B上升，物塊A與斜面間無摩摩擦．求當(dāng)A沿斜面下滑距距離s時(shí)，A、B的速度大小為為多少？圖4－4－4解：因軟繩不可伸伸長，可知A下滑了s，B上升的距離也也為s，且A、B的速度大小相相等，設(shè)其速速度為v，把A、B看做一個(gè)系統(tǒng)．系統(tǒng)中中僅有重力做做功，機(jī)械能能守恒．方法一：假設(shè)地面為零零勢能面，未未下滑時(shí)A到斜面底端距距離為l，有Ek1＝0，Ep1＝EpA1＝4mglsinθ當(dāng)A沿斜面下滑距距離s時(shí)，有2．如圖4－4－5所示，質(zhì)量為為m的木塊放在光光滑的水平桌面上，用輕輕繩繞過桌邊邊定滑輪與質(zhì)質(zhì)量為M的砝碼相連，，讓繩拉直后使砝碼碼從靜止開始始下降h(h小于桌面的高高度)的距離，木塊仍在桌面上上，則砝碼的的速度大小為為多少？圖4－4－5從能量轉(zhuǎn)化觀觀點(diǎn)解決機(jī)械械能守恒問題題【例3】(雙選)如圖4－4－6，質(zhì)量分別為為m和2m的兩個(gè)小球A和B，中間用輕質(zhì)質(zhì)桿相連，在在桿的中點(diǎn)O處有一固定轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，把桿置置于水平位置置后釋放，在在B球順時(shí)針擺動(dòng)動(dòng)到最低位置的過程中()圖4－4－6A．B球的重力勢能能減少，動(dòng)能能增加，B球和地球組成成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒恒B．A球的重力勢能能增加，動(dòng)能能也增加，A球和地球組成成的系統(tǒng)機(jī)械能不不守恒C．A球、、B球和和地地球球組組成成的系系統(tǒng)統(tǒng)機(jī)機(jī)械械能能守守恒恒D．A球、、B球和和地地球球組組成成的的系系統(tǒng)統(tǒng)機(jī)機(jī)械械能能不不守守恒恒錯(cuò)因因：：認(rèn)為為桿桿施施的的力力沿沿桿桿方方向向，，拉拉力力不不做做功功，，只只有有重重力力做做功，，A、B球的的機(jī)機(jī)械械能都都守守恒恒．．正解解：：B球從從水水平平位位置置下下擺擺到到最最低低點(diǎn)點(diǎn)過過程程中中，，受受重重力力和和桿桿的作作用用力力，，桿桿的的作作用用力力方方向向待待定定．．下下擺擺過過程程中中重重力力勢勢能能減減少少，，動(dòng)能能增增加加，，但但機(jī)機(jī)械械能能是是否否守守恒恒不不確確定定．．A球在在B下擺擺過過程程中中，，重力力勢勢能能增增加加，，動(dòng)動(dòng)能能增增加加，，機(jī)機(jī)械械能能增增加加．．由由于于A、B系統(tǒng)統(tǒng)只只有