第四章 第5节机械能守恒定律.ppt

理解教材新知,把握热点考向,应用创新演练,第,5,节,知识点一,知识点二,考向二,第四章,考向一,随堂基础巩固,课时跟踪训练,考向三,知识点三,1.,重力或弹力做正功，势能向动能转,化，重力或弹力做负功，动能向势,能转化。,2,在只有重力或弹力做功的物体系统,内，动能和势能发生相互转化，但机,械能的总量保持不变。,3,机械能守恒的条件是只有重力或弹力做功，若有其他力做,功，但其他力做功的代数和为零时，系统的机械能也保持不变。,自学教材,1,动能和势能的转化实例,(1),自行车下坡时，重力势能,，动能,。,(2),荡秋千过程中，向上摆动时，动能,，重力势能,，向下摆动时，动能,，重力势能,。,(3),撑竿跳高过程中，脱离杆之前，动能、重力势能、,在相互转化，脱离杆后，只有,和,在相互转化。,减少,增加,减少,增加,增加,减少,弹性势能,动能,重力势能,2,动能和势能相互转化时的特点,重力或弹力做正功时，,向,转化，做负功时，,向,转化。,势能,动能,动能,势能,重点诠释,1,实验探究,(1),实验装置：将螺母用细线挂在铁架台上制成单摆。,(2),实验步骤：把螺母拉起一个较小的角度，放手后，它能摆至另一侧的等高位置；在铁架台的杆上固定一个夹子，当螺母摆到最低点时，细线被夹子挡住，但螺母仍能摆到另一侧的等高位置。,(3),实验结论：忽略空气阻力，只有重力做功时，动能和势能在相互转化的过程中，总量不变。,图,4,5,1,图,4,5,2,答案：,CD,自学教材,1,定律内容,在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能会发生,，但机械能的总量,。,2,定律表达式,(1),E,1,。,(2),E,p1,E,k1,。,(3),E,k2,E,k1,。即,E,k,增,。,3,守恒条件,只有重力,(,或弹力,),做功。,相互转化,保持不变,E,2,E,p2,E,k2,E,p1,E,p2,E,p,减,重点诠释,1,研究对象,(1),当只有重力做功时，可取一个物体,(,其实是物体与地球构成的系统,),作为研究对象。,(2),当物体之间的弹力做功时，必须将这几个物体构成的系统作为研究对象,(,使这些弹力成为系统内力,),。,2,表达式的意义,(1),E,1,E,2,或,E,E,2,E,1,0,，这是从能量守恒的角度来表达，前者表示前、后两状态的机械能相等，后者表示系统的机械能没变化。,(2),E,k,E,p,或,E,p,E,k,，这是从能量转化的角度来表达，前者表示系统增加的动能等于减少的势能，后者表示系统增加的势能等于减少的动能。,(3),E,A,E,B,或,E,B,E,A,，这是从机械能转移的角度来表达，前者表示系统内物体,A,的机械能增加量等于物体,B,的机械能减少量，后者表示,B,物体的机械能增加量等于,A,物体机械能的减少量。,3,对机械能守恒的理解,(1),从能量转化的角度理解：,只有系统动能和势能相互转化，无其他形式能量之间的,(,如内能,),转化，则系统机械能守恒。如果物体间发生相互碰撞、物体间发生相对运动，又有相互间的摩擦作用时有内能的产生，机械能一般不守恒。,(2),从机械能的定义来理解：,看动能与势能之和是否变化。如一个物体沿斜面匀速,(,或减速,),滑下，动能不变,(,或减小,),，势能减小，机械能减小，一个物体沿水平方向匀速运动时机械能守恒，沿竖直方向匀速运动时机械能不守恒。,(3),从做功特点来理解：,只有重力和系统内的弹力做功，具体表现在：,只受重力,(,或系统内的弹力,),。如：所有做抛体运动的物体,(,不计阻力,),。,还受其他力，但只有重力,(,或系统内的弹力,),做功，其他力不做功。如图,4,5,3,甲、乙所示。,图,4,5,3,有系统的内力做功，但是做功代数和为零，系统机械能守恒。如图,4,5,4,甲中拉力对,A,、对,B,做功不为零，但代数和为零，,AB,系统机械能守恒。如图,4,5,4,乙所示，,A,、,B,间及,B,与接触面之间均光滑，,A,自,B,的上端自由下滑时，,B,沿地面滑动，,A,、,B,之间的弹力做功，对,A,或,B,机械能均不守恒，但对,A,、,B,组成的系统机械能守恒。,图,4,5,4,4,应用机械能守恒定律解题的一般步骤,(1),确定研究对象，就是要明确以哪几个物体组成的系统为研究对象。,(2),正确分析研究对象内各物体所受的力。分析时应注意：重力、弹力、摩擦力都是成对出现的，分清哪几个力是内力，哪几个力是外力。,(3),看外力是否对物体做功，内力中有没有重力和弹力以外的力做功。由此即可以判断系统的机械能是否守恒。,(4),按机械能守恒定律列出方程并求解。,2,如图,4,5,5,所示，某人用平行斜面的拉,力将物体沿斜面拉下，拉力大小等于摩,擦力大小，则下列说法正确的是,(,),A,物体是匀速下滑,B,合外力对物体做的功等于零,C,物体的机械能减少,D,物体的机械能保持不变,解析：,物体在斜面上运动，虽然有拉力和摩擦力做功，但两者做功相互抵消。整个过程相当于只有重力做功，所以物体的机械能保持不变。,答案：,D,图,4,5,5,打点计时器,毫米刻度尺,重力,图,4,5,6,3,实验过程,(1),实验步骤：,安装：将打点计时器固定在铁架台上；用导线将打点计时器与低压交流电源相连接。,接电源，打纸带：把纸带的一端在重物上用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近，接通电源，待打点稳定后松开纸带，让重物自由下落。,重复几次，打下,3,5,条纸带。,选纸带：选取点迹较为清晰的。挑选纸带上第一个点及距离第一个点较远的点，并依次标上,0,1,2,3,数据测量：测出,0,到点,1,、点,2,、点,3,的距离，即为对应的下落高度,h,1,、,h,2,、,h,3,5,误差分析,(1),本实验的误差主要是由于纸带测量产生的偶然误差和重物、纸带运动中空气阻力及纸带与打点计时器摩擦阻力引起的系统误差，使动能的增加量稍小于势能的减少量。,(2),测量时采取多次测量求平均值来减小偶然误差，安装打点计时器时使两限位孔中线竖直，并且选择质量适当大些，体积尽量小些的重物来减小系统误差。,(3),打点计时器周期变化带来误差。,3,下列关于,“,验证机械能守恒定律,”,实验的实验误差的说,法正确的是,(,),A,重物质量的称量不准会造成较大误差,B,体积一定的条件下重物质量选用得大些，有利于,减小误差,C,重物质量大小不影响误差大小,D,先释放纸带后接通电源会造成较大误差,答案：,BD,例,1,如图,4,5,7,所示，下列关于机械能是否守恒的判断正确的是,(,),图,4,5,7,A,甲图中，物体,A,将弹簧压缩的过程中，机械能守恒,B,乙图中，物体,B,在大小等于摩擦力的拉力作用下沿斜面下滑时，机械能守恒,C,丙图中，不计任何阻力时,A,加速下落，,B,加速上升的过程中，,A,、,B,组成的系统机械能守恒,D,丁图中，小球沿水平面做均匀圆锥摆运动时，机械能守恒,思路点拨,解答本题时应注意以下三点：,(1),判断机械能守恒的研究对象；,(2),判断机械能守恒的研究过程；,(3),机械能守恒应满足的条件。,解析,甲图中重力和弹力做功，物体,A,和弹簧组成的系统机械能守恒，但物体,A,机械能不守恒，,A,错误；乙图中物体,B,除受重力外，还受支持力、拉力、摩擦力，但当拉力与摩擦力相等时，除重力之外的三个力做功的代数和为,0,，故物体,B,机械能守恒，,B,正确；丙图中绳子的张力对,A,做负功，对,B,做正功，两者代数和为,0,，又不计任何阻力，故,A,、,B,机械能守恒，,C,正确；丁图中小球的动能不变，势能不变，故机械能守恒，,D,正确。,答案,BCD,借题发挥,机械能守恒的条件不是合外力的功等于零，也不是合外力等于零；对于单个物体和地球构成的系统，从做功的力的特点去分析，对于多个物体构成的系统，从能量转化的角度去分析相对比较简单。,1,(2011,新课标全国卷,),一蹦极运动员身系弹性蹦极绳从,水面上方的高台下落，到最低点时距水面还有数米距离。假定空气阻力可忽略，运动员可视为质点，下列说法正确的是,(,),A,运动员到达最低点前重力势能始终减小,B,蹦极绳张紧后的下落过程中，弹性力做负功，弹性,势能增加,C,蹦极过程中，运动员、地球和蹦极绳所组成的系统机,械能守恒,D,蹦极过程中，重力势能的改变与重力势能零点的选取,有关,解析：,运动员在下落过程中，重力做正功，重力势能减小，故,A,正确。蹦极绳张紧后的下落过程中，弹性力向上，位移向下，弹性力做负功，弹性势能增加，故,B,正确。选取运动员、地球和蹦极绳为一系统，在蹦极过程中，只有重力和系统内弹力做功，这个系统的机械能守恒，故,C,正确。重力势能改变的表达式为,E,p,mg,h,，由于,h,是绝对的，与选取的重力势能参考零点无关，故,D,错。,答案：,ABC,例,2,如图,4,5,8,所示，质量为,m,的木,块放在光滑的水平桌面上，用轻绳绕过桌边,的定滑轮与质量为,M,的砝码相连。已知,M,2,m,，让绳拉直后使砝码从静止开始下降,h,(,此,时竖直绳长小于桌高,),的距离，木块仍在桌面,上，则此时砝码的速度为多大？,思路点拨,对木块和砝码组成的系统，因只有砝码重力做功，系统的机械能守恒。,图,4,5,8,借题发挥,对于多个物体组成的系统，研究对象的选取是解题的关键环节，若选单个物体为研究对象时，机械能可能不守恒，但选此物体与其他几个物体组成的系统为研究对象时，机械能却是守恒的。,2,如图,4,5,9,所示，质量为,m,的物体，以某一,初速度,v,0,从,A,点向下在光滑的轨道中运动，不,计空气阻力，若物体通过半圆形轨道,最低点,B,点时的速度为,3,，求：,(1),物体在,A,点时的速度,v,0,。,(2),物体离开,C,点后还能上升多高？,图,4,5,9,例,3,在,“,验证机械能守恒定律,”,的实验中，打点计时器所用电源频率为,50 Hz,，当地重力加速度的值为,9.80 m/s,2,，测得所用重物的质量为,1.0 kg,。甲、乙、丙三个学生分别用同一装置打出三条纸带，量出各纸带上第,1,、,2,两点间的距离分别为,0.18 cm,、,0.18 cm,和,0.25 cm,，可看出其中肯定有一个学生在操作上出现了问题，出现的问题是,_,。若按实验要求正确地选出纸带如图,4,5,10,所示,(,相邻计数点的时间间隔为,0.02 s),，那么：,图,4,5,10,(1),纸带的,_,端与重物相连,(,填,“,左,”,或,“,右,”,),；,(2),打点计时器打下计数点,B,时，重物的速度,v,B,_,；,(3),从起点,O,到打下计数点,B,的过程中重物重力势能的减少量,E,p,_,，此过程中重物动能的增加量,E,k,_,；,(4),通过计算，数值上,E,p,_,E,k,(,填,“,”“,”,或,“,”),，这是因为,_,；,(5),实验的结论是,_,；,(6),若实验中所用电源的频率,f,实验中存在阻力，重物的重力势能不能完全转化为动能,(5),在误差允许的范围内重物的机械能守恒,(6),E,k,可能大于,E,p,3,如图,4,5,11,是某同学探究,“,动能与重力势能的转化和,守恒,”,的实验装置及打出的一条纸带的一部分：,图,4,5,11,(1),已知打点计时器的周期为,0.02 s,，当地的重力加速度为,g,9.8 m/s,2,，图中数字为各点距起点,O,的距离，设重锤质量为,m,0.1 kg,，当打到,B,点时，重锤的重力势能减少了,_J,，动能增加了,_J,。,(,保留三位有效数字,),(2),若当地的重力加速度未知，则可利用此实验来测量当地的重力加速度，请写出测量值与当地重力加速度的值总有差异的一个原因：,_,。,答案：,(1)0.191,0.190,(2),见解析,随堂基础巩固,课时跟踪训练,