8.4 机械能守恒定律 课件-2022-2023学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

机械能守恒定律 人教版高中物理 必修2 第八章 机械能守恒定律 世界顶级名校“麻省理工学院”物理公开课片段赏析 麻省理工教授做的是一个十分有趣的关于机械能守恒定律的一个演示实验，如何才能保证实验成功呢？ 本节课我们将学习“机械能守恒定律”，探索能量转化所遵循的规律。 伽利略用这个实验证明了“物体的运动不需要力来维持”。该实验告诉我们，小球从A斜面上某一高度由静止滚下，如果没有任何阻力的影响，小球将到达斜面B的相同高度，将斜面B逐渐放平，小球依然能够到达和释放位置相同的高度，就好像它记得自己的初始高度一样，如果将斜面B放平，小球总想回到原来的高度，但总也回不去了，于是小球在水平面上一直运动下去，而不需要力的作用。 伽利略理想斜面实验的启示 为什么小球好像“记得”它原来的高度，“总想回到原来的高度”呢？ 小球好像记得起始高度或与起始高度相联系的某种“东西”，以至于小球必将准确的终止于它开始时的高度，不会更高一些，也不会更低一些。这说明某种“东西”在小球运动的过程中是不变的，这种东西就是“能量”。 追寻守恒量 物理学的发展始终伴随着对“守恒量”的追寻。“能量”概念的引入正是科学家们追寻守恒量的一个重要而生动的事例。 能量及其守恒的概念在伽利略理想斜面实验中已经难以置信的体现出来！ 小球从斜面A上滚下的过程：重力势能逐渐减小，而动能逐渐增大。 小球沿斜面B向上滚的过程：动能逐渐减小，而重力势能逐渐增大。 在这两个过程中，重力势能的变化量和动能的变化量大小上有什么定量的关系呢？ 1. 重力势能与动能相互转化 A-B：在这个过程中，物体的速度增加了，表示物体的动能增加了。这说明，物体原来的重力势能转化成了动能。 B-C：在这个过程中，物体的速度减小，表示物体的动能减少了。但由于物体的高度增加，它的重力势能增加了。 这说明，物体的动能转化成了重力势能。 结论: 物体的动能和重力势能可以相互转化。 2.弹性势能与动能相互转化 由小球接触弹簧到速度为零的这一过程中，弹力做负功，弹簧的弹性势能增加，而物体速度减小，动能减少。小球原来的动能转化成了弹性势能。 被压缩的弹簧具有弹性势能，当弹簧恢复原来形状时，把跟它接触的物体弹出去。这一过程中，弹力做正功，弹簧的弹性势能减少，而物体动能增加。弹簧原来的弹性势能转化成了物体的动能。 重力势能、弹性势能与动能都是机械运动中的能量形式，统称为机械能。 一、机械能 2、通过重力或弹力做功，机械能可以从一种形式转化成另一种形式。 1、概念：机械能是重力势能、弹性势能与动能的统称（总和）。 在油中，小球减小的重力势能除了转化为动能外，还有一部分转化为内能。 在真空中，小球减小的重力势能转化为动能。 那么，这两种过程有什么本质区别呢？ 如图，物体沿光滑曲面滑下的情形，物体的重力势能转化为动能。物体受到哪些力的作用？哪些力做功？重力势能和动能的相互转化是否存在某种定量关系呢？ 1、表述：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变。 2、表达式： EK1 + EP1 = EK2 + EP2 或 E1＝E2 3、守恒条件：物体系统内只有重力或弹簧弹力做功。 二、机械能守恒定律 思考讨论：如何理解只有重力做功？ （1）物体只受重力作用。 （2）物体除受重力外还受到其他力的作用，但其他力不做功。 平抛运动只受重力，机械能守恒。 物体沿光滑斜面下滑，受重力和支持力作用，但支持力不做功。 物体沿粗糙斜面下滑，拉力F大小和摩擦力 f 大小相等，拉力F和摩擦力f 做功的代数和为零。物体的机械能守恒。 （3）物体除受重力外还受到其他力的作用，但其他力做功的代数和为零。 解题步骤： (1)确定研究对象； (2)对研究对象进行受力分析； (3)判定各个力是否做功，分析是否符合机械能守恒的条件； (4)选取合适的零势能面，确定研究对象在始、末状态时的机械能； (5)根据机械能守恒定律列出方程，进行求解。 应用机械能守恒定律解决问题的优点： 只需考虑运动的初状态和末状态，不必考虑两个状态间过程的细节，这样就简化了计算。一些难于用牛顿运动定律解决的问题，应用机械能守恒定律可能会变得易于解决。 1.在下列情况中，机械能守恒的是 （ ） A．飘落的树叶 B．沿着斜面匀速下滑的物体 C．被起重机匀加速吊起的物体 D．不计空气阻力，推出的铅球在空中运动的过程 D 2.关于机械能守恒定律的适用条件，下列说法中正确的是( ) A. 物体所受的合外力为零时，机械能守恒 B. 物体沿斜面加速下滑过程中，机械能一定不守恒 C. 系统中只有重力和弹簧弹力做功时，系统的机械能守恒 D. 在空中飞