8.4 机械能守恒定律 课件 -2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

§8.4 机械能守恒定律 为什么小球好象记着自已的位置不会碰到鼻尖？ 演示实验：碰鼻子实验 斜面光滑以及忽略空气阻力 A B h1 h2 思考：小球在光滑的斜面Ａ上从高为h1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h2 ，h1和h2 的大小关系怎样？如果减小斜面B的倾角呢？ 伽利略理想斜面实验 A B h1 h2 伽利略斜面实验表明，小球在运动过程中，有某种“东西”是不变的。 上述事例说明存在某个守恒量，后来的物理学家将这个量叫做能量或能。 守恒量 思考：前面学习了哪几种形式的能量？表达式是什么？ 重力势能EP 弹性势能EP 动能Ek 势能 机械能 动能 一、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。用符号E表示。 3.机械能是标量，只有大小，没有方向，但有正、负之分。 1.概念： 2.表达式： ②机械能具有相对性 （其大小与参考系、零势能面的选取有关） 对机械能的理解： ①机械能是状态量 （对应物体在某一时刻或某一位置时的机械能） 【例1】 质量为2 kg的小球在距离地面10m高处瞬时速度是10 m/s，求出此刻小球的机械能?(g=10m/s2) h=10m v = 10 m/s m A 若取地面为重力势能零势面 若取10m高处为重力势能零势面 不同参考平面所得的机械能可能不同 解： A B h1 h2 动能与势能的相互转换 小球沿A向下运动时， 小球沿B向上运动时， ①动能与重力势能的相互转化 小结：只在重力做功的情况下，动能和势能相互转化！ —重力势能转化为动能 —动能转化为重力势能 重力做正功，重力势能减小，动能增加。 重力做负功，重力势能增大，动能减小。 斜面光滑以及忽略空气阻力 动能与势能的相互转换 ②动能与弹性势能的相互转化（水平面光滑） v v 弹簧弹力做负功，弹簧弹性势能增大，小球动能减小。 弹簧弹力做正功，弹簧弹性势能减小，小球动能增大。 —动能转化为弹性势能 —弹性势能转化为动能 小结：只在弹簧弹力做功的情况下，动能和弹性势能相互转化！ 猜想 动能与势能的相互转化是否存在某种定量关系? 通过刚才两个例子分析，我们知道动能与势能之间相互转化是通过重力做功或弹力做功来实现的。 书本P91 思考：动能与势能的相互转化存在何种定量关系？ 物理情景1：质量为m的物体自由落体过程中，经过高度h1的A点时速度为v1，下落至高度h2的B点处速度为v2，不计阻力，取地面为参考平面。 问题：试写出物体在A点时的机械能和B点时的机械能，并找到这两个机械能之间的数量关系。 v2 A h1 h2 B v1 自由落体运动 A点 B点 1.推导： v2 h1 h2 v1 只有重力做功的情况下，物体的机械能守恒。 （1）自由落体 三、机械能守恒定律 物理情景1：物体沿光滑曲面滑下，经过高度h1的A点时速度为v1，下落至高度h2的B点处速度为v2，不计阻力，取地面为参考平面。 问题：试写出物体在A点时的机械能和B点时的机械能，并找到这两个机械能之间的数量关系。 A点 B点 由动能定理得 重力做功 只有重力做功的情况下，物体的机械能守恒。 物理情境2： （2）轻质弹簧 v 在只有弹力做功的物体系统内，这个系统机械能守恒。 光滑地面上，轻弹簧一端固定在竖直墙壁上，一端与小球连接，弹簧处于压缩状态。在弹力作用下小球向右运动，由A运动到B，弹簧仍处于压缩状态，分析A、B两个状态机械能的关系？ A B 1.内容： 在只有重力或弹力做功的物体系统内, 动能和势能可以互相转化， 而总的机械能保持不变。 条件 1.动能增加，势能一定减小，且动能增加量等于势能减小量。 2.动能减小，势能一定增加，且动能减小量等于势能增加量。 三、机械能守恒定律 2、表达式： 守恒表达式 转化表达式 —ΔEA=ΔEB 转移表达式 EK2+EP2=EK1+EP1 即E2=E1 ΔEp减=ΔEk增 系统中有A、B两个物体，系统机械能守恒，有 注意选取零势能 3.机械能守恒条件： 你是如何理解“只有重力（或弹力）做功”的？ （1）只受重力（或弹力）作用 如： 自由落体运动 抛体运动 （2）除受重力（或弹力）外，还受其他力作用，但其他力不做功 v G 物体沿光滑斜面下滑 只有重力（或弹力）做功 物体在外力F作用下沿斜面上滑，且F=f 讨论：下列哪些情况机械能是守恒的 (3)除重力（或弹力）做功外，其他力也做功，但其他力做功代数和为零。 三、机械能守恒定律 4.研究对象：系统 例： 小球自由下落（不计阻力） 思考：小球机械能是否守恒？ 不守恒，小球重力势