人教版 (2019)必修 第二册4 机械能守恒定律集体备课ppt课件

这是一份人教版 (2019)必修 第二册4 机械能守恒定律集体备课ppt课件，共30页。PPT课件主要包含了学习目标，小球动能，弹簧的弹性势能，由动能定理，情景三弹簧弹力做功，表达式，守恒观点，转化观点，转移观点，解析D等内容，欢迎下载使用。

通过机械能守恒定律的学习，初步建立能量观念、体会守恒思想。
会用能量观念分析具体实例中动能与势能（包括弹性势能）之间的相互转化。
理解机械能守恒定律的推导过程。
会从做功和能量转化的角度判断机械能是否守恒，能应用机械能守恒定律解决有关问题，体会利用机械能守恒定律解决问题的便利性。
伽利略曾研究过小球在斜面上的运动。他发现：无论斜面 B 比斜面 A 陡些或缓些，小球的速度最后总会在斜面上的某点变为 0，这点距斜面底端的竖直高度与它出发时的高度基本相同。
在小球的运动过程中，有哪些物理量是变化的？哪些是不变的？你能找出不变的量吗？
小球在光滑的斜面Ａ上从高为h处由静止滚下，滚上另一光滑的斜面Ｂ，速度变为零时的高度为h'，试证明：h=h'
在A斜面上： a＝gsinα x＝ v2/2a h ＝ x sinα＝v2/2g
在B斜面上：a'＝－gsinβ x'＝（0－v2）/2a'h' ＝ x'sinβ = v2/2g
结论：h'＝h，且与β角的大小无关。
斜面上的小球在运动过程中好像“记得 ”自己起始的高度（或与高度相关的某个量）。不会更高一点，也不会更低一点。这说明某种“东西”在小球运动的过程中是不变的。
追寻到的守恒量——能量
后来的物理学家把这一事实说成是“某个量是守恒的”,并且把这个量叫做能量或能。
能量概念的引入是科学前辈们追寻守恒量的一个重要事例。
动能与重力势能的相互转化
物体沿光滑的斜面滑下时，重力对物体做正功，物体的重力势能减少，但物体的动能却增加了。
这说明动能和重力势能之间可以相互转化。
动能与重力势能相互转化的实例分析
结论: 物体的动能和重力势能可以相互转化。
A→B：物体的速度增加，即物体的动能增加，说明物体的重力势能转化成了动能。
B→C：重力对物体做负功，物体的速度减小，即动能减少。但高度增加，即重力势能增加。说明物体的动能转化成了重力势能。
动能与弹性势能的相互转化
从小球接触弹簧到速度为零的这一过程中,弹力做负功，弹簧的弹性势能增加，而物体速度减小，动能减少。
被压缩的弹簧具有弹性势能，当弹簧恢复原来形状时，弹力做正功，弹簧的弹性势能减少，而物体动能增加。
运动员从跳板上弹起的过程中，跳板的弹性势能转化为运动员的动能。
射箭是弓的弹性势能转化成箭的动能。
结论: 物体的动能和弹性势能可以相互转化。
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（mechanical energy）。通过重力或弹力做功，机械能可以从一种形式转化成另一种形式。
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（图8.4-2）。它们都由高度为h1的地方下落到高度为h2的地方。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？动能的变化相等吗？重力势能各转化成什么形式的能？
动能与势能的相互转化是否存在某种定量的关系？
情景一：落体运动（选地面为参考面）
只有重力做功的情况下，物体的机械能总量保持不变。
实际上，对于平抛和竖直上抛运动同样有这样的规律。
情景二：曲线运动 一个物体沿着光滑的曲面滑下，在A点时动能为Ek1，重力势能为Ep1 ；在B点时动能为Ek2，重力势能为Ep2 。试判断物体在A点的机械能E1和在B点的机械能E2的关系。
只有重力作功的情况下，物体的机械能总量保持不变。
在只有弹簧弹力做功的物体和弹簧系统内，动能和弹性势能相互转化，且机械能的总量保持不变。
在光滑水平面上，设弹簧被压缩x1时弹性势能为EP1，动能为EK1,设弹簧被压缩x2时弹性势能为EP2，动能为EK2
1.内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，物体的动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。这叫作机械能守恒定律（law f cnservatin f mechanical energy）。
或 ΔEk减=ΔEp增
或 ΔEA减=ΔEB增
（3）ΔEA=-ΔEB
（2）ΔEk= -ΔEp
机械能守恒的条件及理解
3.守恒条件：物体系统内只有重力或弹力做功(其他力不做功)，机械能守恒。（此处弹力高中阶段特指弹簧类弹力）
对机械能守恒条件的理解(1)只受重力作用，例如做平抛运动的物体机械能守恒。(2)除重力外，物体还受其他力，但其他力不做功或做功代数和为零。(3)除重力外，只有系统内的弹力做功，那么系统的机械能守恒。注意：并非系统内某个物体的机械能守恒，而是系统的机械能守恒。
把一个小球用细线悬挂起来，就成为一个摆（如图），摆长为l ，最大偏角为θ。如果阻力可以忽略，小球运动到最低位置时的速度大小是多少？
分析： 在阻力可以忽略的情况下，小球摆动过程中受重力和细线的拉力。细线的拉力与小球的运动方向垂直，不做功，所以这个过程中只有重力做功，机械能守恒。小球在最高点只有重力势能，动能为0，计算小球在最高点和最低点重力势能的差值，根据机械能守恒定律就能得出它在最低点的动能，从而算出它在最低点的速度。
拓展：由上述结果分析，如果改变释放时的角度，小球运动到最低点的速度有何变化？
用机械能守恒定律的一般步骤
机械能是否守恒的三种判断方法
对点训练——单个物体机械能守恒的判断
如图所示，撑杆跳运动的过程大概可以分为助跑、起跳、下落三个阶段。已知运动员和撑杆总质量为m，某次比赛中，助跑结束时恰好达到最大速度v，起跳后重心上升高度h后成功越过横杆，落在缓冲海绵垫上，撑杆脱离运动员之后会出现弹跳现象，重力加速度为g，不计空气阻力，取地面为零势能面，则下列说法正确的是（　　）
对点训练——多个物体机械能守恒的判断
（多选）如图所示，将一个内外侧均光滑的半圆形槽置于光滑的水平面上，槽的左侧有一固定的竖直墙壁（不与槽粘连）。现让一小球自左端槽口A点的正上方由静止开始下落，从A点与半圆形槽相切进入槽内，则下列说法正确的是（　　）
1. 在下面列举的各个实例中（除A外都不计空气阻力），哪些过程中机械能是守恒的？说明理由。A. 跳伞运动员带着张开的降落伞在空气中匀速下落B. 抛出的标枪在空中运动C. 拉着一个金属块使它沿光滑的斜面匀速上升D. 在光滑水平面上运动的小球碰到一个弹簧，把弹簧压缩后，又被弹回来
2. 如图8.4-6，质量为m的小球从光滑曲面上滑下。当它到达高度为h1的位置A时，速度的大小为v1 ；当它继续滑下到高度为h2的位置B时，速度的大小为v2。在由高度h1滑到高度h2的过程中，重力做的功为W。（1）根据动能定理列出方程，描述小球在A、B两点间动能的关系。（2）根据重力做功与重力势能的关系，把以上方程变形，以反映出小球运动过程中机械能是守恒的。
3. 质量为0.5 kg的石块从10 m高处以30°角斜向上方抛出（图8.4-7），初速度v0的大小为5 m/s。不计空气阻力，g取10 m/s2。（1）石块落地时的速度是多大？请用机械能守恒定律和动能定理分别讨论。（2）石块落地时速度的大小与下列哪些量有关，与哪些量无关？说明理由。A. 石块的质量 B. 石块的初速度C. 石块初速度的仰角 D. 石块抛出时的高度
4. 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，当轻绳刚好被拉紧时，B球离地面的高度是h，A球静止于地面，如图8.4-8所示。释放B球，当B球刚落地时，求A球的速度大小。定滑轮的质量及轮与轴间的摩擦均不计，重力加速度为g。
5. 把质量是0.2 kg的小球放在竖立的弹簧上，并把小球往下按至A的位置，如图8.4-9甲，所示。迅速松手后，弹簧把小球弹起，小球升至最高位置C（图8.4-9乙），途中经过位置B时弹簧正好处于自由状态。已知B、A的高度差为0.1 m，C、B的高度差为0.2 m，弹簧的质量和空气的阻力均可忽略，g取10 m/s2。（1）分别说出小球由位置A至位置B、由位置 B至位置 C时，小球和弹簧的能量转化情况。（2）小球处于位置A时，弹簧的弹性势能是多少？在位置C时，小球的动能是多少？