科教版必修2第四章机械能和能源第五节《机械能守恒定律》课件(共45张ppt)

注 意 事 项
1、安装打点计时器时，必须使两纸带限
位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。
2、应选用质量和密度较大的重物，增大
重力可可使阻力的影响相对减小，增大密 度可以减小体积，可使空气阻力减小。
3、选用纸带时应尽量挑选第一、二点间
距接近2mm的点迹清晰且各点呈一条直 线的纸带。
注 意 事 项
4、实验用的纸带一般小于1m ，从起
如右图所示，在铁架 台上再夹上一个夹子， 让螺母摆动到最低点 时，细线将会被下面 的夹子挡住，重复上 述实验，看看这种情 况下，螺母摆到另一 边时能够摆多高。 你敢不敢再做下去：保持你的头部不动，请另一 位同学将螺母拉倒你的鼻尖处再放手，看下次螺 母会不会撞到鼻尖上。 上述实验现象说明了什么？
3、理论探究 质量为m的物体在空中做抛体运动，在高度为
E1 E 2
EP1 Ek1 EP2 Ek2
只有重力做功或弹簧弹力做功
机械能守恒的条件：
对机械能守恒条件的理解
对单个物体：
（1）物体只受重力和弹簧弹力，不受其他力
v0
G v0
G
G
v0
（2）物体受重力和弹簧弹力，还受到其他力， 但其他力不做功或所做总功为零
对某一系统：
只有重力或弹力做功的情况下：物体间 只有动能、重力势能和弹性势能间的转 化，系统跟外界没有机械能的传递，也 没有转化成其他形式的能量（热能）。 注意：机械能守恒是指在一个过程中的 每一个时刻机械能都相等
v
二 、 实验器材：打点计时器、纸带、复写纸、重 实 物、刻度尺、铁架台（带铁夹）、学生电源 验 等。 纸带 器 材 打点计时器
铁架台
？
重物
三 、 实 验 步 骤
1、 将打点计时器固定在铁架台上，把纸带的 一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点 计时器的限位孔。 2、用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附 近。然后先接通电源，再松开纸带，让重物 自由下落。 3、更换纸带，重复几次。 4、选择合适的纸带，处理数据。
运动时离地至少多高？（不考虑空气阻力和摩
擦阻力）
A
B h R
mvB mg R
2
解： 从A到B，对过山车受力分析
可知，只有重力做功，机械
能守恒
A
B h R
1 mgh mg2R mv B 2 2
①
又过山车恰好能到达B点时
mv B mg R 由①、②式可得
2
②
1 25m h 2R R 2
R
答案：（1） v0 3gR
（2） h

7 R 2
学生实验：验证机械能守恒定律
一 在自由落体运动中，如果空气阻 、 力和纸带受到的摩擦力可以忽略不 实 验 计，则物体的机械能守恒，即系统 原 机械能的总量保持不变。 理 若物体下落高度h 时的速度为v ,则 由机械能守恒定律可知：
h
1 mgh + mv 2 =0 2
始点开始大约能打出20 个点左右。末 位置的点可选择倒数第一个点或倒数 第二个点，从这一个点向前数4～6 个 点当初位置的点，可以减小这两个点 的瞬时速度以及两点之间距离（高度h） 测量的误差。
数 据 记 录
测量点n 高度hn /m 速度vn /m/s 势能EP /J 动能EK /J
1
2
3
4
5
6
可不可以 用图象处 理数据?
1 2 E1 E k1 mv1 2
G N b
动能全部转化为重力势能，根据机械能守恒定律，有 1 2 mgh mv1 2
v h 2g
2 1
2.45m
h′>h，电车能够冲上站台
（2）设电车到达b点的速度为v2，
N a b
根据机械能守恒定律，有
1 1 2 2 mv1 mgh mv 2 2 2
图 象 法 处 理 数 据
1 2 gh = 2 v
1 2 2 v
为什么图 象通过原 点？
0
该图象的 斜率表示 什么？ h
1、在验证机械能守恒定律的实验中： （1）除打点计时器、电源、重锤、纸带 以外，在下面的测量仪器中，必需使用的是 C 。 _______ A 、天平 B 、弹簧秤 C 、刻度尺 D、秒表 （2）如果以 V 2 为纵轴，以 2 h 为横轴，由实验数据描出的图 线是一条通过原点的直线，那 么该直线的斜率等于______ 当地的重力加速度
A.子弹的机械能守恒
B.木块的机械能守恒 C.子弹和木块的总机械能守恒
D.以上说法都不对
3．从同一高度以相同的速率分别抛出质量相等
的三个小球，一个竖直上抛，一个竖直下抛，另
一个平抛，则它们从抛出到落地( BD ) A. 运行的时间相等
C. 落地时的速度相同
B.加速度相同
D. 落地时的动能相等
4．如图所示，将悬线拉至水平位置无初速度释
V2 2
h
（ 3 ）如果所打的纸带，前几个点不清晰 ，其它点清晰，试说明用这样的纸带怎样验证 机械能守恒定律。
在纸带上选取A、B两点，测出 h AB计算出 重力势能的减小量，求出 V A、VB ，计算动 能的增加量，在误差范围内验证：
例3、 如图所示，位于竖直平面内的光滑轨 道，由一段斜的直轨道和与之相切的圆形轨 道连接而成，圆形轨道的半径为R.一质量为 m的小物块从斜轨道上的某处由静止开始下 滑，然后沿圆形轨道运动．要求物块能通过 圆形轨道最高点，且在该最高点与轨道间的 压力不能超过5mg(g为重力加速度)．求物 块初始位置相对于圆形轨道底部的高度h的 取值范围．
第四章 机械能和能源
第五节 机械能守恒定律
知识回顾
1、本章学了哪几种能，如何定义，大小如 何计算？ 2、动能定理的内容是什么？ 3、重力做功与重力势能的关系是什么？
动能 重力势能
机械能 势能
弹性势能
机械能的概念： 物体在某状态时的动能、重力势能和 弹性势能的总和叫做物体的机械能。
一、动能和势能的转化规律 生活中的实例
进站时要上坡，出站时要下坡。如果坡高2m，电
车到a点时速度是25.2km/h，此后便切断电车的
电源，不考虑电车所受到的摩擦力。
（1）电车能否冲上站台bc？
（2）如果能冲上，它到达b点时的速度是多大？
a b
h
c
（1）从a到b对电车受力分析可知， 解：
只有重力做功，机械能守恒。取a 点所在的水平面为重力势能的参考 a 面，电车在a点的机械能为
解：设物块在圆形轨道最高点的速度为v，取地面 为零势能面，由机械能守恒定律得： mgh ＝ 2mgR ＋ mv2/2 ① 物块在圆形轨道最高点受的力为重力mg和轨道的压力 FN 重力与压力的合力提供向心力，则有
mg ＋ F
N
v 2 ＝ m R .
②
物块能通过最高点的条件是： F N ≥ 0 ③ 由 ②③ 式得 v ≥ gR ④ 5 由 ①④ 式得 h ≥ 2 R . F N ≤ 5 mg ⑤ 按题目的要求，有 由 ②⑤ 式得 v ≤ 6 Rg ⑥ 由 ①⑥ 式得 h ≤ 5 R . 5 5 . 2R ≤ h≤ R
则h的取值范围是
应用机械能守恒定律解题的一般步骤:
（1）确定研究对象，画出过程示意图； （2）分析物体的受力，明确各力做功的情况， 判断是否符合机械能守恒的条件； （3）分析物体的运动，恰当地选取参考平面， 确定物体初、末状态的机械能（势能和动能）； （4）根据机械能守恒定律列方程求解。
一、动能与势能的相互转化 二、机械能守恒定律 在只有重力或弹力做功的物体系统内， 动能和势能会发生相互转化，但机械能的总 量保持不变。 表达式 E1 E 2 三、机械能守恒定律的条件 只有重力做功或弹簧弹力做功
问 题 3
如何测量物体的瞬时速度?
做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度， 等于相邻两点间的平均速度。
思 考 速度能不能用 v = gt 计算？
这种方法认为加速度为g ，由于各种摩擦阻 力不可避免，所以实际加速度必将小于g， 这样将得到机械能增加的结论，有阻力作用 机械能应该是减少的，故这种方法也不能用。
说 一 说
跳伞员利用降落伞 在空中匀速下落
下列 实例 中哪 些情 况机 械能 是守 恒的
抛出的篮球在空中 运动（不计阻力）
v
光滑水平面上 运动的小球， 把弹簧压缩后 又被弹回来。
用绳拉着一个物 体沿着光滑的斜 面匀速上升。
三、机械能守恒定律的应用 活动 如图所示，将小球从距斜轨底面h高处释放，使
G
v2 v 2gh 3m / s
2 1
电车到达b点的速度大小是3m/s
运用机械能守恒定律解题时，我们不需要弄清斜 坡的具体形状，也不需要了解电车沿斜坡运动的 具体过程，这正是运用机械能守恒定律解题的优 越性。
例2 如图为翻滚过山车示意图，圆轨道的半径
为10m，为了安全，则过山车由静止开始向下
A
v1
由重力做功与重力势
h1 h2
能变化的关系知
B v2
WG mgh1 mgh 2
1 1 2 由以上两式得： mv2 mv12 mgh1 mgh 2 2 2 1 1 2 2 mv mgh mv 1 2 mgh 2 即： 2 1 2
EA EB
二、机械能守恒定律 大量事实证明： 在只有重力或弹力做功的物体系统内，动 能和势能会发生相互转化，但机械能的总量保 持不变。 表达式 即
放，当小球到达最低点时，细线被一与悬点在同
一竖直线上的小钉B挡住，比较悬线被小钉挡住
的前后瞬间，以下说法正确的是( CD ) A. 小球的机械能减小
B. 小球的动能减小 C. 悬线的张力变大
D. 小球的向心加速度变大
5.如图所示，质量为m的物体以某一初速度v0从A