8.4 机械能守恒定律-2023-2024学年高一物理同步精讲课件（人教版2019必修第二册）

8.4 机械能守恒定律 追寻守恒量 机械能 机械能守恒定律 机械能守恒定律的应用 目录 CONTENTS 1 2 4 3 一、追寻守恒量 伽利略斜面实验 1.动力学角度： 先加速下滑，后减速上滑。 能否从其他的角度进行分析呢？ 伽利略斜面实验 小球在运动的过程中，好像记得自己起始的高度，用物理学的语言来说，这说明存在一个与高度相关的物理量。这个量是守恒的，后来物理学家就把这个量叫做能量。 能量概念的引入是科学前辈们追寻守恒量的一个重要事例。 伽利略斜面实验 　　在伽利略斜面实验中，释放小球后，小球开始运动，获得速度，具有动能；当运动到斜面中间的某一位置时，小球又有一定的高度，具有势能；把小球的动能与势能的总和称为机械能。 下滑时重力势能减少，动能增加 上滑时重力势能增加，动能减少 2.能量角度： 【总结】 1.重力势能、弹性势能与动能都是机械运动中的能量形式——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为另一种形式。 二、机械能 机械能是动能、重力势能、弹性势能的统称， 用符号 E 表示。 3.性质： 机械能是标量，具有相对性 1.概念： 2.表达式： 4. 机械能之间的转化： 4. 机械能之间的转化： 4. 机械能之间的转化： 动能与势能的相互转化是否存在某种定量的关系？ 我们讨论物体沿光滑曲面滑下的情形。这种情形下，物体受到重力和曲面支持力的作用，因为支持力方向与运动方向垂直，支持力不做功，所以，只有重力做功。 情景1 情景1 1.举例推导 动能定理： 功能关系： 光滑曲面 联立变形： 【结论】只有重力做功的系统内， 动能与重力势能互相转化时总的机械能保持不变。 情景1 x 原长 2 1 光滑平面 2.举例推导 动能定理： 功能关系： 联立变形： 情景2 【结论】只有弹力做功的系统内， 动能与重力势能互相转化时总的机械能保持不变。 情景2 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？   情景3 3.总结归纳 动能定理： 功能关系： W非=0 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。 2.表达式： 需要设定零势能面 E1=E2 Ek1+Ep1=Ek2+Ep2 三、机械能守恒定律 （1）研究对象—— 系统 x 原长 2 1 物体+地球 物体+地球+弹簧 3.机械能守恒条件： 3.机械能守恒条件： v v0 G G v0 G 自由落体运动 竖直上抛运动 平抛运动 （2）物体系统只受重力和系统内弹力，不受其他力。 小球和弹簧组成的系统在竖直方向上做往返运动。 18 （3）物体受重力或弹簧弹力，还受其他力，但其他力不做功。 乙 甲 A B C A 光滑斜面上运动的物体 v0 3.机械能守恒条件： 4.判断机械能是否守恒的方法 （1）用做功来判断：分析系统受力，只有重力或者弹力做功，没有其他力做功或者其他力做功代数和为零，则系统机械能守恒。 （2）用能量转化来判定：系统只有动能和势能的相互转化，没有机械能与其他形式的能的转化，则系统机械能守恒。 【典例1】下列情况中，说法正确的是（　　） A．物体做匀速运动时，机械能一定守恒 B．物体所受合外力做功为零时，机械能一定守恒 C．物体所受合外力做功不为零时，机械能可能守恒 D．物体做曲线运动时，机械能一定不守恒 练一练： 【正确答案】C 【变式训练】1.下列物体在运动过程中，机械能可视作守恒的是（　　） A．飘落中的秋叶 B．乘电梯匀速上升的人 C．沿粗糙斜面匀速下滑的木箱 D．被掷出后在空中运动的铅球 【正确答案】D 练一练： 【变式训练】2.如图所示，下列关于机械能是否守恒的判断正确的是( ) A．甲图物体A将弹簧压缩的过程中，物体A的机械能守恒 B．乙图物体B在大小等于摩擦力的拉力作用下沿斜面下滑时，机械能守恒 C．丙图不计任何阻力时A加速下落、B加速上升的过程中，A、B组成的系统机械能守恒 D．丁图不计空气阻力，小球由水平位置A处静止释放，运动到B处的过程中，机械能守恒 BCD A与弹簧组成的系统机械能才守恒 只有重力做功，其他力做功代数和为0 AB组成的额系统内，只有动能与势能转化 小球所受的拉力不做功，只有重力做功 练一练： 小结： 四、机械能守恒定律的应用 类别 表达式 物理意义 从不同状态看 Ek1+Ep1=Ek2+Ep2或E初=E末 初状态的机械能等于末状态的机械能 从转化角度看 Ek2-E