高中物理 第4章 能量守恒與可持續(xù)發(fā)展 4.2 研究機(jī)械能守恒定律學(xué)案 滬科版必修2

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1、 4.2 研究機(jī)械能守恒定律 思維激活 力做功的過程也是能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式的過程，物體的動(dòng)能和勢(shì)能總和稱為機(jī)械能，例：瀑布水的下落，蕩秋千，過山車，撐竿跳高等,如圖4-2-1所示.分析上述各個(gè)過程中能量轉(zhuǎn)換情況. 圖4-2-1 提示 瀑布（自由落體）： 重力勢(shì)能→動(dòng)能 蕩秋千： 動(dòng)能重力勢(shì)能 過山車： 動(dòng)能→重力勢(shì)能→動(dòng)能 撐竿跳高： 動(dòng)能→彈性勢(shì)能、重力勢(shì)能→動(dòng)能 …… 自主整理 一、什么是機(jī)械能 物體由于做機(jī)械運(yùn)動(dòng)而具有的能量

2、稱為機(jī)械能.物體的機(jī)械能是物體的動(dòng)能與勢(shì)能之和，即E=Ek+Ep. 二、研究機(jī)械能守恒定律 1.重力勢(shì)能可以轉(zhuǎn)化為動(dòng)能 打樁機(jī)重錘在下落過程中，重力對(duì)重錘做正功，重錘的重力勢(shì)能減少.在這個(gè)過程中，重錘的速度增加了，表示重錘的動(dòng)能增加了.這說明，重錘原來具有的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化成了動(dòng)能. 2.動(dòng)能也可以轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能 原來具有一定速度的物體，由于慣性在空中豎直上升或沿光滑斜面上升，這時(shí)重力做負(fù)功，物體的速度減小，表示物體的動(dòng)能減小了.但這時(shí)物體的高度增加，表示它的重力勢(shì)能增加了.這說明，物體原來具有的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成了重力勢(shì)能. 3.彈性勢(shì)能與動(dòng)能之間也能相互轉(zhuǎn)化 不僅

3、重力勢(shì)能可以與動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化，彈性勢(shì)能也可以與動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化.被壓縮的彈簧具有彈性勢(shì)能，當(dāng)彈簧恢復(fù)原來形狀時(shí)，就把跟它接觸的物體彈出去.這一過程中，彈力做功，彈簧的彈性勢(shì)能減小，而物體得到一定的速度，動(dòng)能增加. 4.機(jī)械能守恒定律 （1）定律的內(nèi)容： 在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能和勢(shì)能可以互相轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變，即E=Ek+Ep=恒量. （2）定律適用條件 只有重力做功或系統(tǒng)內(nèi)彈力做功. （3）表達(dá)式：ΔEk=ΔEp或Ek0+Ep0=Ekt+Ept. 三、應(yīng)用機(jī)械能守恒定律分析問題 解題步驟 （1）根據(jù)題意，選取研究對(duì)象（物體或系統(tǒng)）. （2）明確研究對(duì)象的運(yùn)

4、動(dòng)過程，分析對(duì)象在過程中的受力情況，弄清各力做功情況，判斷是否符合機(jī)械能守恒的條件. （3）恰當(dāng)?shù)剡x取參考平面，確定研究對(duì)象在過程的起始狀態(tài)和末了狀態(tài)的機(jī)械能（包括動(dòng)能和重力勢(shì)能）. （4）根據(jù)機(jī)械能守恒定律列方程，進(jìn)行求解. 高手筆記 1.對(duì)機(jī)械能守恒定律的理解 （1）守恒定律的研究對(duì)象 既可以是某一物體，也可以是某幾個(gè)相互作用的物體構(gòu)成的系統(tǒng).若是由兩個(gè)相互作用的物體構(gòu)成的系統(tǒng)，一個(gè)物體機(jī)械能的增加，必定等于另一個(gè)物體機(jī)械能的減少，系統(tǒng)機(jī)械能總量保持不變. （2）對(duì)研究對(duì)象的受力分析 注重于重力（彈力）之外的力，分析它們是否做功. （3）對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行狀態(tài)分析 必須選定

5、參考系與零勢(shì)能參考面，區(qū)分初、末狀態(tài)，但在分析狀態(tài)時(shí)不必考慮物體運(yùn)動(dòng)的具體路徑. 2.機(jī)械能守恒定律的不同表達(dá)形式 （1）物體在初狀態(tài)的機(jī)械能等于其末狀態(tài)的機(jī)械能，即E2=E1或Ek1+Ep1=Ek2+Ep2 （2）減少(或增加)的勢(shì)能等于增加(或減少)的動(dòng)能,即ΔEp=ΔEk （3）系統(tǒng)內(nèi)一物體機(jī)械能的增加(或減少)等于另一物體機(jī)械能的減少(或增加)，即ΔE1=－ΔE2. 3.關(guān)于機(jī)械能守恒定律的不同敘述 （1）“如果沒有摩擦力和介質(zhì)的阻力，在任一物體的勢(shì)能與動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化的過程中，物體的總的機(jī)械能保持不變”. （2）“在只有重力和彈力做功的系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能和勢(shì)能（重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能

6、）可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變”. （3）“在只有重力做功的情況下，物體的動(dòng)能和重力勢(shì)能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但總的機(jī)械能保持不變”. （4）“一個(gè)物體，如果只受到重力和彈力的作用，在發(fā)生動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化時(shí)，機(jī)械能的總量保持不變”. 名師解惑 如何理解機(jī)械能守恒定律的條件？ 剖析：（1）從能量轉(zhuǎn)化的角度看，只有系統(tǒng)內(nèi)動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，無其他形式能量之間（如內(nèi)能）的轉(zhuǎn)化. （2）從系統(tǒng)做功的角度看，只有重力和系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功，具體表現(xiàn)在： ①只有重力（和彈簧彈力），如：所有做拋體運(yùn)動(dòng)的物體（不計(jì)空氣阻力），機(jī)械能守恒. ②只有重力和系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功. 例如：如圖4-2-2（a

7、、b、c）所示 圖4-2-2 在圖a中，小球在擺動(dòng)過程中線的拉力不做功，如不計(jì)空氣阻力，只有重力做功，小球的機(jī)械能守恒. 在圖b中，A與B、B與地面間的摩擦力不計(jì)，A自B上自由下滑過程中，只有重力和A、B間彈力做功，A、B組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒.但對(duì)B來說，A對(duì)B的彈力做功，但這個(gè)力對(duì)B來說是外力，B的機(jī)械能不守恒. 在圖c中，不計(jì)空氣阻力，球在擺動(dòng)過程中，只有重力和彈簧與球間的彈力做功，球與彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，但對(duì)球來說，機(jī)械能不守恒. 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375