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

该高中物理课件围绕“机械能守恒定律”展开，以伽利略理想斜面实验引入守恒量“能量”，通过滚轮升降、弹簧振子实例展示动能与势能转化，进而推导定律表达式，构建从具体现象到抽象规律的学习支架。 其亮点在于突出物理观念中的能量观念和科学思维中的模型建构，通过小球下落情境推导定律、辨析“只有重力或弹力做功”条件及系统概念，结合单摆例题强化应用。学生能深化对守恒思想的理解，教师可依托实例提升教学效率。

nullnull 第八章 机械能守恒定律 04 机械能守恒定律 一、追寻守恒量 一、追寻守恒量 在伽利略理想斜面实验中，某个物理量始终保持不变，这个物理量就是“能量”。 二、动能和势能的相互转化 滚轮下降，重力做正功，滚轮速度变大，重力势能减小，动能增加，重力势能转化为动能； 滚轮上升，重力做负功，滚轮速度减小，重力势能增加，动能减小，动能转化为重力势能。 二、动能和势能的相互转化 A到O，弹力做正功，速度变大，弹性势能减小，动能增加，弹性势能转化为动能； O点弹簧处于原长 O到A'，弹力做负功，速度减小，弹性势能增加，动能减小，动能转化为弹性势能； A'到O，弹力做正功，速度变大，弹性势能减小，动能增加，弹性势能转化为动能； O到A，弹力做负功，速度减小，弹性势能增加，动能减小，动能转化为弹性势能。 势能和动能之间可以相互转化 二、动能和势能的相互转化 重力势能、弹性势能与动能都是机械运动中的能量形式，统称为机械能。 机械能 ├─动能： └─势能 ├─重力势能： └─弹性势能： （不要求掌握） 三、机械能守恒定律 动能和势能的相互转化是否存在某种定量关系？ 思 考 A h1 h2 h B 质量为m的小球从A点只在重力作用下运动到B点，A点距离地面高度为h1，速度为v1，方向竖直向下，B点距离地面高度为h2，速度为v2，方向竖直向下。 v1 v2 从A到B只有重力做功，根据动能定理： A点重力势能 选取地面为零势能面 B点重力势能 B点动能 A点动能 将A点的机械能移动到等号一边，B点的机械能移动到另一边 A h1 h2 h B v1 v2 三、机械能守恒定律 A点机械能 B点机械能 A点机械能等于B点机械能，小球下落过程中，机械能保持不变 A h1 h2 h B v1 v2 三、机械能守恒定律 A点机械能 B点机械能 思 考 A点机械能等于B点机械能，小球下落过程中，机械能保持不变 小球在下落途中有哪些力在做功，有哪些能量发生怎样的变化？ 只有重力做正功，只有重力势能减小和动能增加，重力势能的减小量等于动能的增加量。 思考：如果该过程反过来，小球只在重力作用下从B点运动到A点，该结论还成立吗？ 三、机械能守恒定律 只有弹力做功，只有弹性势能和动能发生变化，弹簧的弹性势能和小球的动能的总量保持不变。 机械能守恒定律： 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。 三、机械能守恒定律 三、机械能守恒定律 1、对“或”的理解 认为“或”只能有一个，两个不能同时存在，这是错误的。例如：只有特工A或特工B去接头才能拿到任务，只有A去，只有B去，A和B一起去除此之外没有别的人，都能拿到任务，但只要有除A和B之外的人一起去，就无法拿到任务。 2、小球和弹簧组成的系统机械能守恒，只分析小球机械能不守恒，只分析弹簧，机械能也不守恒。 机械能守恒的条件 ├─1、只有重力或弹力做功 │ ├─(1) 只有重力做功 → 重力势能和动能相互转化，总量不变 │ ├─(2) 只有弹力做功 → 弹性势能和动能相互转化，总量不变 │ └─(3) 重力弹力都做功，除此没有其它力做功 → 重力势能、弹性势能、动能相互转化，总量不变 └─2、物体系统内 → 机械能守恒必须是相互作用的所有物体组成的系统机械能守恒，单一的某个物体机械能是不守恒的。 三、机械能守恒定律 忽略所有阻力，小球的机械能是否守恒？ 全过程只有重力和弹力在做功，除此之外没有别的力在做功，小球和弹簧组成的系统机械能守恒，只分析小球，小球的机械能不守恒。 三、机械能守恒定律 机械能守恒方程 ├─方式一：初状态机械能等于末状态机械能 └─方式二：减小的机械能等于增加的机械能， ├─A 物体减小的机械能等于 B 物体增加的机械能 → └─系统增加（减小）的动能等于减小（增加）的势能 → 三、机械能守恒定律 例 题 把一个小球用细线悬挂起来，就成为一个摆，摆长为l，最大偏角为θ。如果阻力可以忽略，小球运动到最低点时的速度大小是多少？ 分析：从最高点到最低点，只有重力做功，小球机械能守恒，重力势能减小，动能增加，重力势能的减小量等于动能的增加量。 重力势能减小量 动能增加量 下 课 Lavf60.16.100 Lavf60.16.100 vid:v0300fg10000cd1aorrc77uark3fmbn0 Lavf60.16.100 vid:v0200fg10000chlf44nog65majgvb0tg Lavf60.16.100 Lavf60.16.100 Lavf60.16.100 Lavf61.7.100 $机械能守恒定律天降奇兵黑客拉姆齐发明了一种网络监控系统上帝之眼，它能够侵入全球范围内所有联网的电子通信设备，并且自动检索摄像头与音频设备，然后利用生物特征识别出监控目标。为了夺回这个上帝之眼，尼克和他的伙伴们只能将汽车运送到高加索山脉的指定区域，之后用高空投掷的方式拦截绑架拉姆齐的车队。汽车在空中下落的过程中，离地面高度不断减小，重力势能减小。但是速度不断增大，动能增加，重力势能转化成了动能。我们向上投出的篮球，篮球在运动到最高点的过程中中高度不断上升，重力势能增加，而速度是在不断减小，动能减少，这个时候动能转化成了重力势能。可见重力势能和动能之间是可以相互转化的。同样弹性势能也可以与动能相互转化。比如说小球从斜面上滚下来，压缩弹簧时，弹力是在做负功，这个时候小球动能减少，弹簧弹性势能增加，小球的动能转化成了弹簧的弹性势能。而当弹簧恢复到原状的时候，会将小球以一定的速度弹出，弹性势能又重新转变成了小球的动能。在物理学中，重力势能、弹性势能与动能它们统称为机械能。一个系统总的机械能等于动能与势能之和。机械能是标量，也是具有相对性。只有在选取了参考系和参考平面之后，才能确定系统的机械能。机械能可以由一种形式转化成另外一种形式。那么在转化过程中是否存在着某种定量关系呢？若一个质量为M的物体从A点自由下落，它经过高度为H一的B点时速度为V1，然后下落到高度为H2的C点时，速度为V2。这里我们取地面为参考平面，则物体在B点时的机械能EB就等于EK1，加上EP1等于2分之1M乘以V一的平方，加上MGH1。那么在C点时的机械能EC等于EK2，加上EP2等于2分之1M乘以V2的平方，加上MGH2。物体从B点运动到C点的过程中，在不考虑空气阻力的情况下，只有重力在做功。根据动能定理，WG等于2分之1M乘以V2的平方减去2分之1M乘以V一的平方，又因为重力做功在数值上等于重力势能的减少量，则WG等于MGH1减去MGH2。由这两个式子，我们又可以得到2分之1M乘以V2的平方加上MGH2等于2分之1M乘以V一的平方加上MGH1，即EK2加EP2等于EK1加上EP1。由此可见，在只有重力做功的情况下，动能与重力势能可以相互转化，系统的总机械能保持不变。同样的在只有弹力做功的系统内，动能和弹性势能相互转化，总的机械能也保持不变。好的，那么根据上述结论，我们可以得到在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能保持不变，这个就叫做机械能守恒定律，其表达式为EK2加上EP2等于EK1加上EP1，即末状态的机械能总和与初状态的机械能总和是相等的。这里需要注意的是，机械能守恒定律它的成立是要满足一定的条件的，即在系统内只有重力或弹力做功，其他力不做功或做功的代数和为零。如小球沿固定的光滑斜面滚下的过程中，除了受到重力作用，还会受到斜面支持力的作用，但是支持力与位移方向垂直，对小球不做功，因此该过程也满足机械能守恒。蹦极是近年来兴起的一项户外极限运动，跳跃者站在约40米以上高度的桥梁、塔顶、高楼甚至是热气球上，把一端固定的橡皮条绑在身上，然后两臂伸开，头朝下跳下去。顺时间就像掉入了无底深渊，整个心脏都会往上提，而在下一秒又猛然被绳子拉回，这一瞬间就仿佛经历了一次生死轮回。那么同学们可以自己回去分析一下，在这个蹦极的整个过程中，重力势能、弹性势能和动能之间又是怎样相互转化的呢？ nullnull让小球沿一个斜面从静止滚下来，小球将滚上另一个斜面。如果没有摩擦，小球上升到原来的高度，减小第二个斜面的倾角。小球在这个斜面上达到原来的高度，就要通过更长的距离。再继续减小第二个斜面的倾角，小球要达到原来的高度，通过的距离就更长了。 下面我们观察滚摆的运动，讨论滚摆在运动过程中，动能和重力势能是如何转化的。把细绳绕在滚摆的横轴上，松开手。滚摆上下做往复运动。滚摆下降时高度降低，重力势能减小，速度增大，动能增大，重力势能转化为动能。滚摆上升时高度增加，重力势能增大，速度减小，动能减小，动能转化为重力势能。滚摆不断地做上下往复运动，重力势能和动能不断相互转化。我们还可以观察到滚摆每次上升到达的高度都比前一次要低一些。这是因为滚摆在运动过程中要克服空气阻力做功，总的机械能减少了。通过这个实验我们了解到动能和势能是可以相互转化的。