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

该高中物理课件聚焦机械能守恒定律，系统涵盖动能与势能转化、定律推导、守恒条件及应用，通过小球摆动实验、轻轨车站坡度等情境导入，连接动能定理前序知识，以问题链搭建学习支架。 其亮点在于融合物理观念与科学思维，如小球摆动实验培养科学探究能力，多物体系统分析强化模型建构，典例研习结合守恒条件判断与方程应用。助力学生深化能量观念，教师可高效开展概念教学与问题解决指导。

第五节　机械能守恒定律 [学习目标]　 1.通过实例分析理解机械能的概念,理解不同形式的机械能可以相互转化且遵循一定的规律,加深对能量观念的认识;能分析实际问题中动能与势能的相互转化,培养建构模型的科学思维能力.2.理解机械能守恒定律推导过程中的能量观念和科学思维,体会机械能守恒定律所蕴含的守恒观念.3.理解机械能守恒定律的应用条件及方法,体会机械能守恒定律在解决实际问题时与动能定理的异同,建构系统的能量观念,提高科学思维能力. 知识点一　动能与势能的相互转化 「情境导学」 如图所示,把悬挂的小球拉至鼻尖由静止释放,实验者立于原地不动,小球来回摆动,忽略空气阻力. (1)小球能否碰到鼻子?小球的受力情况如何?各力做功情况如何? 提示:(1)不能;小球在摆动过程中受重力和线的拉力作用.拉力和速度方向总是保持垂直,对小球不做功,只有重力对小球做功. (2)小球的动能和势能如何变化?这个实验说明了什么问题? 提示:(2)小球在摆动过程中重力势能和动能在不断相互转化.在摆动过程中,小球总能回到原来的高度,可见重力势能和动能的总和不变. 「知识整合」 1.机械能 与 (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 能转化为 能;若重力做负功,则 能转化为 能.转化过程中,动能与重力势能之和 . 动能 势能 重力势 动 动 重力势 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 功, 能转化为 能. 正 弹性势 动 「问题思考」 随着人类能量消耗的迅速增加,如何有效地提高能量的利用率,是人类所面临的一项重要任务.如图是某轻轨车站的设计方案,与站台连接的轨道有一个小的坡度.为什么在站台上要设置一个小小的坡度? 提示:进站前关闭发动机,列车凭惯性上坡,动能转化成势能储存起来,出站时下坡,势能转化成动能,节省了能源. 知识点二　机械能守恒定律的理论验证 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. 「情境导学」 (1)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? (2)动能的变化相等吗?重力势能各转化成什么形式的能? 提示:(1)相等,相等.(2)不相等,真空中转化为动能,液体中转化为动能和内能. 「知识整合」 1.理论推导:一个质量为m的小球从A点自由下落,从点B运动到点C的过程 中,由动能定理可得 WG= ,由重力做功与重力势能变化的关系可知WG=mgh1-mgh2,两式联立,移项得mgh1+ = . 2.机械能守恒定律的内容:在只有 或 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 . 3.表达式:(1)Ep1+Ek1=Ep2+Ek2. 4.机械能守恒的条件:物体系统内只有 或 做功. 重力 弹力 保持不变 重力 弹力 「问题思考」 如图所示,质量为m的物体沿光滑曲面滑下的过程中,下滑到高度为h1的A处时速度为v1,下滑到高度为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? 提示:(1)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; (3)比较物体在A、B处的机械能的大小. 「归纳提升」 对机械能守恒条件的理解 (1)从能量转化的角度看,系统内只有动能和势能相互转化,而没有其他形式能量(如内能)的转化,并且系统与外界没有任何能量转化,则系统的机械能守恒. (2)从做功的角度看,只有重力和系统内的弹力做功,具体表现如下: ①只受重力作用,例如所有做抛体运动的物体机械能守恒. ②系统内只有重力和弹力作用,如图甲、乙、丙所示. 图甲中,小球在摆动过程中线的拉力不做功,如不计空气阻力,则只有重力做功,小球的机械能守恒. 图乙中,各接触面光滑,A自B上端自由下滑的过程中,只有重力和A、B间的弹力做功,A、B组成的系统机械能守恒.但对A来说,B对A的弹力做负功,这个力对A来说是外力,A的机械能不守恒. 图丙中,不计空气阻力,球在下落过程中,只有重力和弹力做功,球与弹簧组成的系统机械能守恒.但对球来说,机械能不守恒. 「典例研习」 [例1] (多选)有以下物理过程:图甲为跳伞运动员匀速下落;图乙为地面上放置一固定斜面B,物块A从B上匀速下滑;图丙为物体A压缩弹簧的过程;图丁为不计任何阻力和定滑轮与绳子质量,物体A加速下落,物体B加速上升过程.关于这几个物理过程,下列判断正确的是(　 　) A.图甲所示过程中跳伞运动员的机械能不守恒 B.图乙所示过程中物块A的机械能守恒 C.图丙所示过程中物体A的机械能守恒 D.图丁所示过程中物体A、B组成的系统机械能守恒 AD 【解析】 题图甲中跳伞运动员的动能不变,重力势能减小,则机械能不守恒,故A正确;题图乙中A匀速下滑,B表面粗糙,故物块A的机械能不守恒,故B错误;题图丙物体A将弹簧压缩的过程中,弹簧对A的弹力做负功,A的机械能减小,即题图丙中物体A的机械能不守恒,故C错误;题图丁中A、B两物体都只受重力和轻绳的拉力,由于系统内轻绳对A与对B做功的代数和为0,可知,题图丁中A、B组成的系统机械能守恒,故D正确. 判断机械能守恒的方法 (1)做功分析法(常用于单个物体). ·方法点拨· (2)能量分析法(常用于多个物体组成的系统). ·方法点拨· 知识点三　机械能守恒定律的应用 1.机械能守恒的三种表达形式 「归纳提升」 2.应用机械能守恒定律的解题步骤 (1)选取研究对象(物体或系统). (2)明确研究对象的运动过程,分析研究对象在运动过程中的受力情况,弄清各力的做功情况,判断机械能是否守恒. (3)选取恰当的参考平面,确定研究对象在初、末状态的机械能. (4)选取机械能守恒定律的某种表达式,列方程求解. 「典例研习」 [例2] 如图所示,光滑水平面AB与竖直面内半径为R=0.2 m的光滑半圆形轨道在B点相切.一个质量为m=0.1 kg的小球将轻弹簧压缩至A点后由静止释放,在弹力作用下小球获得 4 m/s 的速度后脱离弹簧.小球运动经过B点后沿半圆形轨道运动,并通过与圆心O等高的C点.g取 10 m/s2,小球可视为质点,且经过B点时无能量损失.求: (1)轻弹簧被压缩至A点时的弹性势能; 【答案】 (1)0.8 J (2)小球运动到C点时对轨道的压力大小. 【答案】 (2)6 N 知识点四　多物体系统的机械能守恒问题 1.多个物体组成的系统,就单个物体而言,机械能一般不守恒,但就系统而言机械能往往是守恒的. 2.关联物体注意寻找用绳或杆相连接的物体间的速度关系和位移关系. 「归纳提升」 3.机械能守恒定律表达式的选取技巧 (1)当研究对象为单个物体时,可优先考虑应用表达式Ek1+Ep1=Ek2+Ep2或ΔEk=-ΔEp 来求解. (2)当研究对象为两个物体组成的系统时: ①若两个物体的重力势能都在减少(或增加),动能都在增加(或减少),可优先考虑应用表达式ΔEk=-ΔEp来求解. ②若A物体的机械能增加,B物体的机械能减少,可优先考虑用表达式ΔEA= -ΔEB来求解. 「典例研习」 [例3] (多选)一条轻绳跨过定滑轮,绳的两端各系一个小球A和B,B球的质量是A球的3倍.用手托住B球,轻绳刚好被拉紧时,B球离地面的高度为h,A球静止于地面,如图所示.现由静止释放小球B,B通过轻绳带动A球上升,B球着地后对轻绳无作用力,速度立即变为0.A、B可视为质点,定滑轮的质量及轮与轴间的摩擦均不计,重力加速度为g.则从静止释放小球B,到球A达到最高点的过程中,下列说法正确的是(　 　) BC 多物体机械能守恒问题的解题思路 ·方法点拨· 感谢观看 m m-m mgh2+m (2)mgh1+m= . mgh2+m 提示: (2)EA=mgh1+m,EB=mgh2+m. 提示: (3)由动能定理得WG=m-m, 又WG=mgh1-mgh2, 联立以上两式可得m+mgh1=m+mgh2, 即EA=EB. 【解析】 (1)由于AB段光滑,小球压缩释放后,弹簧的弹性势能全部转化为小球离开弹簧时的动能,根据机械能守恒定律可知,此时的弹性势能为 Ep=mv2=0.8 J. 【解析】 (2)由题意可知,小球在B点的速度为4 m/s,由于半圆形轨道光滑,选取B点所在平面为参考平面,小球从B运动到C过程中机械能守恒,即 m=mgR+m, 解得vC=2 m/s; 在C点,轨道对小球的支持力提供向心力,根据牛顿第二定律可得 FN=m=6 N, 根据牛顿第三定律,小球对轨道的压力大小FN′=FN=6 N. A.球A、B组成的系统机械能守恒 B.拉力对球A所做的功为mgh C.A球重力势能增加量为mgh D.A球动能的最大值为mgh 【解析】 在B落地前,对A、B整体,只有重力做功,故球A、B组成的系统机械能守恒,但B落地后,速度立即变为0,机械能减小,而球A继续上升,机械能不变,故整体机械能不守恒,A错误;由题可知球B落地前绳子对球A做功,设B刚落地时两球的速度大小为v,根据机械能守恒定律有3mgh-mgh=×3mv2+mv2,解得v=,对球A,根据动能定理有W-mgh=mv2,解得拉力对球A所做的功W=mgh,B正确;球B落地后,设球A上升的距离为h1,则有mv2=mgh1,解得h1=h,A球重力势能增加量为ΔEpA=mg(h+h1)=mgh,C正确;当B球落地时,球A的速度最大,此时动能最大,为EkA=mv2=mgh,D错误. $