1.5 科学验证：机械能守恒定律 课件-2021-2022学年高一下学期物理鲁科版（2019）必修第二册

第5节：科学验证：机械能守恒定律 机械能：动能、重力势能、弹性势能 与物体的机械运动有关的能称之机械能 机械能可以相互转化 机械能在转化过程中遵循什么规律呢？ 机械能的总量保持不变？ 一、机械能守恒定律 机械能：动能、重力势能和弹性势能统称 机械能守恒定律 3、适用条件：只有重力 做功 2、表达式： EK2+EP2=EK1+EP1(E2＝E1 ) 只受重力 其他力不做功 4、时刻守恒，可任选初末状态 5、机械能守恒的另一表述：⊿E P ＝－⊿EK (不要取零势面) 重力势能的减少量（或增加量）等于动能的增加量（或减少量） ６、物体在只有弹力做功的情况下，只发生动能和弹性势能之间的相互转化，物体的机械能也守恒 （要取零势面） (弹力) (弹性) (弹力) 三、解题步骤： 比牛二优越：只涉及初末状态，不考虑中间过程,适用曲线运动 1、内容：在只有重力 做功的情况下，物体的动能和重力 势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变 机械能守恒定律实验探究 直接方法 测出物体在各个时刻的速率和高度 更简单的实验 利用速率为零的那些时刻比较高度 2mm 实验 G h v 1 1 A h v 2 2 B WG 重力势能 动能 =mgh 机械能守恒定律理论推导 做自由落体运动的小球经过A、B两点，在AB过程中，重力做的功为 所以 动能定理: W合=ΔEK 重力做功和重力势能的关系： WG=-ΔEP 只受重力 还受其它力,其他力不做功 适用条件:只有重力做功 不受阻力 v0 v0 v0 下列运动满足机械能守恒的是： 1、手榴弹抛出后的运动(不计阻力) 2、被匀速吊起的集装箱 3、雨滴(降落伞)在空中匀速下落 4、物体沿斜面匀速下滑 5、圆锥摆球在水平面内做匀速圆周运动 6 、子弹射穿木块 判断:除重力做功外，其他力做的功之和为零，物体的机械能守恒吗? 平衡状态 F合=0 W合=0 机械能一定守恒 ? F f WF 化学能 Wf 机械能 内能 机械能恒定 在只有弹力做功的情形下，物体系（物体和弹簧）的机械能也守恒 只有重力和弹力做功,物体的机械能守恒 判断:在光滑水平面上运动的小球，碰到弹簧上，把弹簧压缩后又被弹簧弹回来，小球的机械能守恒 小球和弹簧组成的系统 进一步认识机械能守恒定律 应用机械能守恒定律解题的一般步骤： 1、明确研究对象和运动过程 2、受力分析、做功分析，判断机械能守恒 3、确定初末状态，选定零势能面，确定初末状态的机械能 4、根据机械能守恒定律列方程求解 例：如图所示，在竖直平面内有一段四分之一圆弧轨道半径OA在水平方向，一个小球从顶端A点由静止开始下滑，已知轨道半径R＝10cm，不计摩擦，求小球刚离开轨道底端B点时的速度大小？ 光滑曲面 E1=mgR 机械能守恒E1=E2 E2= mv2 1 2 mgR= mv2 1 2 V= 2gR 解：小球运动过程中，不计摩擦阻力，机械能守恒 以小球运动最低点为参考面，确定初末状态机械能 例2：如图，一质量为m的小球从光滑斜面上高为h=4R处由静止滑下，斜面底端紧接着一个半径为R的光滑圆环，求：小球滑至圆环顶点时的速度各多大？ h R 2R 初位置 末位置 E1=mgh=4mgR 机械能守恒E1=E2 光滑曲面 解：小球在光滑面运动机械能守恒，取最低点的水平面为零势能面 E2=mg2R+ mv2 1 2 得：v2=2 gR 例4将一物体从15m高的楼顶以10m/s的速度抛出，不计阻力，则小球落到地面的速度大小？ h 抛体运动 v0 v0 v0 v0 h 解：小球在运动中不计阻力机械能守恒，取地面零势能面 E1=mgh＋ mv０2 1 2 机械能守恒E1=E2 得：vt= 2gh+v02 E2= mvt2 1 2 mgh+ = mv０2 1 2 mvt2 1 2 二、验证机械能守恒定律 实验目的 1．巩固用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度的方法。 2．掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律的原理和方法。 实验器材 打点计时器、交流电源、纸带、复写纸、重物、天平、砝码、刻度尺、带有铁夹的铁架台、导线。 实验原理 通过实验，测出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律。 实验步骤 1．测质量：使用天平称出重物的质量。 2．安装置：按图将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路。 3．打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。先接通电源，然后再松开纸带，让重物带着纸带自由下落。更换纸带，按上述要求再重复做3～5次。     5