1.5 科学验证：机械能守恒定律 课件-2024-2025学年高一下学期物理鲁科版（2019）必修第二册

nullnull 1.5 科学验证： 机械能守恒定律 演示实验：碰鼻子实验 导入新课 为什么小球好象记着自已的位置不会碰到鼻尖？ (1)物体沿光滑斜面下滑时 转化为 。 v (2)运动员撑杆跳的过程中 转化 为 。 (3)反弹后的小球在上升过程中 转化 为 。 重力势能 动能 动能、重力势能 弹性势能 弹性势能 动能、重力势能 动能和势能之间可以相互转化 1、机械能（ E ）：物体具有的动能和势能之和。 动能与势能的相互转化存在什么定量关系？ 新课教学 一、机械能守恒定律 情景一：只受重力作用 做自由落体运动的小球 2、根据动能定理: 1、根据重力做功: mg h1 h2 1 2 v1 v2 下面两个式子的含义？ 动能增加 △EK 重力势能减少 △EP 初态机械能 E1 末态机械能 E2 只有重力做功时，物体动能和重力势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。 ＝ 小球沿光滑曲面下滑 mg FN h1 h2 情景二：除重力之外还受其他力，但只有重力做功 1 2 分析：下滑过程中支持力做功多少？ 0 只有重力做功时，物体动能和重力势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。 重力势能如何变化？ 动能如何变化？ ＝ 除重力做功之外，还有其他力做功时，总的机械能还保持不变吗？ 小球在下落过程中的空气阻力不可忽略 W总=WG+Wf EK2－EK1 EP1－EP2 EK2+EP2=EK1+EP1+Wf E2=E1+Wf （Wf<0） mg h1 h2 1 2 v1 v2 f 机械能不守恒 2 1 v1 v2 情景三：只有弹力做功 1、根据动能定理 2、根据弹力做功 WF = EK2－EK1 WF = EP1－EP2 EP1+EK1=EP2+EK2 在光滑水平面上反弹回来的小球 只有弹力做功时，物体动能和弹性势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。 F 2 1 v1 v2 F mg h1 h2 1 2 v1 v2 mg FN h1 h2 1 2 在只有重力或弹力这类力做功的情况下，物体系统的动能与势能相互转化，机械能的总量保持不变。 2. 定律内容： 3. 表达式： （1）E1＝E2 初状态机械能等于末状态机械能 （2）Ep1－Ep2 ＝Ek2－Ek1 减少的势能等于增加的动能 （3）ΔEA＝－ΔEB 即A物体机械能的增加量等于B物体 机械能的减少量 4. 机械能守恒条件： （1）从做功角度看：只有重力或系统内弹力做功。 ① 物体只受重力或弹簧弹力，不受其他力。 ② 物体受到重力和弹簧弹力，还受到其他力，但其他力 不做功，或其他力做的总功为零。 （2）从能量转化角度看：只有系统内动能和势能的相互转化， 没有其他形式能量的转化。 1．下列关于机械能守恒的说法中正确的是（ ） A．做匀速运动的物体，其机械能一定守恒 B．物体只受重力，机械能才守恒 C．做匀速圆周运动的物体，其机械能一定守恒 D．除重力做功外，其他力不做功，物体的机械能一定守恒 D 练一练 2．游乐场中的一种滑梯如图所示．小朋友从轨道顶端 由静止开始下滑，沿水平轨道滑动了一段距离后停 下来，则(　　 ) A．下滑过程中支持力对小朋友做功 B．下滑过程中小朋友的重力势能增加 C．整个运动过程中小朋友的机械能守恒 D．在水平面滑动过程中摩擦力对小朋友做负功 D 3．如图所示，一轻弹簧固定于O点，另一端系一重物，将重物 从与悬点O在同一水平面且弹簧保持原长的A点无初速度地 释放，让它自由摆下，不计空气阻力，在重物由A点摆向最 低点的过程中( ) A．重物的机械能不变 B．系统的机械能不变 C．系统的机械能增加 D．系统的机械能减少 B 二、机械能守恒定律的应用 例1：在水平地面以 20 m/s 的速度将一物体竖直上抛。 若以水平地面为零势能参考平面，忽略空气阻力，取重力 加速度 g = 10 m/s2，求： （1）物体上升的最大高度；（2）物体在上升过程中其重力势能和动能相等的位置距地面的高度。 讨论： （1）以谁为研究对象，研究的是哪个过程？ （2）研究过程中，机械能是否守恒？ （3）选取哪个平面为参考平面，初末状态的机械能分别为多少？ （4）根据机械能守恒定律列方程。 (1)确定研究对象和研究过程。 (2)分析研究对象在运动过程中的受力情况弄清各力 做功的情况，判断机械能是否守恒。 (3)恰当选取零势能面，并确定研究对象在研究过 程的始、末状态的机械能。 (4)根据机械能守恒定律列出方程，进行求解。 运用机械能守恒定律的解题步骤 例2：荡秋千是一种常见的娱乐休闲活动，若秋千绳的长度L=2m，荡到最高点时秋千绳与坚直方向的夹角θ=60°。取重力加速度g=9.8m/s2，求荡到最低点时秋千的速度大小。(忽略阻力及秋千绳的质量，且人在秋千上的姿势可视为不变） 解：秋千在下摆过程中，受到的绳子拉力T不做 功，只有重力做功，机械能守恒。 解得： 答：荡到最低点时秋千的速度为4.5m/s. θ A B 取最低点B所在的平面为零势能面，则： 例3：质量分别为3 kg和5 kg的物体A、B，用轻绳连接跨在一个定滑轮两侧，A物体底面与地接触，B物体距地面0.8 m，放开B物体，当B物体着地时A物体的速度。 方法1：初态机械能等于末态机械能（选择零势能参考面） B物体着地之前，vA=vB 方法2：系统动能的增加量等于重力势能的减少量 方法3：A物体的机械能增加量等于B物体的机械能减少量 ？ 三、验证机械能守恒定律 数据处理 实验装置 练一练 1、某同学计划通过测量重物自由下落的瞬时速度 v 和下落高度 h 来验证机械能守恒定律。 (1)以下四种测量方案中，合理的是 （填正确选项前的字母）， 理由是 。 A.直接测量下落高度h和下落时间t，通过 算出瞬时速度v B.直接测量下落高度h，通过 算出瞬时速度v C.根据纸带上某点的相邻两点的平均速度，得到该点的瞬时速度v， 再由 算出高度h D.直接测量下落高度h，根据纸带上某点的相邻两点间的平均速度， 得到该点的瞬时速度v 做自由落体运动的物体机械能守恒. D (2)实验中产生系统误差的主要原因是纸带通过打点计时器时存在 摩擦阻力，使重物获得的动能往往 （选填“大于”“小于” 或“等于”）它所减小的重力势能。 (3)如果以 为纵轴、h为横轴，根据实验数据绘出的 图线 是一条通过坐标原点的倾斜直线，该直线的斜率是: 。 小于 实验所在地的重力加速度 2、在“验证机械能守恒定律”的实验中，质量为 1 kg 的重物自由下落，在纸带上打出一系列的点，其中 O 为第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取的连续三个点，如图所示。相邻计数点间隔的时间为 0.02 s，测量点间距所用单位为 cm，取重力加速度 g = 9.8 m/s2。（计算结果均保留 3 位有效数字） （1）打点计时器打下计数点 B 时，重物的速度是 _______ m/s。 1.91 $$