1、1机械能守恒定律机械能守恒定律2核心素养目标核心素养目标物理观念物理观念知道能量守恒是自然界的重要规律，知道什么是机械能，理知道能量守恒是自然界的重要规律，知道什么是机械能，理解机械能守恒定律的内容及条件。解机械能守恒定律的内容及条件。科学思维科学思维领悟从守恒的角度分析问题的方法，会根据机械能守恒的条领悟从守恒的角度分析问题的方法，会根据机械能守恒的条件判断机械能是否守恒，并能运用机械能守恒定律解决有关件判断机械能是否守恒，并能运用机械能守恒定律解决有关问题。问题。科学态度与责任科学态度与责任认识机械能守恒定律对日常生活的影响，体会守恒思想对物认识机械能守恒定律对日常生活的影响，体会守恒思想
2、对物理学的推动作用。理学的推动作用。3知识点一追寻守恒量知识点一追寻守恒量实验装置图实验装置图事实事实将小球由斜面将小球由斜面A上某位置由上某位置由_释放，小球运动到斜面释放，小球运动到斜面B上上假设假设摩擦力及空气阻力可以忽略摩擦力及空气阻力可以忽略推论推论小球在斜面小球在斜面B上速度变为上速度变为0时，即到达最高点时的高度与它出发时时，即到达最高点时的高度与它出发时的高度的高度_追寻不变量追寻不变量上述事例说明存在某个守恒量，在物理学上我们把这个量叫作上述事例说明存在某个守恒量，在物理学上我们把这个量叫作_或者能或者能静止静止相同相同能量能量4知识点二动能与势能的相互转化知识点二动能与势能
3、的相互转化观图助学观图助学在上面三种情景中儿童、撑竿跳运动员、跳水运动员各有怎样的能量转化？在上面三种情景中儿童、撑竿跳运动员、跳水运动员各有怎样的能量转化？51.重力势能与动能：重力势能与动能：只有重力做功时，若重力对物体做正功，则物体的重力只有重力做功时，若重力对物体做正功，则物体的重力势能势能_，动能，动能_，_转化成了动能；若重力做负转化成了动能；若重力做负功，则功，则_转化为转化为_。2.弹性势能与动能：弹性势能与动能：只有弹簧弹力做功时，若弹力做正功，则弹簧弹性势能只有弹簧弹力做功时，若弹力做正功，则弹簧弹性势能_，物体的动能，物体的动能_，_转化为动能。转化为动能。3.机械能机械
4、能(1)定义：定义：_、弹性势能和、弹性势能和_都是机械运动中的能量形都是机械运动中的能量形式，统称为机械能。式，统称为机械能。(2)机械能的改变：通过机械能的改变：通过_或弹力做功，机械能可以从一种形式转化为或弹力做功，机械能可以从一种形式转化为另一种形式。另一种形式。减少减少增加增加重力势能重力势能动能动能重力势能重力势能减少减少增加增加弹性势能弹性势能重力势能重力势能动能动能重力重力6思考判断思考判断(1)通过重力做功，动能和重力势能可以相互转化。通过重力做功，动能和重力势能可以相互转化。()(2)通过弹力做功，动能和弹性势能可以相互转化。通过弹力做功，动能和弹性势能可以相互转化。()(
5、3)物体的机械能一定是正值。物体的机械能一定是正值。()(4)通过重力或弹力做功，机械能可以转化为其他能。通过重力或弹力做功，机械能可以转化为其他能。()7射箭时，弓弦的弹性势能转化为箭的动能。射箭时，弓弦的弹性势能转化为箭的动能。过山车由高处在关闭发动机的情况下飞奔而下，重力势能转化为动能。过山车由高处在关闭发动机的情况下飞奔而下，重力势能转化为动能。8知识点三机械能守恒定律知识点三机械能守恒定律1.机械能守恒定律机械能守恒定律在只有在只有_或或_做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能械能_。2.表达式：表达式：Ek2Ep2E
6、k1Ep1。3.机械能守恒条件：机械能守恒条件：只有只有_或弹力做功。或弹力做功。重力重力弹力弹力保持不变保持不变重力重力9思考判断思考判断(1)做匀速直线运动的物体机械能一定守恒。做匀速直线运动的物体机械能一定守恒。()(2)做变速运动的物体机械能可能守恒。做变速运动的物体机械能可能守恒。()(3)外力对物体做功为零时，机械能一定守恒。外力对物体做功为零时，机械能一定守恒。()(4)机械能守恒时，物体可能受阻力。机械能守恒时，物体可能受阻力。()(5)物体所受的外力不等于零，其机械能肯定不守恒。物体所受的外力不等于零，其机械能肯定不守恒。()(6)物体的速度增大时，其机械能可能减小。物体的速
7、度增大时，其机械能可能减小。()10(1)“守恒守恒”是一个动态概念，指在动能和势能相互转化的整个过程中的任何时刻、是一个动态概念，指在动能和势能相互转化的整个过程中的任何时刻、任何位置，机械能的总量总保持不变。任何位置，机械能的总量总保持不变。(2)机械能守恒的条件不是合力做的功等于零，也不是合力等于零。机械能守恒的条件不是合力做的功等于零，也不是合力等于零。11核心要点一机械能守恒条件的理解与判断核心要点一机械能守恒条件的理解与判断1.研究对象研究对象(1)当只有重力做功时，可取一个物体当只有重力做功时，可取一个物体(其实是物体与地球构成的系统其实是物体与地球构成的系统)作作为研究对象。为
8、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象(使这些弹力成为系统内力使这些弹力成为系统内力)。122.守恒条件理解守恒条件理解(1)从能量转化分析，系统内部只发生动能和势能的相互转化，无其他形式能量从能量转化分析，系统内部只发生动能和势能的相互转化，无其他形式能量(如如内能内能)之间转化，系统机械能守恒。之间转化，系统机械能守恒。(2)从做功条件分析，机械能守恒的条件是从做功条件分析，机械能守恒的条件是可从以下三种情形理解：可从以下三种情形理解：只受重力作用：如在不考虑空气阻力的情况下的各种抛体运动
9、只受重力作用：如在不考虑空气阻力的情况下的各种抛体运动(自由落体、竖直自由落体、竖直上抛、平抛、斜抛等上抛、平抛、斜抛等)。受其他力，但其他力不做功，只有重力或弹力做功，例如：物体沿光滑的曲面下受其他力，但其他力不做功，只有重力或弹力做功，例如：物体沿光滑的曲面下滑，受重力、曲面的支持力的作用，但曲面的支持力对物体不做功。滑，受重力、曲面的支持力的作用，但曲面的支持力对物体不做功。并非并非“只受重力或弹力作用只受重力或弹力作用”。只有重力或弹力做功只有重力或弹力做功。13有系统的内力做功，但是有系统的内力做功，但是 做功代数和为零做功代数和为零。系统只有动能和势能的相互转化，无其他形式能量的转
10、化。系统只有动能和势能的相互转化，无其他形式能量的转化。如图所示，拉力对如图所示，拉力对A、对、对B做功不为零，但代数和为零，做功不为零，但代数和为零，A、B组成的系统组成的系统机械能守恒。机械能守恒。14试题案例试题案例例例1(多选多选)如图所示，下列几种情况，系统的机械能守恒的是如图所示，下列几种情况，系统的机械能守恒的是()A.图甲中一颗弹丸在光滑的碗内做复杂的曲线运动图甲中一颗弹丸在光滑的碗内做复杂的曲线运动B.图乙中运动员在蹦床上越跳越高图乙中运动员在蹦床上越跳越高C.图丙中小车上放一木块，小车的左侧由弹簧与墙壁相连。小车在左右运动时，图丙中小车上放一木块，小车的左侧由弹簧与墙壁相连
11、。小车在左右运动时，木块相对于小车无滑动木块相对于小车无滑动(车轮与地面摩擦不计车轮与地面摩擦不计)D.图丙中如果小车运动时，木块相对于小车滑动图丙中如果小车运动时，木块相对于小车滑动15解析解析弹丸在碗内运动时，只有重力做功，系统机械能守恒，故选项弹丸在碗内运动时，只有重力做功，系统机械能守恒，故选项A正确；运动正确；运动员越跳越高，表明她不断做功，机械能不守恒，故选项员越跳越高，表明她不断做功，机械能不守恒，故选项B错误；由于一对静摩擦力错误；由于一对静摩擦力做功的代数和为做功的代数和为0，系统中只有弹簧弹力做功不为，系统中只有弹簧弹力做功不为0，机械能守恒，故选项，机械能守恒，故选项C正
12、确；正确；滑动摩擦力做功的代数和不为滑动摩擦力做功的代数和不为0，系统机械能不守恒，故选项，系统机械能不守恒，故选项D错误。错误。答案答案AC16方法总结判断机械能守恒的方法方法总结判断机械能守恒的方法(1)做功分析法做功分析法(常用于单个物体常用于单个物体)(2)能量分析法能量分析法(常用于多个物体组成的系统常用于多个物体组成的系统)17针对训练针对训练1如图所示，以下实例中均不考虑空气阻力，系统机械能守恒的是如图所示，以下实例中均不考虑空气阻力，系统机械能守恒的是()18解析解析人上楼、跳绳都是人体的化学能转化为机械能，故系统机械能不守恒，选人上楼、跳绳都是人体的化学能转化为机械能，故系统
13、机械能不守恒，选项项A、B错误；水滴石穿，水滴的机械能转化为内能，故机械能不守恒，选项错误；水滴石穿，水滴的机械能转化为内能，故机械能不守恒，选项C错错误；箭射出时，实现动能、弹性势能与重力势能的相互转化，系统机械能守恒，误；箭射出时，实现动能、弹性势能与重力势能的相互转化，系统机械能守恒，选项选项D正确。正确。答案答案D19针对训练针对训练2(多选多选)如图所示，一斜面放在光滑的水平面上，一个小如图所示，一斜面放在光滑的水平面上，一个小物体从斜面顶端无摩擦地自由滑下，则在下滑的过程中物体从斜面顶端无摩擦地自由滑下，则在下滑的过程中()A.斜面对小物体的弹力做的功为零斜面对小物体的弹力做的功为
14、零B.小物体的重力势能完全转化为小物体的动能小物体的重力势能完全转化为小物体的动能C.小物体的机械能不守恒小物体的机械能不守恒D.小物体、斜面和地球组成的系统机械能守恒小物体、斜面和地球组成的系统机械能守恒20解析解析小物体、斜面和地球三者组成的系统机械能守恒。斜面对小物体的弹力对小物体、斜面和地球三者组成的系统机械能守恒。斜面对小物体的弹力对其做负功，小物体机械能减少，小物体的重力势能转化为它和斜面的动能。选项其做负功，小物体机械能减少，小物体的重力势能转化为它和斜面的动能。选项C、D正确，正确，A、B错误。错误。答案答案CD21核心要点二机械能守恒定律的应用核心要点二机械能守恒定律的应用问
15、题探究问题探究如图，质量为如图，质量为m的小球从光滑曲面上滑下。当它到达高度为的小球从光滑曲面上滑下。当它到达高度为h1的位置的位置A时，速度的时，速度的大小为大小为v1，滑到高度为，滑到高度为h2的位置的位置B时，速度的大小为时，速度的大小为v2。在由高度。在由高度h1滑到高度滑到高度h2的过的过程中程中(不计空气阻力不计空气阻力)：研究小球的能量变化研究小球的能量变化22(1)小球的重力势能减少了多少？小球的重力势能减少了多少？(2)小球的动能增加了多少？小球的动能增加了多少？(3)小球下滑过程中机械能守恒吗？若守恒，列出表达式。小球下滑过程中机械能守恒吗？若守恒，列出表达式。(4)小球重
16、力势能减少量等于动能的增加量吗？小球重力势能减少量等于动能的增加量吗？答案答案(1)重力势能的减少量为重力势能的减少量为Epmgh1mgh223探究归纳探究归纳1.机械能守恒定律的表达形式机械能守恒定律的表达形式理解角度理解角度表达式表达式物理意义物理意义从不同从不同状态看状态看Ek1Ep1Ek2Ep2或或E初初E末末初状态的机械能等于末状态初状态的机械能等于末状态的机械能的机械能从转化从转化角度看角度看Ek2Ek1Ep1Ep2或或EkEp过程中动能的增加量等于势过程中动能的增加量等于势能的减少量能的减少量从转移从转移角度看角度看EA2EA1EB1EB2或或EAEB系统只有系统只有A、B两物体
17、时，两物体时，A增加的机械能等于增加的机械能等于B减少的机减少的机械能械能242.三种表达式的比较三种表达式的比较25试题案例试题案例 例例2将质量为将质量为m的物体以初速度的物体以初速度v010m/s竖直向上抛出，竖直向上抛出，取取g10m/s2，则：，则：(1)物体上升的最大高度是多少？物体上升的最大高度是多少？(2)上升过程中，何处重力势能与动能相等？上升过程中，何处重力势能与动能相等？(以地面为零势能面以地面为零势能面)满足机械能守恒条件满足机械能守恒条件忽略空气阻力忽略空气阻力，解析解析(1)物体上升的过程中机械能守恒，则有物体上升的过程中机械能守恒，则有解得解得hmax5m。26(
18、2)设物体在设物体在h高处，物体的重力势能与动能相等，高处，物体的重力势能与动能相等，即即mghEk联立联立式解得式解得答案答案(1)5m(2)2.5m高处高处27拓展拓展以地面为零势能面，在以地面为零势能面，在例例2中物体在上升过程中，当物体的动能与重力势能中物体在上升过程中，当物体的动能与重力势能相等时，物体的速度多大？相等时，物体的速度多大？28方法总结用机械能守恒定律解题的基本思路方法总结用机械能守恒定律解题的基本思路29例例3如图所示，两小球如图所示，两小球A、B系在跨过定滑轮的细绳两端，小球系在跨过定滑轮的细绳两端，小球A的质的质量量mA2kg，小球，小球B的质量的质量mB1kg，
19、最初用手将，最初用手将A、B托住处于静托住处于静止，绳上恰没有张力，此时止，绳上恰没有张力，此时A比比B高高h1.2m。将。将A、B同时释放，同时释放，g取取10m/s2，求：，求：(1)释放前，以释放前，以B所在位置的平面为参考平面，所在位置的平面为参考平面，A的重力势能；的重力势能；(2)释放后，当释放后，当A、B到达同一高度时，到达同一高度时，A、B的速度大小。的速度大小。【解题点拨】【解题点拨】解答本题应注意以下两点：解答本题应注意以下两点：(1)根据重力势能的定义式可求得，根据重力势能的定义式可求得，A的重力势能的重力势能EpAmAgh。(2)释放后，释放后，A、B构成的系统机械能守
20、恒，根据机械能守恒定律求解。构成的系统机械能守恒，根据机械能守恒定律求解。30解析解析(1)释放前，以释放前，以B所在位置的平面为参考平面，所在位置的平面为参考平面，A的重力势能为的重力势能为EpAmAgh可得可得EpA24J。(2)释放后，释放后，A、B构成的系统机械能守恒，有构成的系统机械能守恒，有解得解得v2m/s。答案答案(1)24J(2)2m/s31方法总结多物体机械能守恒问题的分析方法方法总结多物体机械能守恒问题的分析方法(1)对多个物体组成的系统要注意判断物体运动过程中，系统的机械能是否守恒。对多个物体组成的系统要注意判断物体运动过程中，系统的机械能是否守恒。(2)列机械能守恒方
21、程时，一般选用列机械能守恒方程时，一般选用EkEp或或EAEB的形式。的形式。(3)多物体机械能守恒问题的三点注意多物体机械能守恒问题的三点注意正确选取研究对象。正确选取研究对象。合理选取物理过程。合理选取物理过程。正确选取机械能守恒定律常用的表达形式列式求解。正确选取机械能守恒定律常用的表达形式列式求解。32针对训练针对训练3如图所示，质量如图所示，质量m2kg的小球用长的小球用长L1.05m的轻质细绳的轻质细绳悬挂在距水平地面高悬挂在距水平地面高H6.05m的的O点。现将细绳拉至水平状态，自点。现将细绳拉至水平状态，自A点无初速度释放小球，运动至悬点点无初速度释放小球，运动至悬点O的正下方
22、的正下方B点时细绳恰好断裂点时细绳恰好断裂(断裂瞬间小球无能量损失断裂瞬间小球无能量损失)，接着小球做平抛运动，落至水平地面上，接着小球做平抛运动，落至水平地面上C点。不计空气阻力，重力加速度点。不计空气阻力，重力加速度g取取10m/s2。求：。求：(1)细绳能承受的最大拉力；细绳能承受的最大拉力；(2)细绳断裂后小球在空中运动的时间；细绳断裂后小球在空中运动的时间；(3)小球落地前瞬间速度的大小。小球落地前瞬间速度的大小。33解得解得t1s。故最大拉力故最大拉力F3mg60N。解得解得vC11m/s。答案答案(1)60N(2)1s(3)11m/s34核心要点三非质点类物体的机械能守恒问题核心
23、要点三非质点类物体的机械能守恒问题1.在应用机械能守恒定律处理实际问题时，经常遇到像在应用机械能守恒定律处理实际问题时，经常遇到像“链条链条”“”“液柱液柱”类的物体，类的物体，其在运动过程中将发生形变，其重心位置相对物体也发生变化，因此这类物体不其在运动过程中将发生形变，其重心位置相对物体也发生变化，因此这类物体不能再看成质点来处理。能再看成质点来处理。2.物体虽然不能看成质点来处理，但因只有重力做功，物体整体机械能守恒。一般物体虽然不能看成质点来处理，但因只有重力做功，物体整体机械能守恒。一般情况下，可将物体分段处理，确定质量分布均匀的规则物体各部分的重心位置，情况下，可将物体分段处理，确定质量分布均匀的规则物体各部分的重心位置，根据初、末状态物体重力势能的变化列式求解。根据初、末状态物体重力势能的变化列式求解。35靖宸靖宸36答案答案C37针对训练针对训练4如图所示，粗细均匀，两端开口的如图所示，粗细均匀，两端开口的U形管内装有同种液体，形管内装有同种液体，开始时两边液面高度差为开始时两边液面高度差为h，管中液柱总长度为，管中液柱总长度为4h，后来让液体自由，后来让液体自由流动，当两液面高度相等时，右侧液面下降的速度为流动，当两液面高度相等时，右侧液面下降的速度为(重力加速度大重力加速度大小为小为g)()38答案答案A39本节内容结束
