4.7生活和生产中的机械能守恒 课件 -2023-2024学年高一下学期物理粤教版(2019)必修第二册

by甘腾胜@20220202 新粤教版(2019)高中物理必修第二册 第四章 4.7 生活和生产中的机械能守恒 1、内容：在只有重力或弹簧弹力做功的系统内，动能与势能发生相互转化，而系统的机械能保持不变。 2、守恒条件：只有重力做功或弹簧弹力做功(物体可还受其他力，但其他外力或内力不做功或做功为零） 3、表达式： 复习回顾 机械能守恒定律 落锤打桩机 落锤打桩机是建筑物基础建设的常用工程机械。该设备利用桩锤自由落体积累的动能把管桩打入地层。 落锤打桩机主要由桩锤、卷扬机和导向架组成，如图所示。打桩时，桩锤由卷扬机用吊钩提升到设计高度，然后使桩锤沿导向架自由下落打击管桩。 下面通过与落锤打桩机相关的例题，体会能量观念在解决实际问题中的应用。 例1 某建筑工地准备利用落锤打桩机进行施工，该落锤打桩机的部分工作参数如表4-7-1所示，其中贯入度是指每受到10次锤击后管桩进入地层的深度。若不计空气阻力，重力加速度g=9.8m/s2，估算每一次桩锤下落时，桩锤给管桩的冲击动能是多少。 【分析】桩锤下落过程可视为自由落体运动，仅有重力做功，桩锤机械能守恒、桩锤击打管桩瞬间的动能可通过机械能守恒定律计算求解。 跳台滑雪 跳台滑雪是滑雪运动项目的一种。如图所示，运动员跃入空中，使整个身体在空中飞行一小段时间后落在山坡上。 为确保运动员的安全，同时使空中飞行的距离尽量远，需要综合考虑运动员速度、坡面倾斜度和跳台高度等要素。可通过建立物理模型做出初步的估算，从而制订运动策略。 例2 跳台滑雪筹备组考察某一雪道是否符合比赛要求。如图所示是简化后的跳台滑雪雪道示意图。整条雪道由倾斜的助滑坡AB和着陆坡CD，以及一段水平起跳平台BC组成，且AB与BC由一段平滑圆弧连接。 设质量为60kg的运动员从助滑坡AB上由静止开始下滑，筹备组希望该运动员到达点C时能够以25m/s左右的速度水平飞出，并希望腾空时间能够至少达到3.5s。设整个过程可忽略空气阻力影响，重力加速度g=9.8m/s2。 (1)测得AB段的竖直高度h=50m,该高度是否符合筹备组的要求？(sin37°=0.6，cos37°=0.8) (2)测得着陆坡CD与水平面的夹角θ=37°，该夹角是否符合筹备组的要求？ 过山车 过山车是游乐场中常见的机动游乐设施，如图所示。为了保障游客的安全，过山车必须具备完善的安全保障设施。其中，过山车的速度必须满足一定的条件，才能保证过山车沿轨道正常运行。 下面以圆形回环过山车为例，分析过山车的速度条件。 例3 如图所示，过山车轨道位于竖直平面内，该轨道由一段倾斜轨道和与之相切的圆形轨道连接而成，过山车从倾斜轨道上的点A由静止开始下滑。圆形轨道半径为R，可视为质点的过山车质量为m。忽略阻力作用，为保证过山车能够沿圆形轨道运行，过山车的下滑起点A距离圆形轨道底部的高度h应满足什么条件？ 【分析】为保证过山车沿圆形轨道运行，过山车通过最高点的速度应不小于恰能保持圆周运动的速度，且过山车在整个运动过程中机械能守恒。 应用机械能守恒定律解题的基本步骤 (1)确定研究对象。 (2)对研究对象进行正确的受力分析。 (3)判定各个力是否做功，并分析是否符合机械能守恒的条件。 (4)视解题方便选取零势能参考平面，并确定研究对象在始、末状态时的机械能。 (5)根据机械能守恒定律列出方程，或再辅之以其他方程，进行求解。 能量守恒定律 永动机新闻又现江湖，国内某知名报纸曾经在头版正中央位置登出一则报道《无偏二极管有望开辟新的能源出路》，声称中国科学院生物研究所研究员发明的无偏二极管在不需要外加任何能源的条件下，只要环境温度高于负273 ℃，该器件就能奇迹般地输出直流电流，将是一种取之不尽、完全没有污染的新型能源。此消息一经刊登，就招致众人的口诛笔伐，大家一致认为，这是一条假新闻，可能是因为记者、编辑的科学素质不高，只听发明者的一面之词就急急忙忙地发表出来。 你认为大家为何说这是一条假新闻？ 功能关系 (1)功是能量转化的量度，即做了多少功就有多少能量发生了转化。 (2)做功的过程一定伴随着能量的转化，能量的转化可以通过做功来实现。 (1)内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 (2)表达式：ΔE减＝ΔE增。 能量转化与守恒定律 能量转化和转移具有方向性，如烧火生热，化学能通过燃烧转化为内能，但内能不会自发地重新转化为化学能。热水中的内能通过热传递可以自发地转移到冷水中去，但是内能不能自发地再从冷水传递给原来的热水。能量在利用过程中总存在一定的损失，不可能100%的被利用。 能量转化和转移的方向性 几种常见力做功 对应的能量变化 数量关系式 重力 正功 重力势能减少 WG＝