第4章 5 第五节 机械能守恒定律（课件）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高一物理必修第二册（粤教版）

该高中物理课件围绕机械能守恒定律展开，涵盖动能与势能转化、守恒条件及表达式，通过过山车、摩天轮等情境实例导入，衔接动能、势能概念，搭建从能量转化到守恒定律的学习支架。 其亮点在于结合科学思维与科学探究，通过知识辨析（如跳伞运动员机械能变化）论证守恒条件，以小球圆周运动典例驱动探究，强化能量观念，帮助学生提升分析能力，教师可借助系统结构高效教学。

第五节　机械能守恒定律 知识点1　动能与势能的相互转化 知识 清单破 知识点 1 动能与势能的相互转化 1.机械能 动能与势能(包括重力势能和弹性势能)统称为机械能。在一定条件下,物体的动能与势能可 以相互转化。 2.动能与重力势能间的转化 只有重力做功时,若重力做正功,则重力势能转化为动能,若重力做负功,则动能转化为重力势 能,转化过程中,动能与重力势能之和保持不变。 3.动能与弹性势能间的转化 被压缩的弹簧把物体弹出去,射箭时绷紧的弦把箭弹出去,这些过程都是弹力做正功,弹性势 能转化为动能。 第四章 机械能及其守恒定律 高中同步 知识点 2 机械能守恒定律 1.机械能守恒定律的内容 在只有重力或弹力做功的系统内,动能和势能发生相互转化,而系统的机械能总量保持不变。 2.表达式 (1)Ep1+Ek1=Ep2+Ek2。 (2)mgh1+ m =mgh2+ m 。 3.守恒条件 除重力和系统内弹力外,其他力不做功或做功的代数和为零。 第四章 机械能及其守恒定律 高中同步 导师点睛 对机械能守恒条件的理解 (1)机械能守恒的条件不是合外力做的功等于零,更不是合外力为零;“只有重力或(系统内) 弹力做功”不等于“只受重力或(系统内)弹力作用”。 (2)“守恒”是一个动态概念,指在动能和势能相互转化的整个过程中的任何时刻、任何位 置,机械能总量总保持不变。 第四章 机械能及其守恒定律 高中同步 知识辨析 判断正误,正确的画“√”,错误的画“✕”。 1.摩天轮是游乐场内一种大型转轮状设施,摩天轮边缘悬挂透明座舱,乘客坐在座椅上随座舱 在竖直平面内做匀速圆周运动,乘客机械能守恒。 (　    ) ✕ 摩天轮运动过程中,座舱做匀速圆周运动,乘客的速度大小不变,则动能不变,但高度变 化,重力势能在变化,所以机械能在变化。 提示 2.在一次跳伞训练中,一名跳伞运动员打开降落伞后,先减速下降一段时间,此后匀速向下运 动,在匀速下降阶段,运动员所受合外力为零,机械能守恒。 (　    ) ✕ 机械能包括动能和重力势能,运动员匀速下落,速度不变,则动能不变,但高度减小,则重 力势能减小,所以机械能减小。 提示 3.物体速度增大时,其机械能可能在减小。 (　    ) √ 4.物体所受合外力为零时,机械能一定守恒。 (　    ) ✕ 第四章 机械能及其守恒定律 高中同步 疑难1　机械能守恒条件的理解 情境探究 游乐园中的过山车是很多人喜爱的娱乐项目。如图所示,过山车在发动机关闭的情况下从高 处飞奔而下。   疑难 情境破 疑难1 机械能守恒条件的理解 第四章 机械能及其守恒定律 高中同步 问题1 过山车受哪些力作用?各做什么功? 提示    过山车受重力、轨道的支持力、摩擦力和空气阻力作用。重力做正功,轨道的支持力 不做功,摩擦力和空气阻力做负功。 提示 问题2     过山车下滑时,其动能和重力势能如何变化?两种能的总和是否不变? 提示    过山车下滑时,重力势能减少,动能增加,两种能的总和减少。 提示 问题3     若忽略过山车所受摩擦力和空气阻力,过山车下滑时机械能守恒吗? 提示    若忽略过山车所受摩擦力和空气阻力,则过山车下滑时只有重力做功,机械能守恒。 提示 第四章 机械能及其守恒定律 高中同步 讲解分析 1.物体机械能守恒的条件 (1)除重力及系统内弹力外,不受其他力作用。 (2)除重力及系统内弹力外,还受其他力作用,但其他力不做功。 (3)除重力及系统内弹力外,还受其他力作用,但其他力做功的代数和为零。 2.机械能守恒的判断 (1)对单个物体而言,其机械能是否守恒一般通过做功来判定。分析除重力外,有无其他力对 物体做功,若无其他力做功,则物体机械能守恒;若有其他力做功,且做功的代数和不为零,则物 体机械能必不守恒。 (2)对几个物体组成的系统而言,其机械能是否守恒一般通过能量转化来判定。分析除系统 内重力势能、弹性势能和动能外,有无其他形式的能参与转化,若无其他形式的能参与转化, 则系统机械能守恒;若有其他形式的能参与转化,则系统机械能必不守恒。 第四章 机械能及其守恒定律 高中同步 疑难2　机械能守恒定律的应用 讲解分析 疑难2 机械能守恒定律的应用 1.机械能守恒的表达式及其物理意义 表达式 物理意义 从状态角度看 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-Ek1=Ep1-Ep2或ΔEk=-ΔEp 过程中动能的增加量等于势能的减少量 从转移角度看 EA2-EA1=EB1-EB2或ΔEA=-ΔEB 系统只有A、B两物体时,A增加的机械能等于B减少的机械能 第四章 机械能及其守恒定律 高中同步 2.应用机械能守恒定律解题的步骤 第四章 机械能及其守恒定律 高中同步 3.多物体组成的系统的机械能守恒问题 分析多个物体组成的系统的机械能问题时,首先判断多个物体组成的系统的机械能是否守 恒,即看是否只有重力或系统内弹力做功。当系统机械能守恒时,单个物体的机械能通常不 守恒。对几种常见类型的分析如下: 类型一:轻绳连接的物体系统(常见情境如图)  　　　      第四章 机械能及其守恒定律 高中同步 分析轻绳连接体的机械能变化问题的要点: a.分析轻绳两端物体的速度大小关系。 b.明确轻绳两端物体的位移大小关系或竖直方向高度变化的关系。 c.在绳突然拉紧的过程中,系统的机械能有损失,机械能不守恒。 类型二:轻杆连接的物体系统(常见情境如图) 第四章 机械能及其守恒定律 高中同步 分析轻杆连接体的机械能变化问题的要点: a.杆的弹力不一定沿杆的方向,杆的弹力能对物体做功,单个物体的机械能不守恒。 b.用杆连接的两物体绕固定转轴做圆周运动时有相同的角速度,根据v=ωr确定线速度的大小 关系;且两物体沿杆方向的速度大小相等。 c.对于杆和球组成的系统,忽略空气阻力和各种摩擦且没有其他力对系统做功时,系统的机械 能守恒。 类型三:轻弹簧连接的物体系统 由轻弹簧连接的物体系统,一般既有重力做功又有弹簧弹力做功,这时系统内物体的动能、 重力势能和弹簧的弹性势能相互转化,总的机械能守恒,而单个物体和弹簧的机械能都不守 恒。注意在轻弹簧连接的物体系统中,物体运动的位移与弹簧的形变量或形变量的变化量有 关。 第四章 机械能及其守恒定律 高中同步 典例 如图甲,O点处固定有力传感器,长为l=0.4 m的轻绳一端与力传感器相连,另一端固定着 一个小球【1】。现让小球在最低点以某一速度开始运动,设轻绳与竖直方向的角度为θ,图乙为 轻绳弹力大小F随cos θ变化的部分图像【2】,忽略空气阻力的影响【3】,重力加速度g=10 m/s2,求: (1)小球的质量; (2)小球在最低点时的速度; (3)判断小球能否做完整的圆周运动【4】,写出证明过程。   答案    (1)0.3 kg    (2)4 m/s    (3)见解析 第四章 机械能及其守恒定律 高中同步 信息提取    【1】【3】小球受重力、轻绳弹力作用,由于弹力不做功,故小球机械能守恒。 【2】写出F与cos θ的数学关系式,判断截距的含义。 【4】小球若能做完整的圆周运动,则小球运动到最高点的最小速度是v= 。 思路点拨    (1)由机械能守恒定律、牛顿第二定律【5】结合向心力公式推导出F与cos θ的关 系,对比图像求解小球质量; (2)在最低点由向心力公式【6】求解小球的速度; (3)根据机械能守恒定律【7】求解小球在最高点的速度大小再进行分析。 第四章 机械能及其守恒定律 高中同步 解析    (1)设小球在最低点时的速度为v0,则当运动到与竖直方向成θ角位置时,由机械能守恒 定律得 -mgl(1-cos θ)= mv2- m (由【1】【3】【5】得到) 根据牛顿第二定律得F-mg cos θ=m (由【5】得到) 解得F=3mg cos θ+ (由【2】得到) 对比图像可知斜率k=3mg=9 N 解得m=0.3 kg 第四章 机械能及其守恒定律 高中同步 (2)小球在最低点时,根据m =15 N-mg(由【6】得到) 解得v0=4 m/s (3)假设小球能到达最高点,根据机械能守恒定律得-2mgl= m - m (由【7】得到) 可得速度v2=0<  则小球不能经过最高点。 第四章 机械能及其守恒定律 高中同步 $