8.4 机械能守恒定律（教学课件）【教学无忧】2022-2023学年高一物理同步精品备课（人教版2019必修第二册）

8.4 机械能守恒定律 人教版（2019）物理（必修第二册） 第八章 机械能守恒定律 老师： 授课时间： 1 课堂导入 生活中有很多动能和势能相互转化的例子 动能和势能之间的转化是通过什么来实现的呢？动能和势能之间的相互转化遵循什么规律呢？ 一、追寻守恒量 伽利略理想斜面实验 A B h h' 探究：　小球能否到达等高处 试证明：小球在光滑的斜面Ａ上从高为h处由静止滚下，滚上另一光滑的斜面Ｂ，速度变为零时的高度为h'，h和h'的大小关系怎样？如果减小斜面B的倾角呢？ 一、追寻守恒量 在A斜面上： a＝gsinα x＝ v2/2a h ＝ x sinα＝v2/2g 在B斜面上： a'＝－gsinβ x'＝（0－v2）/2a' h' ＝ x'sinβ = v2/2g 结论：h'＝h，且与β角的大小无关。 A B h h' α β 证明：　 一、追寻守恒量 　　实验表明：斜面上的小球在运动过程中好像“记得 ”自己起始的高度（或与高度相关的某个量）。 后来的物理学家把这一事实说成是“某个量是守恒的”,并且把这个量叫做能量或能。 A B h h' α β 一、追寻守恒量 碰鼻实验： 如图所示，把悬挂的小球拉至鼻尖由静止释放，实验者立于原地不动，小球来回摆动，小球能否碰到鼻子？为什么？ 重力 势能 动能 重力做功 一、追寻守恒量 二、动能与势能的相互转化 物体沿光滑的斜面滑下时，重力对物体做正功，物体的重力势能减少，但物体的动能却增加了。 A B h h' 这说明动能和重力势能之间可以相互转化。 二、动能与势能的相互转化 A→B：物体的速度增加，即物体的动能增加，说明物体的重力势能转化成了动能。 A C B B→C：重力对物体做负功，物体的速度减小，即动能减少。但高度增加，即重力势能增加。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。 不仅动能与重力势能之间可以相互转化，动能和弹性势能之间也可以相互转化。 二、动能与势能的相互转化 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。 v=6m/s v=0 二、动能与势能的相互转化 被压缩的弹簧具有弹性势能，当弹簧恢复原来形状时，就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，而物体得到一定的速度，动能增加。物体原来的弹性势能转化成了动能。 弹簧恢复原来形状 v=6m/s 压缩的弹簧 v=0 2.弹性势能与动能相互转化 二、动能与势能的相互转化 3.机械能 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（mechanical energy）。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。 （2）机械能是标量，具有相对性 （1）表达式： 二、动能与势能的相互转化 一个小球在真空中做自由落体运动，另一个同样的小球在黏性较大的液体中由静止开始下落。它们都由高度为 h1 的地方下落到高度为 h2 的地方。在这两种情况下，重力做的功相等吗？重力势能的变化相等吗？动能的变化相等吗？重力势能各转化成什么形式的能？   想一想 三、机械能守恒定律 如下图中，质量为m的物体均从高为h1的A点运动到高为h2的B点，求这四个过程中重力对物体做的功？（不计空气阻力和摩擦阻力） 若物体在A点的速度为v1，所有阻力均不计，求物体到达B点时的动能Ek2 由动能定理知： 机械能守恒定律推导 由重力做功与重力势能的关系得 三、机械能守恒定律 上述四例中有何共性？ 故： 上式表示：动能和重力势能之和即总的机械能保持不变。 1.只有重力做功； 2.动能与势能在相互转化。 移项 即ΔEk=−ΔEP 机械能守恒定律推导 三、机械能守恒定律 如果物体沿粗糙面下滑呢？ 粗糙曲面滑下 v0 mg FN F阻 Ek2+EP2≠Ek1+EP1 即 E1≠E2 结论：除重力外有其他力做功，机械能改变。 想一想 在只有重力做功的物体系统内，动能与重力势能可以互相转化，而总的机 械能保持不变。 三、机械能守恒定律 若地面光滑，根据动能定理 W弹=Ek2-Ek1 W弹=-ΔEp=Ep1-Ep2 由两式得Ek2-Ek1=Ep1-Ep2 Ek2+Ep2=Ek1+Ep1 即E2=E1 Ek2 Ep2 Ek1 Ep1 在只有弹簧弹力做功的物体和弹簧系统内，动能和弹性势能相互转化，且 机械能的总量保持不变。 由弹力做功与弹性势能的变化关系得 在光滑水平面上，设弹簧被压缩x1时弹性势能为EP1，动能为EK1,设弹簧被压缩