高中物理【机械能守恒定律】优秀课件.ppt
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机械能守恒定律,一追寻守恒量1伽利略斜面实验探究让静止的小球沿一个斜面滚下,小球将滚上另一个对接斜面,没有摩擦时,hA_hB,如图所示。
看起来小球好像“记得”自己的起始高度或与高度相关的某个量。
这一事实被后来的物理学家说成是“某个量是守恒的”,并且把这个量叫作能量。
2能的转化:
在伽利略的理想斜面实验中,小球的_和_相互转化。
重力势能,动能,二动能与势能的相互转化1物体沿光滑斜面上升,重力对物体做_功,物体的速度减小,动能_,高度增加,物体的重力势能增加。
2被压缩的弹簧恢复原长时,弹力对与它接触的物体做_功,物体的速度_,弹簧的弹性势能_,物体的动能_。
3_、_与_都是机械运动中的能量形式,统称为机械能。
机械能可以从一种形式_成另一种形式。
4机械能是状态量,是_量,没有方向但有正负之分。
负,减少,正,变大,减少,增加,重力势能,弹性势能,动能,转化,标,三机械能守恒定律1推导:
在图中,物体在某一时刻处在位置A,这时它的动能是Ek1,重力势能是Ep1,总机械能是E1Ek1Ep1。
经过一段时间后,物体运动到另一位置B,这时它的动能是Ek2,重力势能是Ep2,总机械能是E2Ek2Ep2。
忽略运动过程中物体受到的阻力。
由动能定理知,WG_。
Ek2Ek1,根据重力对物体做的功与重力势能的关系有WG_。
从以上两式可得Ek2Ek1Ep1Ep2,则Ek2Ep2Ek1Ep1,即E2E1。
Ep1Ep2,2内容:
在只有_或_做功的物体系统内,动能与势能可以相互转化,而总的机械能_。
重力,弹力,保持不变,机械能守恒条件的理解与判断,如图所示,两位小朋友在蹦床上玩得非常开心。
试思考以下问题。
(1)右边的男孩离开蹦床后飞向空中的过程中,机械能守恒吗?
提示:
(1)守恒。
男孩离开蹦床后只受重力作用,只有重力做功,机械能守恒。
(2)左边的女孩若已落在蹦床上,使蹦床下陷,她的机械能守恒吗?
提示:
(2)不守恒。
因为她受到的蹦床的弹力做负功,她的机械能减少,机械能不守恒。
1对机械能守恒条件的理解机械能守恒的条件是只有重力或弹力做功,可分为以下三种情况:
(1)只受重力作用:
如在不考虑空气阻力情况下的各种抛体运动(自由落体、竖直上抛、平抛、斜抛等)。
(2)受其他力,但其他力不做功,只有重力或弹力做功,例如:
物体沿光滑的曲面下滑,受重力、曲面的支持力作用,但曲面的支持力对物体不做功。
在光滑水平面上运动的小球碰到弹簧,把弹簧压缩后又被弹簧弹回来。
(3)除重力和弹力之外,还有其他力做功,但其他力做功的总和为零,系统机械能没有转化为其他形式的能,物体的机械能不变,这不是真正的守恒,但也可以当作守恒来处理。
2机械能守恒的判断
(1)用做功来判断:
分析物体或系统受力情况(包括内力和外力),明确各力做功的情况,若对物体或系统只有重力或弹力做功,没有其他力做功或其他力做功的代数和为零,则机械能守恒。
(2)用能量转化来判定:
若系统中只有动能和势能的相互转化,无机械能与其他形式的能的转化,则系统机械能守恒。
下列对配图的说法正确的是(),A图1中“蛟龙号”被吊车吊下水的过程中,它的机械能守恒B图2中物块在恒力F作用下沿固定光滑斜面匀速上滑过程中,物块机械能守恒C图3中物块沿固定斜面匀速下滑过程中,物块机械能不守恒D图4中撑竿跳高运动员在上升过程中机械能守恒,思路点拨解答此题应注意把握以下两点:
(1)机械能守恒时物体或系统的受力特点。
(2)机械能守恒时能量转化特点。
答案C解析图1中“蛟龙号”被吊车吊下水的过程中,钢绳的拉力对它做负功,所以机械能不守恒,故A错误;图2中物块在F作用下沿固定光滑斜面匀速上滑,力F做正功,物块机械能增加,故B错误;图3中物块沿固定斜面匀速下滑,在斜面上物块受力平衡,重力沿斜面向下的分力与摩擦力平衡,摩擦力做负功,物块机械能减少,故C正确;图4中撑竿跳高运动员在上升过程中撑竿的弹性势能转化为运动员的机械能,所以运动员的机械能不守恒,故D错误。
名师点评判断机械能是否守恒应注意的问题
(1)合力为零是物体处于平衡状态的条件。
物体受到的合力为零时,它一定处于匀速运动状态或静止状态,但它的机械能不一定守恒。
(2)合力做功为零是物体动能守恒的条件。
合力对物体不做功,它的动能一定不变,但它的机械能不一定守恒。
(3)只有重力或系统内弹力做功是机械能守恒的条件。
只有重力对物体做功时,物体的机械能一定守恒;只有重力或系统内弹力做功时,系统的机械能一定守恒。
1.如图所示实例中均不考虑空气阻力,系统机械能守恒的是(),D,解析:
人上楼、跳绳过程中机械能不守恒,从能量转化角度看都是消耗人体的化学能;水滴石穿,水滴的机械能部分转变为内能;弓箭射出过程中是弹性势能与动能、重力势能的相互转化,只有重力和弹力做功,系统机械能守恒。
2.(多选)如图所示,一根轻弹簧下端固定,竖立在水平面上。
其上方A位置有一小球,小球从静止开始下落到B位置接触弹簧的上端,在C位置小球所受弹力大小等于重力,在D位置小球速度减小到零。
不计空气阻力,则小球()A下落至C处时速度最大B由A至D下落过程中机械能守恒C由B至D的过程中,动能先增大后减小D由A至D的过程中重力势能的减少量等于弹簧弹性势能的增加量,ACD,解析:
小球从B至C过程,重力大于弹力,合力向下,小球加速运动,小球从C至D过程,重力小于弹力,合力向上,小球减速运动,所以动能先增大后减小,在C点速度最大,故A、C正确;由A至B下落过程中小球只受重力,其机械能守恒,从BD过程,小球和弹簧组成的系统机械能守恒,但小球的机械能不守恒,故B错误;在D位置小球速度减小到零,小球的动能为零,则从AD的过程中,根据机械能守恒定律知,小球重力势能的减少量等于弹簧弹性势能的增加量,故D正确。
机械能守恒定律的应用
(1)运动员抛出的铅球所受空气的阻力远小于其重力,铅球在空中运动过程中,能否视为机械能守恒?
提示:
(1)由于阻力远小于重力,可以认为铅球在空中运动过程中,只有重力做功,机械能守恒。
(2)若铅球被抛出时速度大小一定,铅球落地时的速度大小与运动员将铅球抛出的方向有关吗?
提示:
(2)根据机械能守恒定律,落地时速度的大小与运动员将铅球抛出的方向无关。
1机械能守恒定律的不同表达式,2.应用机械能守恒定律解题的步骤,ABC,角度2多物体组成系统的机械能守恒问题如图所示,质量分别为3kg和5kg的物体A、B,用轻绳连接跨在一个定滑轮两侧,轻绳正好拉直,且A物体底面与地接触,B物体距地面0.8m。
(g取10m/s2),
(1)放开B物体,求B物体着地时A物体的速度大小。
答案
(1)2m/s,
(2)B物体着地后A物体还能上升多高?
答案
(2)0.2m,名师点评多物体机械能守恒问题的分析方法
(1)对多个物体组成的系统要注意判断物体运动过程中,系统的机械能是否守恒。
(2)列机械能守恒方程时,一般选用EkEp或EAEB的形式。
(3)多物体机械能守恒问题的三点注意正确选取研究对象。
合理选取物理过程。
正确选取机械能守恒定律常用的表达形式列式求解。
3.(多选)质量相同的小球A和B分别悬挂在长为L和2L的不同长绳上,先将小球A、B拉至同一水平高度(如图所示)从静止释放,当两绳竖直时,不计空气阻力,则()A两球的速率一样大B两球的动能一样大C两球的机械能一样大D两球所受的拉力一样大,CD,C,1在应用机械能守恒定律处理实际问题时,经常遇到像“链条”“液柱”类的物体,其在运动过程中将发生形变,其重心位置相对物体也发生变化,因此这类物体不能再看成质点来处理。
2物体虽然不能看成质点来处理,但因只有重力做功,物体整体机械能守恒。
一般情况下,可将物体分段处理,确定质量分布均匀的规则物体各部分的重心位置,根据初、末状态物体重力势能的变化列式求解。
非质点类物体的机械能守恒问题,如图所示,有一条质量为m、长为L的均匀金属链条,有一半长度在光滑斜面上,斜面倾角为30,另一半长度沿竖直方向垂在空中。
(1)若选择斜面顶端为零势能点,求链条的机械能;,
(2)当链条从静止释放后,链条滑动,求链条全部刚好滑出斜面的瞬间,它的速度的大小。
C,1(多选)如图所示,下列关于机械能是否守恒的判断正确的是(),A甲图中,物体A将弹簧压缩的过程中,A机械能守恒B乙图中,A置于光滑水平面,物体B沿光滑斜面下滑,物体B在下滑过程中机械能守恒C丙图中,不计阻力和定滑轮质量时A加速下落,B加速上升过程中,系统机械能守恒D丁图中,小球沿水平面做匀速圆锥摆运动的过程中,小球的机械能守恒答案:
CD,解析:
在物体A压缩弹簧的过程中,弹簧和物体A组成的系统只有重力和弹力做功,系统机械能守恒,对于A,由于弹簧的弹性势能在增加,则A的机械能减小,故A错误;物块B沿A下滑的过程中,A要向后退,A、B组成的系统,只有重力做功,机械能守恒,由于A的机械能增大,所以B的机械能在减小,不守恒,故B错误;对A、B组成的系统,不计空气阻力,只有重力做功,A、B组成的系统机械能守恒,故C正确;小球在做圆锥摆运动的过程中,重力势能和动能都不变,机械能守恒,故D正确。
2如图所示,由距离地面h21m的高度处以v04m/s的速度斜向上抛出质量为m1kg的物体,当其上升的高度为h10.4m时到达最高点,最终落在水平地面上,现以过抛出点的水平面为零势能面,重力加速度g取10m/s2,不计空气阻力,则()A物体在最大高度处的重力势能为14JB物体在最大高度处的机械能为16JC物体在地面处的机械能为8JD物体在地面处的动能为8J,C,解析:
物体在最高点时具有的重力势能Ep1mgh11100.4J4J,A错误;物体在最高点时具有的机械能等于刚抛出时的动能,即8J,B错误;物体在下落过程中,机械能守恒,任意位置的机械能都等于8J,C正确;物体落地时的动能EkEEp2Emg(h2)8J110
(1)J18J,D错误。
3.(多选)如图所示,光滑细杆AB、AC在A点连接,AB竖直放置,AC水平放置,两相同的中心有小孔的小球M、N分别套在AB和AC上,并用一细绳相连,细绳恰好被拉直。
现由静止释放M、N,在运动过程中,下列说法正确的是()AM球的机械能守恒BM球的机械能减小CM和N组成的系统机械能守恒D绳的拉力对N做负功,BC,解析:
因M下落的过程中细绳的拉力对M球做负功,对N球做正功,故M球的机械能减小,N球的机械能增加,但M和N组成的系统的机械能守恒,B、C正确,A、D错误。
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