7.5 机械能守恒定律课件-2021-2022学年高一下学期物理沪科版（2020）必修第二册

第五节 机械能守恒定律 1 问题思考 下列各物体运动过程中具有哪些能？它们分别发生怎样的变化？ 一、机械能 1、动能、势能统称为机械能。一个物体的机械能就等于它的动能和势能的代数和。 2、在做功的过程中，动能、重力势能和弹性势能之间可以相互转化。 2 自主活动 用绳子将提桶悬挂在门框下，拉离竖直位置并凑近自己的鼻子，如果静止放手后站着不动，提桶前后摆动过程中是否会碰到鼻子？ 3 自主活动 小球做自由落体运动，重力势能减少、动能增加，请猜想机械能总量如何变化？并给出理论证明。 小球做自由落体运动的过程，动能与重力势能相互转化，机械能总量不变。 4 二、机械能守恒定律 1、内容：在只有重力和弹力做功的系统内，动能与势能相互转化，机械能总量不变。 2、表达式：E1＝E2 Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2 表示所研究的物理过程中的任意两个状态的机械能总量相等。 要选零势能面。 3、条件：只有重力和弹力做功、动能与势能发生相互转化。 4、研究对象：一定是系统。 课堂活动：一、机械能守恒定律的理论证明 典型例题1：如图，质量为m的摆锤从高为hA处静止释放，摆动过程中不计空气阻力，经过高为hB处时的速度为vB。以摆锤经过的最低点为零势能面。 ①写出摆锤在高为hA、hB处的机械能EA、EB； ②理论证明EB＝EA。 6 课堂活动：二、机械能守恒的条件 典型例题2：判断下列实例中，哪些满足机械能守恒？为什么？说明理由。 （1）跳伞运动员带着张开的降落伞在空气中匀速下降； （2）不计空气阻力，把实心球斜向上抛出； （3）物体沿着光滑的曲面滑下； （4）拉着一个物体沿着光滑的斜面匀速上升。 阻力对人做负功，机械能不守恒 只有重力对实心球做功，机械能守恒 支持力不做功，只有重力对物体做功，机械能守恒 拉力对物体做功，机械能不守恒 7 课堂活动：三、机械能守恒定律的应用 典型例题3：如图，小明在观看杂技表演，这里是动能和势能转化的“舞台”。空中飞人、空中抛接、大跳板、滑竿、滚环、鞭术和连串的跟斗，令人眼花缭乱。 （1）“空中抛接”节目中，被抛出的演员在空中运动时，速度大小变化吗？（不计空气阻力） （1）抛出的人在运动过程中，重力势能与动能相互转化，高度变化，因此速度大小会变化； 8 课堂活动：三、机械能守恒定律的应用 典型例题3： （2）“大跳板”节目中，为什么要两个演员同时跳下来？（不计压板的能量损失） （3）“滑竿”节目中，人沿杆下滑的全过程中机械能守恒吗？ （2）增加开始的重力势能，提高对面人的起跳速度，从而使他上升得更高； （3）人先加速后匀速或减速下滑，有摩擦力或阻力做负功，机械能不守恒。 9 二、机械能守恒定律 5、解题步骤 ①确定研究对象； ②明确运动过程，分析物体受力、各力做功情况，判断是否符合机械能守恒条件； ③选取零势能面，确定初状态和末状态的机械能； ④根据机械能守恒定律列方程求解。 课堂活动：三、机械能守恒定律的应用 典型例题4：如图，运动员站在滑板上从光滑坡面上的A点以2m/s的速度大小沿着斜坡滑下，到达B点时的速度大小为10m/s。 （1）求A、B两点间的竖直高度h； （2）如果运动员由B以速度vBʹ=7m/s冲上坡面，求他能到达的最高点高度hʹ； （1）运动过程中只有重力做功，机械能守恒。选B所在的水平面为零势能面 （2）从坡底运动到最高点过程中只有重力做功，机械能守恒。选B所在的水平面为零势能面 11 课堂活动：三、机械能守恒定律的应用 典型例题4：如图，运动员站在滑板上从光滑坡面上的A点以2m/s的速度大小沿着斜坡滑下，到达B点时的速度大小为10m/s。 （3）如果运动员由坡底B点沿坡面向A点运动且恰好能到达A点，则在B点时至少以多大速度vB小向坡上运动？ （3）恰好能到达A点的条件是vA＝0 从坡底运动到A过程中只有重力做功，机械能守恒。选B所在的水平面为零势能面 12 课堂活动：三、机械能守恒定律的应用 典型例题5：如图，小明乘雪橇沿光滑雪坡从高为20m的A点滑到B点，接着沿粗糙水平面滑到C点停止。小明与雪橇的总质量为60kg，设不计空气阻力且在B点处没有能量损失。下表记录了下滑过程的有关数据。 （1）以水平面BC为零势能面，求出小明与雪橇在A、C两点处的机械能EA、EC，比较大小关系并分析原因； 位置 A B C 速度（m/s） 0   0 时刻（s） 0 4 10 （1）以水平面BC为零势能面， EA＝EkA＋EpA＝0＋mghA＝60×10×20J＝12000J EC＝EkC＋EpC＝0＋0＝0J EC＜EA；在粗糙水平面BC运动时，人与雪橇克服摩擦阻力做功，机械能减少。 13 课堂活动：三、机械能守恒定律的应用 典型例题5：如图，小明乘雪橇沿光滑雪坡