高中物理粵教版 (2019)必修 第二冊第五節(jié) 機械能守恒定律獲獎課件ppt

這是一份高中物理粵教版 (2019)必修 第二冊第五節(jié) 機械能守恒定律獲獎課件ppt，共43頁。PPT課件主要包含了課前·自主預習，動能與勢能的相互轉化，機械能，機械能守恒定律，互相轉化，保持不變，Ep1－Ep2，－ΔEp，Ek1＋Ep1，重力或系統(tǒng)內彈力等內容，歡迎下載使用。
1．動能與勢能的相互轉化(1)轉化條件：__________或________做功．(2)轉化特點：做正功時，______向________轉化；做負功時，________向________轉化．2．重力勢能、彈性勢能與動能統(tǒng)稱為___________．
如圖所示，物體沿光滑曲面滑下，途經A、B兩點．這個過程中物體的動能和勢能如何變化？【答案】由于曲面光滑，只有重力做功．下滑過程中速度增大，高度減小，故動能增大，重力勢能減?。?br/>1．內容：在只有重力或彈力做功的系統(tǒng)內，動能與勢能發(fā)生________，而系統(tǒng)的機械能總量__________．2．守恒定律表達式(1)Ek2－Ek1＝________________，即ΔEk＝___________．(2)Ek2＋Ep2＝________________．(3)E2＝________．3．守恒條件：只有__________________做功．
下列運動過程中，機械能守恒的是(　　)A．熱氣球緩緩升空B．樹葉從枝頭飄落C．擲出的鉛球在空中運動D．跳水運動員在水中下沉【答案】C　
【解析】熱氣球緩緩升空過程中，空氣的浮力做功，機械能不守恒，A錯誤；樹葉從枝頭飄落，所受的空氣阻力不能忽略，空氣阻力做負功，其機械能不守恒，B錯誤；擲出的鉛球在空中運動時，所受空氣的阻力對其運動的影響可以忽略，只有重力做功，其機械能守恒，C正確；跳水運動員在水中下沉時，受到水的浮力做負功，其機械能不守恒，D錯誤．
機械能守恒的四種情況1．物體只受重力，只發(fā)生動能和重力勢能的相互轉化，如自由落體運動、拋體運動等．2．只有彈力做功，只發(fā)生動能和彈性勢能的相互轉化．如在光滑水平面上運動的物體碰到一個彈簧，與彈簧相互作用的過程中，對物體和彈簧組成的系統(tǒng)來說，機械能守恒．
3．物體既受重力，又受彈力，重力和彈力都做功，發(fā)生動能、彈性勢能、重力勢能的相互轉化，如自由下落的物體落到豎直的彈簧上和彈簧相互作用的過程中，對物體和彈簧組成的系統(tǒng)來說，機械能守恒．4．除受重力或彈力外，還受其他力，但其他力不做功，或其他力做功的代數(shù)和為零．如物體在沿斜面的拉力F的作用下沿斜面向下運動，若拉力的大小與摩擦力的大小相等，則在此運動過程中，其機械能守恒．
例1　(多選)如圖所示，下列關于機械能是否守恒的判斷正確的是(　　)
A．圖甲中，物體A將彈簧壓縮的過程中，物體A的機械能守恒B．圖乙中，物體B在大小等于摩擦力的拉力作用下沿斜面下滑時，機械能守恒C．圖丙中，不計任何阻力時A加速下落、B加速上升的過程中，A、B組成的系統(tǒng)機械能守恒D．圖丁中，小球由水平位置A處靜止釋放，運動到B處的過程中，機械能守恒【答案】BCD　
【解析】圖甲中重力和彈力做功，物體A和彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒，但A的機械能不守恒，故A錯誤；圖乙中物體B除受重力外，還受支持力、拉力、摩擦力，但當拉力與摩擦力相等時，除重力之外的三個力做功的代數(shù)和為零，故B機械能守恒，則B正確；圖丙中繩子的張力對A做負功，對B做正功，兩者代數(shù)和為零，又不計任何阻力，故A、B組成的系統(tǒng)機械能守恒，故C正確；圖丁中只有小球的重力做功，故機械能守恒，故D正確．
變式1　關于機械能，下列說法正確的是(　　)A．機械能守恒時，物體一定只受重力和彈力作用B．物體處于平衡狀態(tài)時，機械能必守恒C．一個系統(tǒng)所受外力為零時，系統(tǒng)機械能守恒D．物體所受的合外力不等于零，其機械能也可以守恒【答案】D　
【解析】物體機械能守恒的條件是只有重力或者彈力做功，物體除了受重力和彈力的作用，還有可能受其他力的作用，但是其他力做功為零，故A錯誤；物體處于平衡狀態(tài)時，所受的合力為零，機械能不一定守恒，例如物體勻速上升，動能不變，重力勢能增大，故B、C錯誤；物體所受合外力不等于零時，機械能可能守恒，例如自由下落的物體，D正確．
1．系統(tǒng)機械能守恒，系統(tǒng)中單個物體機械能不一定守恒．2．有摩擦力做功，但還有其他力做功來抵消摩擦力做的功，機械能仍然守恒．3．系統(tǒng)中有內力做功，但內力做功的代數(shù)和為零，則機械能守恒．4.物體除受重力外還受其他力，但其他力不做功，則機械能守恒．
機械能守恒定律與動能定理的比較
例2　水平光滑直軌道ab與半徑為R＝0.4 m的豎直半圓形光滑軌道bc相切，質量為0.2 kg的小球以一定速度沿直線軌道向右運動，如圖所示．小球進入圓形軌道后剛好能通過c點，然后小球做平拋運動落在直軌道上的d點，g取10 m/s2，則(　　)A．小球到達c點的速度為0B．小球落到d點時的速度為4 m/sC．小球在直軌道上的落點d與b點距離為0.8 mD．小球從c點落到d點所需時間為0.2 s
變式2　光滑水平面上有A、B兩木塊，A、B之間用一輕彈簧拴接，A靠在墻壁上，用力F向左推B使兩木塊之間的彈簧壓縮并處于靜止狀態(tài)，若突然撤去力F，則撤去力F之后的情況，下列說法中正確的是(　　)A．木塊A離開墻壁前，木塊A、B組成的系統(tǒng)機械能守恒B．木塊A離開墻壁后，木塊A、B組成的系統(tǒng)機械能守恒C．木塊A離開墻壁前，木塊A、B及彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒D．木塊A離開墻壁后，木塊A、B及彈簧組成的系統(tǒng)機械能不守恒
【答案】C　【解析】木塊A離開墻壁前后，由于彈簧對兩物體做功，A、B兩木塊組成的系統(tǒng)的機械能與彈簧的彈性勢能存在相互轉移，A、B系統(tǒng)的機械能不守恒，A、B錯誤；木塊A離開墻壁前，墻壁上的彈力不做功，木塊A、B及彈簧三者組成的系統(tǒng)沒有外力做功，系統(tǒng)的機械能守恒，故C正確，D錯誤.
科學思維——多物體系統(tǒng)機械能守恒問題對于存在相互作用的多個物體組成的系統(tǒng)而言，由于有內力做功，單個物體的機械能往往不守恒，因此首先要判斷哪個系統(tǒng)的機械能守恒，然后合理選取系統(tǒng)，再利用機械能守恒定律列式求解．一般來說：(1)當只有重力做功時，可選取一個物體(其實是物體與地球構成的系統(tǒng))作為研究對象．(2)當物體之間有彈力做功時，必須將這幾個物體構成的系統(tǒng)作為研究對象(使這些彈力成為系統(tǒng)內力).
例3　如圖所示，在豎直方向上A、B兩物體通過勁度系數(shù)為k的輕質彈簧相連，A放在水平地面上；B、C兩物體通過細繩繞過輕質定滑輪相連，C放在固定的光滑斜面上，用手拿住C，使細線剛剛拉直但無拉力作用，并保證ab段的細線豎直、cd段的細線與斜面平行．已知A、B的質量均為m，C的質量為4m，重力加速度為g，細線與滑輪之間的摩擦不計，開始時整個系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)，釋放C后沿斜面下滑，A剛離開地面時，B獲得最大速度，求：(1)斜面傾角α.(2)B獲得的最大速度v.(已知彈簧形變相同時彈性勢能相等)
【解析】(1)當物體A剛剛離開地面時，彈簧的伸長量記為xA，對A有：kxA＝mg.此時B受到重力mg、彈簧的彈力kxA、細線拉力FT三個力的作用．設B的加速度為a，根據牛頓第二定律對B有：FT－mg－kxA＝ma，對C有：4mg sin α－FT＝4ma，當B獲得最大速度時，有a＝0，由此解得sin α＝0.5，所以α＝30°.
1．下列物體的運動過程，滿足機械能守恒的是(　　)A．火箭加速上升B．潛水運動員在水中勻速下落C．物體從空中自由下落(不計空氣阻力)D．游客在摩天輪中隨摩天輪在豎直面內勻速轉動【答案】C　
【解析】火箭加速上升時，動能增大，重力勢能增大，故機械能增大，A錯誤；潛水運動員在水中勻速下落，動能不變，重力勢能減小，故總機械能減小，B錯誤；物體從空中自由下落(不計空氣阻力)時只有重力做功，機械能守恒，C正確；游客在摩天輪中隨摩天輪在豎直面內勻速轉動時，動能不變，重力勢能改變，故機械能不守恒，D錯誤．
2．如圖所示，小球從高處下落到豎直放置的輕彈簧上，在彈簧壓縮到最短的整個過程中，下列關于能量的敘述，正確的是(　　)A．重力勢能和動能之和總保持不變B．重力勢能和彈性勢能之和總保持不變C．動能和彈性勢能之和總保持不變D．重力勢能、彈性勢能和動能之和總保持不變【答案】D　
【解析】球下落過程中受到的重力做正功，彈力做負功，重力勢能、彈性勢能及動能都要發(fā)生變化，任意兩種能量之和都不會保持不變，但三種能量有相互轉化，總和不變，D正確．
3．將蘋果豎直向上拋出，離開手后豎直向上運動，又落回同一位置．忽略空氣阻力，某同學用速度v、機械能E分別描述這一過程，正確的是(　　)
【答案】B　【解析】蘋果先向上減速到零后，向下加速，速度方向發(fā)生變化，故A錯誤，B正確； 忽略空氣阻力，整個過程只有重力做功，機械能守恒，故C、D錯誤．
4．在距地面高度為H的位置斜向上拋出一個質量為m的小球，小球到達最高點時的速度大小為v1，小球落地時的速度大小為v2，忽略空氣阻力．則小球拋出時的動能為(　　)
5．如圖甲、乙所示，兩種不同的半圓形光滑豎直軌道A、B，底端都與一光滑水平軌道相連并相切于B點，兩軌道的半徑均為R，圖乙中管道的直徑略大于小球直徑(管道和小球的直徑相對R可忽略不計)，C點與圓心O等高且OC的距離為R.現(xiàn)小球以不同的初速度從水平軌道沖入圓軌道，且都能運動到最高點A.重力加速度為g.
甲　　　　　　　　　　　　乙
(1)求小球分別通過圖甲和圖乙中A點時的速度范圍．(2)請通過計算判斷在圖甲和圖乙中能否通過調整初速度使得小球過A點后能經過C點．