3.3机械能守恒定律及其应用 课件 -2023-2024学年高一下学期（中职）物理湖南科技版电工电子类

03 功与能 导入 生活中的能量 能量与我们的生活息息相关。风力、水力发电，将风的动能、水的重力势能转化成了电能；高速列车行驶，将电能转化为动能；用电磁炉烧水、煮饭，将电能转化为内能……人类活动离不开能量的转化。如何量度能量的转化？能量的转化遵循着怎样的规律？通过本章的学习，认识了功和机械能之间的关系，你就会明白其中的道理。 第三节 机械能守恒定律及其应用 瀑布从悬崖上倾泻而下（图 3-11），发出震耳的轰鸣，这巨大的威力，源于悬崖上方的河水处于一定高度而具有巨大的能量。 这种能量有什么特点？水在下落过程中的能量如何转化？本节将学习重力势能、弹性势能及机械能守恒定律。 第三节 机械能守恒定律及其应用 一、重力势能 被举高的物体能够做功，因而具有能量。在物理学中， 把物体因为处于一定高度而具有的能量称为重力势能。例如， 瀑布上方的河水、打桩时被举高的夯锤等，都具有重力势能。 物体重力势能的大小与哪些因素有关呢？下面我们通过实验来回顾初中物理学习过的内容。 第三节 机械能守恒定律及其应用 一、重力势能 做中学 物体的重力势能大小与哪些因素有关 如图 3-12 所示，让同一个小球分别从不同高度由静止释放并落入沙中，观察小球在沙中陷入的深度。再将两个大小相同、质量不同的小球，分别从同一高度由静止释放 落入沙中，观察两个小球在沙中陷入的深度。 对比观察到的现象，你能得出什么结论？ 第三节 机械能守恒定律及其应用 一、重力势能 由实验可知，物体重力势能的大小与物体的质量大小以 及所处的高度有关。物体的质量 越大，高度 越高，它具有的重力势能就越大。在物理学中，重力势能用符号 表示，其计算公式为 重力势能是标量。在国际单位制中，它的单位和功的单位相同，都是焦耳，符号为 J。 物体所处的高度总是相对一定的水平面而言，相对于不 同的水平面，物体所处的高度是不同的。为了便于研究问题， 我们一般先选定某一个水平面作参考。若把这个水平面的高 度设为零，则物体在该水平面的重力势能也为零，这样的水 平面称为零势能参考平面。 第三节 机械能守恒定律及其应用 一、重力势能 重力做功与重力势能变化的关系 对确定的参考平面，物体的高度发生变化时，其重力势能也要发生变化，而这一过程必然伴随着重力做功。重力做功与重力势能变化有着怎样的 关系？ 如图 3-13 所示，一个质量为 的物体， 从 点沿斜面滑到 点，位移为 ，斜面与 竖直方向的夹角为 ， 点的高度为 ， 点 的高度为 。根据功的定义，物体从 A 点到 点过程中，重力做的功为 。若物体从 点先竖直运动到 点，再水平运动 到 点，由于物体从 点运动到 点的过程 中重力不做功，因此物体沿该路径重力做的功为 。 拓展一步 第三节 机械能守恒定律及其应用 一、重力势能 这表明，从 点到 点，虽然路径不同，但重力做的功是相同的。还可 以证明，无论物体沿哪条路径从 点运动到 点，其重力做的功皆为 。由此可知，重力做功的多少与始末位置的高度差有关，与路径无关，且 等于重力势能的减少量。 拓展一步 第三节 机械能守恒定律及其应用 二、弹性势能 在射箭比赛中，运动员的手一松开，拉弯的弓在恢复原状的过程中就能把箭发射出去（图 3-14）。可见，发生形变的物体在恢复形变的过程中也能做功，因而也具有能量。物理学中，把物体因为发生弹性形变而具有的能量称为弹性势能。拉弯的弓、击球时的球拍以及被拉长或压缩的弹簧等都具有弹性势能。 第三节 机械能守恒定律及其应用 二、弹性势能 研究表明，弹性势能的大小跟物体发生形变的大小有关。 在弹性限度内，物体形变越大，弹性势能越大。 弹性势能和重力势能一样，其大小都与物体间的相对位 置有关：重力势能的大小与物体和参考平面的相对位置有关， 弹性势能的大小与发生弹性形变的物体各部分的相对位置有关。人们把这类由相对位置决定的能量称为势能。 第三节 机械能守恒定律及其应用 三、机械能守恒定律 物理学中，将物体的动能与重力势能（弹性势能）之和称为机械能。通过重力或弹力做功，机械能可以从一种形式转化为另一种形式。 下面，我们先观察一个实验。 做中学 小球能碰到鼻子吗 如图 3-15 所示，把悬挂的小球拉至鼻尖处从静止释放，人立于原地保持不动，小球摆动回来时会碰到鼻子吗？ 第三节 机械能守恒定律及其应用 三、机械能守恒定律 虽然我们会担心小球碰到鼻子，但从实验结果看，小球碰不到鼻子。这是为什么呢？我们可从能量转化的角度得到答案。 实验中，小球在来回摆动，其动能和重力势能在相互转化。当小球高度减小时，重力势能转化为动能；当小球高度增大