4.5 机械能守恒定律 课件-2025-2026学年高一下学期物理教科版必修第二册

第四章 机械能及其守恒定律 5 机械能守恒定律 理解机械能守恒的条件，会从做功的角度和能量转化的角度判断机械能是否守恒。 02 知道机械能的各种形式，知道物体的动能和势能可以相互转化。 01 重点 能运用机械能守恒定律解决有关问题。 03 重难点 为什么小球好像记着自己的位置不会碰到鼻尖? 公司logo 公司logo 情境导入 动能与势能的相互转化 01 (1)如图所示的摆球实验中，忽略空气阻力。 ①在A处静止释放小球，当小球由A运动到C的过程中，小球高度不断减小，速度不断增大，能量是怎么转化的？ 答案　小球由A运动到C的过程中，重力势能减少，动能增加，小球的重力势能转化为动能。 ②当小球由C运动到B的过程中，小球高度不断增大，速度不断减小，能量是怎么转化的？ 答案　小球由C运动到B的过程中，动能减少，重力势能增加，小球的动能转化为重力势能。 A C B (2)如图所示，箭被射出的过程中，能量是怎么转化的？ 答案　箭被射出的过程中，弓的弹性势能转化为箭的动能。 公司logo 公司logo 思考与讨论 机械能 01 定义 动能和势能(包括重力势能和弹性势能)统称为机械能 02 转化 动能和势能之间的转化是通过重力或弹力做功来实现的。 重力或弹力做正功的过程就是势能减少的过程。 公司logo 公司logo 核心知识 机械能守恒定律的理解和判断 02 如图所示，质量为m的物体沿光滑曲面滑下的过程中，下落到高度为h1的A处时速度为v1，下落到高度为h2的B处时速度为v2，重力加速度为g，不计空气阻力，选择地面为参考平面。 (1)从A至B的过程中，物体受到哪些力？ 它们做功情况如何？ 答案　从A至B的过程中， 物体受到重力、支持力作用。 重力做正功，支持力不做功。 (2)求物体在A、B处的机械能EA、EB； 答案　EA=mgh1+m，EB=mgh2+m (3)比较物体在A、B处的机械能的大小。 答案　由动能定理得：WG=m-m，又WG=mgh1-mgh2 联立以上两式可得：m+mgh2=m+mgh1，即EB=EA。 机械能守恒定律 01 内容 在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以互相转化，而总的机械能保持不变。 02 表达式 m+mgh2= m+mgh1 或 Ek2+Ep2=Ek1+Ep1。 03 条件 只有重力或弹力做功 公司logo 公司logo 核心知识 机械能守恒条件的理解 (1)只有重力做功，只发生动能和重力势能的相互转化。 (2)只有系统内弹力做功，只发生动能和弹性势能的相互转化。 (3)只有重力和系统内弹力做功，只发生动能、重力势能、弹性势能的相互转化。 (4)除重力和系统内弹力外，其他力也做功，但其他力做功的代数和始终为零，此时系统机械能守恒。 公司logo 公司logo 核心知识 (1)重力做正功的过程中，重力势能一定减少，动能一定增加。 (　　) (2)机械能守恒时，物体一定只受重力和弹力作用。(　　) (3)合力做功为零，物体的机械能一定保持不变。(　　) (4)物体的速度增大时，其机械能可能减小。(　　) × × × √ 辨析 　 1.(2025·广元市高一期中)如图所示，下列关于机械能是否守恒的判断正确的是 A.甲图中，物体A将弹簧压缩的过程中，A机械能守恒 B.乙图中，物体B沿固定斜面匀速下滑，物体B机械能守恒 C.丙图中，不计滑轮质量和任何阻力时A加速下落，B加速上升过程中， 　A、B组成的系统机械能守恒 D.丁图中，系在橡皮条一端的小球向下摆动时，小球的机械能守恒 √ 例题 题图甲中，物体A将弹簧压缩的过程中，弹簧弹力对A做负功，A机械能不守恒，物体A与弹簧组成的系统机械能守恒，故A错误； 题图乙中，物体B沿固定斜面匀速下滑，说明B受到摩擦力的作用，物体B机械能在减少，故B错误； 题图丙中，绳子张力对A做负功，对B做正功，代数和为零，A、B系统机械能守恒，故C正确； 题图丁中小球的重力势能转化为小球的动能和橡皮条的弹性势能，小球的机械能不守恒，选项D错误。 新知讲解 判断机械能守恒的方法 1.做功分析法(常用于单个物体) 2.能量分析法(常用于多个物体组成的系统) 3.机械能的定义法：机械能等于动能与势能之和，若一个过程中动能不变，势能变化，则机械能不守恒，如匀速上升的物体机械能增加。 公司logo 公司logo 总结提升 机械能守恒定律的应用 03 机械能守恒定律的不同表达式 项目 表达式 物理意义 说明 从守恒的角度看 从转化的角度看 从转移的角度看 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 必须先选参考平面 Ek2-Ek1=Ep1-Ep2或ΔEk=-ΔEp 过程中动能的增加量等于势能的减少量 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 不必选 参考平面 公司logo 公司logo 核心知识 2.(来自教材)如图所示是某车站的设计方案，与站台连接的轨道有一个小坡度，电车(可视为质点)进站时要上坡，出站时要下坡。如果坡高2 m，电车到a点时速度是25.2 km/h，此时便切断电动机的电源，不考虑电车所受的摩擦力及其他阻力，重力加速度g=10 m/s2。 (1)电车能否冲上站台bc？ (2)如果能冲上，它到达b点时的速度是多大？ 答案　 (1)能　 (2) 3 m/s 例题 (1)取a点所在的水平面为参考平面， 电车在a点的机械能为E1=Ek1=m ，式中v1=25.2 km/h=7 m/s 根据机械能守恒定律，若这些动能全部转化为重力势能， 有mgh′=m ，h′== m=2.45 m 因为h′>h，所以，电车能够冲上站台。 (2)设电车到达b点时的速度大小为v2， 根据机械能守恒定律有m=mgh+m 解得v2== m/s=3 m/s 所以电车到达b点时的速度大小是3 m/s。 新知讲解 拓展　如果不选取重力势能的参考平面，可否利用机械能守恒定律解答本题？ 答案　(1)电车在上坡过程中机械能守恒，假设电车能冲上站台bc， 电车重力势能的增量为ΔEp=mgh，电车的重力势能由动能转化而来， 根据ΔEk=-ΔEp，有mgh=m，可得v0=2 m/s<7 m/s，故电车能冲上站台。 (2)设电车到达b点时的速度大小为v2，根据机械能守恒定律ΔEk=-ΔEp，得mgh=m-m，所以v2== m/s=3 m/s，电车到达b点时的速度大小是3 m/s。 新知讲解 21 3.如图所示，水平轻弹簧一端与墙相连处于自然状态，质量为4 kg的木块沿光滑的水平面以5 m/s的速度开始运动并挤压弹簧，求： (1)弹簧的最大弹性势能； (2)木块被弹回速度增大到3 m/s时弹簧的弹性势能。 答案　 (1) 50 J　 (2) 32 J 例题 (1)对弹簧和木块组成的系统由机械能守恒定律有Epm=m=×4×52 J=50 J。 (2)对弹簧和木块组成的系统由机械能守恒定律有m=m+Ep1 则Ep1=m-m=32 J。 新知讲解 1.根据题意选取研究对象； 2.明确研究对象的运动过程，分析研究对象在此过程中的受力情况，弄清各力做功的情况，判断机械能是否守恒。 3.恰当地选取参考平面，确定研究对象在此过程中的初状态和末状态的机械能。 4.根据机械能守恒定律的不同表达式列方程并求解。 应用机械能守恒定律解题的一般步骤 公司logo 公司logo 总结提升 机械能守恒定律 守恒条件 做功角度：只有重力或弹力做功 表达式 守恒角度：Ek1+Ep1=Ek2+Ep2 转化角度： Ek2-Ek1=Ep1-Ep2 转移角度： ΔEA=-ΔEB 能量角度：只有动能、重力势能、弹性势能之间的相互转化 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! $