高中物理 第七章 机械能守恒定律课件+素材（打包11套）新人教版必修2.rar

第七章 机械能守恒定律第一节 追寻守恒量诺贝尔物理奖获得者 费恩曼 曾说：有一个事实 ,如果你愿意也可以说是一条定律 ,支配着至今所知的一切现象…… 这条定律就是 能量守恒定律 ,它指出有某个量 ,我们把它称为能量 ,在自然界经历的多种多样的变化中它不变化 ,那是一个最抽象的概念 ……然而正是这个最抽象的概念，却是物理学中最重要、意义也最深远的概念之一。请列举生活中能量转化的例子伽利略理想实验等 高小球 “记得 ”原来的高度 关于小球运动过程的描述1、小球从一个斜面的某一高度由静止滑下，并运动到另一个斜面的同一高度，经历了哪几个运动过程？2、这些过程各有什么特点？1、小球经历了先加速后减速的过程2、在加速过程中 ,小球速度增大 ,位置高度减小 ;在减速运动过程中，小球速度在减小，但位置高度在增大分析各个过程运动和力的关系1、下滑过程小球所受合力方向与运动方向一致，小球做加速运动，直到斜面底端，速度达到最大2、上滑过程小球所受合力方向与运动方向相反，小球做减速运动，直到速度为零可见，如果斜面是光滑的，当小球滑上另一个斜面的相同高度时，速度为零，小球好像 “记得 ”自己起始的高度，然后重复前面的运动。现在我们将刚才的物理过程抽象化1、小球由加速过程过渡到减速过程，恢复到原来的高度2、加速过程与减速过程中与高度有关的一个物理量在变化的同时，一个与速度有关的物理量也在变化3、与高度有关的物理量的变化引起了另一个与速度有关的物理量的变化结论伽利略斜面实验表明：小球在运动过程中， “ 有某一量是守恒的 ” ，这个量叫 能量 。相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫做 势能。物体由于运动而具有的能量叫做 动能 。请用动能和势能的概念来描述伽利略的斜面实验伽利略理想实验等 高A到 B 动能 增加 ,势能 减少B到 C 势能 增加 ,动能 减少ABC思考题以竖直上抛的小球为例说明小球的势能和动能的转化情况。在这个例子中是否存在着能的总量保持不变？ 例题 1：滑雪运动员沿光滑斜面下滑，在下滑过程中，动能、势能如何变化？能量守恒吗？• 解析：• 运动员沿光滑斜面下滑，速度变大，高度降低，故其动能越来越大，势能越来越小。由于斜面光滑，没有其他能量生成，因此机械能守恒。• 请注意：能量总是守恒的，但动能与势能的和不一定守恒，在存在摩擦力的情况下，机械能（动能与势力的和）不守恒，例如木箱沿斜面匀速下滑过程中，存在摩擦生热现象，总能量是守恒的，但机械能不守恒。例题 2：在光滑地面上，一弹簧一端固定竖直墙上，另一端连着一个小球，用力压缩弹簧，释放后，试分析能量转化关系。• 分析 :弹簧被压缩 ,贮存了能量（弹性势能） ,然后又逐渐转化为小球的动能，当弹簧恢复到原长时 ,势能为零 ,球的动能最大 ,在弹簧伸长过程中，球的动能减少 ,弹簧的势能又增加 ,球在往复运动过程中 ,球的动能与弹簧的势能相互转化 ,总的能量不变。课堂训练• 1、诺贝尔物理奖获得者费恩曼曾说：有一个事实，如果你愿意也可以说是一条定律，支配者至今所知的一切现象 …… 这条定律就是 （ ）• A、牛顿第一定律 B、牛顿第二定律• C、牛顿第三定律 D、能量守恒定律D课堂训练2、 “ 神州 ” 六号飞船进入太空后，首先在一个椭圆轨道上平稳运行，它在椭圆轨道上运动过程中，动能和势能如何变化？动能和势能的总和（机械能）如何变化？课堂训练• 3、苹果从树上掉下时，速度越来越大，下列说法正确的是（ ）A、高度转变成了速度 B、苹果的能量增加C、势能转变成了动能 D、苹果的机械能不变C小结一、伽利略斜面实验表明“ 有某一量是守恒的 ” ,这个量叫做能量 .二、能量1、势能 :相互作用的物体凭借其位置而具有的能量。2、动能 :物体由于运动而具有的能量 .三、 “ 追寻守恒量 ” 的意义1、可行性：物质在运动变化过程中存在守恒量。2、重要性：物质在运动变化过程中都要满足一定的守恒定律。第七章 机械能守恒定律第十节 能量守恒定律与能源我们已经学过了好几种形式的能量了，那么到底如何定义能量呢？一 .能量的概念一个物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量。二 .能量的多样性对应于不同的运动形式，能的形式也是多种多的 ．机械能对应机械运动，内能对应大量微观粒子的热运动 …….我们知道能量的形式：机械能、内能、电能、太阳能、化学能、生物能、原子能等．这些能量之间有联系吗？有什么联系呢？讨论与思考：太阳能的利用：太阳能转化为电能内燃机车：内能转化机械能水电站：水的机械能转化为电能水果电池：化学能转化为电能三、能的转化不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的。不同形式的能之间可以在一定条件的情况下相互转化，而且在转化过程中总量保持不变。四 .功是能量转化的量度重力做功：重力势能和其他能相互转化弹力做功：弹性势能和其他能相互转化五 .能量守恒定律① 内容：能量既不可会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移过程中，能量的总量保持不变．② 定律的表达式 E初 ＝ E终 ； △ E增 ＝ △ E减③ 说明：a.该定律是贯穿整个物理学的基本规律之一，是学习物理学的一条主线。b.要分清系统中有多少种形式的能，发生了哪些转化和转移。c.系统克服摩擦力所做的总功等于系统机械能的减少量，滑动摩擦力与相对距离的乘积在数值上等于系统产生的内能，即 Q＝ FL相在一定条件下，各种形式的能量可以相互转化和转移在热传递过程中。运动的甲钢球碰击静止的乙钢球；能量转移：能量转化： 小朋友滑滑梯；水力发电； 火力发电；电流通过电热器时。特点： 能量的形式没有变化特点： 能量的形式发生变化1、指出下列现象中能量的转化或转移情况：（ 1）人在跑步时，身体发热（ ）（ 2）风吹动帆船前进（ ）（ 3）放在火炉旁的冷水变热（ ）（ 4）电流通过灯泡，灯泡发光（ ）（ 5）植物进行光合作用（ ）化学能转化为内能风的 机械能转移到帆船上内能由火炉转移给水电能转化为光能光能转化为化学能六 .能源和能量耗散① 人类利用能源大致经历了三个时期，即柴薪时期，煤炭时期，石油时期。② 能量耗散：燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去，它就不会自动聚集起来供人类重新利用。第七章 机械能守恒定律第二节 功一质量 m=10kg的物体放在光滑的水平面，在受到一水平向右的拉力 F=10N作用下从静止开始运动，求 5s末物体的速度。复习：F Fxv木头在起重机的拉力作用下? 能增加列车在机车牵引力的作用下? 能 增加握力器在手的压力作用下 ？ 能增加力对物体做了功一、做功的条件：物体静止FF⑴ 作用在物体上的力⑵ 物体在力的方向上移动的位移匀速运动l思 考滑块在 力 F的作用下前进了 l ， F对滑块做了多少功？lFαlFlFFFαFα分析：根据力的等效性原理 ,可以把计算 F做功的问题转化为分别求 F1和 F2做功的问题W 1= F1l = F COSαlW 2 = 0∵ W = W 1 + W 2∴ W = F l COSα拉力 F做的功 W = ？F2F11、公式： W = F l cosα力对 物体所做的功，等于力的大小、位移的大小、力与位移夹角余弦这三者的乘积二、功的计算：2、单位国际单位：焦耳（焦）单位符号： J１Ｊ＝１Ｎ ×１ m=1N·ma、 功一定要指明是哪个力对物体做的功b、仅适用于恒力做功3、理解：c、功是过程量d、功是标量一个质量是 m=150kg的雪撬，受到与水平方向成37o角的斜向上拉力 F=500N的作用，在水平面上移动的距离为 L=5m。物体与地面的滑运摩擦力Ff=100N。求拉力 F和滑动摩擦力 Ff做的功？正功和负功α COSα W 物理意 义α=π/2α＜ π/2π/2＜ α≤πCOSα= 0COSα＞ 0COSα＜ 0W = 0W ＞ 0W ＜ 0表示力 F对物体不做功表示力 F对物体做正功表示力 F对物体做负功正功的意义是： 力对物体做正功，表明此力的效果是促进物体的运动，是 动力 。负功的意义是： 力对物体做负功，表明此力的效果是阻碍了物体运动，是 阻力 。三、正功和负功：一个力对物体做负功，也可说成物体克服这个力做了功（正值） 正功、负功不表示方向相反，仅表示不同做功的效果用水平恒力 F作用于质量为 M的物体，使之在光滑的水平面上沿力的方向移动距离 l， 恒力做功为 W 1， 再用该恒力作用于质量为 m(mw2 B w1w2 C w1=w2 D 无法判断 C本题说明了一个力所做的功只由力和力的方向上发生的位移决定 ,跟物体是否还受到其它力作用 ,以及物体的运动情况均无关如图，在光滑的斜面上质量为 m的物体，在水平力 F的作用下，沿斜面向上运动了 L，试分析物体的受力，并判断各力的做功情况。如图，已知物体质量如图，已知物体质量 m，， 斜面质量斜面质量 M，， 斜面倾角斜面倾角 θ,物物体与斜面间的动摩擦因素体与斜面间的动摩擦因素 μ，， 物体与斜面保持相对静物体与斜面保持相对静止。现使斜面在水平面上向左匀速运动止。现使斜面在水平面上向左匀速运动 l的位移，求的位移，求在在 l位移中：位移中：1）重力对物体所做的功）重力对物体所做的功2）斜面对物体的支持力所做的功）斜面对物体的支持力所做的功3）斜面对物体的摩擦力所做的功）斜面对物体的摩擦力所做的功ＧfFN4）求力的物体受做的总功）求力的物体受做的总功1. 功是标量，但有正负。正负只表示做功的力的效果功的正负决不表示方向 也不表示大小。即：表示 动力或阻力做功。比较－ 8J的功与 5J的功谁大？2.总功等于各个力对物体所做功的 代数和 ，也就是 合力 对物体所做的功。摩擦力一定对物体做负功吗 ?1、 做功的条件作用在物体上的力物体在 力的方向上 移动的位移2、功的计算 W = F l cosαa、 功一定要指明是哪个力对物体做的功b、 力必须是 恒力3、 功是 标量 ，但有正负。正负只表示做功的力的效果功的正负决不表示方向，也不表示大小。4、总功等于各个力对物体所做功的 代数和 ，也就是 合力 对物体所做的功。第七章 机械能守恒定律第三节 功率（ 1）功率是表示力对物体做功 快慢 的物理量。 ( 2 ) 公式 ： 比值法定义（ 3）功率也是 标量（ 4）功率的单位 瓦特（ W）观 看 图 片额定功率和实际功率 1、额定功率：是指机器正常工作时的 最大 输出功率，也就是机器铭牌上的标称值．2、实际功率：是指机器在工作中 实际 输出的功率．3、机器不一定在额定功率下工作，机器正常工作时 实际功率总是小于或等于额定功率 ，机器只能在短暂时间内实际功率略大于额定功率，但不允许长时间超过额定功率．说 明在日常生活中，我们经常说某台机器的功率，或某物体做功的功率，实际上是指某个力对物体做功的功率。例如：1、汽车的功率就是汽车 牵引力的功率2、起重机吊起货物的功率就是 钢绳拉力的功率当 t 很短时， 表示瞬时功率t 为一段时间时， 表示平均功率讨论：功率与速度的关系： 当 v是 平均速度时， 是平均功率cosa当 v是 瞬时速度时， 是瞬时功率cosa关于 P=Fv的 讨论• （ 1）为什么同样一辆机动车，在满载时的行驶速度一般比空载时小得多？• 分析： 当功率 P一定时， F、 v成反比。 • （ 2）汽车从平路到上坡，若要保持速度不变，为什么必须加大油门 呢 ？• 分析： 当速度 v一定时， P、 F成正比。 • （ 3）起重机吊同一物体匀速上升，速度越大，起重机输出功率越大。• 分析： 当力 F一定时， P、 v成正比。例题 ：关于功率，下列说法中正确的是（ ）A、功率是说明做功多少的物理量B、功率是说明力做功快慢的物理量C、做功时间越长，功率一定小D、力做功越多，功率一定大B关于功率以下说法中正确的是（ ）A、据 P=W/t可知，机器做功越多，其功率就越大B、据 P=Fv可知，汽车牵引力一定与速度成反比C、据 P=W/t可知，只要知道时间 t内机器所做的功，就可以求得这段时间内任一时刻机器做功的功率D、根据 P=Fv可知，发动机功率一定时，汽车的牵引力与运动速度成反比。例题 ：D应用：汽车爬坡时必须使用低速档例题 ：要点：必须弄清是何种类型的功率，并能正确选择公式质量 ｍ ＝ 3 kg的物体，在水平力 F＝ 6 Ｎ的作用下，在光滑的水平面上从静止开始运动，运动时间 ｔ ＝ 3 s，求：（ 1）力 F在 ｔ ＝ 3 s内对物体所做的功 .￿（ 2）力 F在 ｔ ＝ 3 s内对物体所做功的平均功率 . （ 3）在 3 s末力 F对物体做功的瞬时功率 .￿问题讨论： 机车起动说明：对于交通工具，公式 ：实际功率牵引力瞬时速度1、机车以恒定功率的起动过程机车速度最大时：水平面上问题讨论： 机车起动2、机车以恒定加速度的起动过程0～ t1阶段，机车匀加速v 增大 P 增大t1时刻，机车达额定功率t1 ～ t2阶段，机车以额定功率继续加速，同情况 1v 增大， F减小，一直到 a = 0例题质量为 5t的汽车 ,额定功率为 P=90kW,设汽车运动的阻力恒为车重的 0.05倍。1.求汽车沿水平道路行驶的最大速度 ?2.设汽车由静止起沿水平道路做匀加速直线运动 ,加速度 a=0.4m/s2,求汽车维持这一加速度行驶的最长时间 (g=10m/s2)1.∵ m=5000kg, P=9.0×104 W f=kmg=0.05×5000×10=2.5×103N∵ Pm=fvm ∴ vm=Pm／ f =9×104／ 2.5×103 =36 m/s解题思路根据牛顿第二定律有 : F – f=ma F=f+ma=4.5×103N匀加速运动完毕时有 :P=Pm∵ Pm=Fv∴ v=Pm／ F =9.0×104 ／ 4.5×103=20 m/s2.汽车做匀加速运动完毕时 ,功率达到最大输出功率 ,即额定功率∵ v=at ∴ t=v／ a=50(s)错误解法 :vm=at t=vm／ a=90(s) ?小结1.功率是表示物体做功快慢的物理量。一组概念辨析：平均功率、瞬时功率、额定功率、实际功率、机械效率等。2 .功率的单位有 W、 kW、 1 kW=1000W 。3.功率的求解公式有：P=W/t P = F·vcosα。4.公式 P = F·v的应用。机车的起动问题。第七章 机械能守恒定律第四节 重力势能1美国内华达州亚利桑那陨石坑。这个陨石坑是 5万年前，一颗直径约为 30～ 50米的铁质流星撞击地面的结果。这颗流星重约 50万千克、速度达到 20千米／秒，爆炸力相当于 2000万千克梯恩梯(TNT)，超过美国轰炸日本广岛那颗原子弹的一千倍。爆炸在地面上产生了一个直径约 1245米，平均深度达 180米的大坑。据说，坑中可以安放下 20个足球场，四周的看台则能容纳 200多万观众。 陨石坑美国内华达州亚利桑那3 2（ 1） 俄罗斯 “和平号 ”空间站坠落时，为什么会燃烧？碎片燃烧时，温度可达3000℃ ，其能量由什么能量转化而来 ？（ 2） 打桩机的重锤从高处落下时，为什么能把水泥打进地里 ? （ 3）水力发电站为什么要修那么高的大坝？（ 4）在你的头顶上方相同的高度 ,分别用细绳悬挂一个粉笔头和 7.5Kg的铅球，你的感觉有何不同？以上问题的根本原因都在于水电站“和平号 ”空间站残片3一、重力做功1、重力做功与路径无关 ,2、只跟始末位置的高度差 Δ h有关重力做功的特点重力做的功等于 “ mgh” 这个量的变化 .在物理学中， “ mgh” 是一个有特殊意义的物理量 .就用这个物理量表示物体的重力势能。 41、物体竖直下落AhBm62、物体沿斜线运动AChθm5Δh1Δh2Δh33、物体沿曲线运动 AChA△ h 1θmL7 62、重力势能的表达式m — 物体的质量，单位：千克（ kg）EP — 物体的重力势能， 单位：焦（ J）g — 重力加速度，单位：米／秒 2（ m／ s2）h — 物体的高度，单位：米（ m）即：物体的重力势能等于物体的重量和它的高度的乘积．二、重力势能1、物体由于被举高而使物体具有的能叫重力势能7二、重力势能3、对重力势能的理解：① 、重力势能具有 相对性 ，其数值与参考平面的选取有关，理论上零势面的选取是任意的一般选 地面 或 系统最低处 为参考平面② 、重力势能是标量，其 “ +” 、 “ -” 表示大小③ 、重力势能是地球和物体 系统所共有 的。通常讲物体具有重力势能为习惯说法。8三、重力做功与重力势能变化的关系1、重力做 正功 ，重力势能 减少 ，重力做 负功 ，重力势能 增加2、重力做的功等于重力势能的减少量9计算重力势能之前需要先选定参考平面在参考面下方 的物体的高度是 负值 ，重力势能也是 负值 。参考平面的选取是任意的 .在参考面上方 的物体的高度是 正 值 ,重力 势 能也是 正 值 ；势 能是 标 量 ． +、 –表示 大小 ．高度是相 对 的 ,所以重力 势 能也是相 对 的四、重力势能的相对性10严格说来 ,重力势能是地球和物体所组成的这个物体 “ 系统 ” 所共有的 ,而不是地球上的物体单独具有的 。平常所说的 “ 物体 ” 的重力势能 , 只是一致习惯简化的说法。五、势能是系统所共有的11课堂练习1、关于重力势能的几种理解，正确的是A、重力势能等于零的物体，一定不会对别的物体做功B、相对于不同的参考平面，物体具有不同数值的重力势能，但这并不影响研究有关重力势能的问题C、在同一高度将物体不论向何方向抛出，只要抛出时的初速度大小相同，则落地时减少的重力势能必相等D、放在地面的物体，它的重力势能一定等于零 BC122、一质量为 5kg的小球从 5m高处下落 , 碰撞地面后弹起 , 每次弹起的高度比下落高度低 1m, 求 :小球从下落到停在地面的过程中重力一共做了多少功 ? (g= 10m/s2)250J课堂练习133、如图，质量 0.5kg的小球，从桌面以上 h1=1.2m的 A点落到地面的 B点，桌面高 h2=0.8m．请按要求填写下表 ． (g=10m/s2)参考平面小球在A点重力 势 能小球在B点重力 势 能下落 过 程小球重力做功下落 过 程小球重力势 能 变 化桌面地面6J10J-4J010J10J减少 10J减少 10Jh1h2AB选取不同的参考平面 ,物体的重力势能的数值不同对一个确定的过程， WG和 △ EP与参考面的选择无关课堂练习14课堂练习4、起重机以 5m/s2的加速度将质量为 1t 的物体匀减速地沿竖直方向提升高度 10m，则起重机钢索的拉力对物体做的功为多少？物体克服重力做功为多少？物体的重力势能变化了多少？15一、重力做功的特点：与路径无关 ，只与起点和终点的 高度差 有关二、重力势能：地球上的物体具有的与它高度有关的能量。表达式 三、重力做功与重力势能变化的关系重力做 正功 ，重力势能 减少重力做 负功 ，重力势能 增加四、重力势能是 相对 的 ， 正负表示大小 。一般不加说明是以地面或题目中的最低点所在的平面 作为零势能参考面。五、势能是 系统能（位能）小 结16第七章 机械能守恒定律第五节 探究弹性势能的表达式弹性势能 一、弹性势能的概念二、探究弹性势能的表达式三、弹簧弹力做功与弹性势能变化的关系V一个弹簧自然伸长，一个小球在光滑的水平面上从弹簧的左侧向弹簧运动，当它遇到弹簧后减速。1.小球速度为什么减小了？（分别从力与运动的角度和能量的角度来分析）2.小球的动能减少了，应该对应一种能量的增加，这种能量与什么因素有关？与弹簧弹力做功有关3.我们知道，重力做功对应着重力势能的变化，那么弹簧弹力做功也应该对应着一种能量的变化，那是什么能呢？发生弹性形变的物体各部分之间由于 弹力的相互作用 而具有的由它们的相对位置决定的势能，这种势能叫做弹性势能。一、弹性势能二、探究弹性势能的表达式1、弹性势能的表达式可能与哪几个物理量有关？（类比、猜想）1、弹簧的长度2、劲度系数2、弹簧的弹性势能与拉力所做的功有什么关系？（类比、进一步建构功能关系思想）W外 → E弹3、怎样计算拉力所做的功？F为变力，如何求其做的功？微元法方法一：微元法把弹簧形变的过程分成很多小段，弹力在没小段可认为是恒力，它在各段做功之和可以就是弹力在整个过程中做的功。联想o tvvoo tvvotvoto lFo lFo lF F拉力（变力）做功的计算方法：4、弹簧的弹性势能的表达式说明：一般规定弹簧在 原长 时，弹簧的弹性势能为零三、弹簧弹力做功与弹性势能变化的关系1、 弹簧弹力 做 正功 ，弹性势能 减少弹簧弹力 做 负功 ，弹性势能 增加2、表达式1、在水平面上竖直放置一轻质弹簧，有一物体在它的正上方自由落下，在物体压缩弹簧到速度减为零时A．物体的重力势能最大B．物体的动能最大C．弹簧的弹性势能最大D．弹簧的弹性势能最小C2、一物体以初速度 v0冲向与竖起墙壁相连的轻质弹簧，墙壁与物体间的弹簧被物体压缩，在此过程中，下列说法正确的是：（ ）A、物体对弹簧的功与弹簧的压缩量成正比B、物体向墙壁运动相同的位移，弹力做的功不等C、弹力做正功，弹簧的弹性势能减小 D、弹力做负功，弹簧的弹性势能增加BD第五章 机械能及其守恒定律第七章 机械能守恒定律第六节 实验：探究功与速度变化的关系复复习习弹性势能重力势能动能重力做功弹力做功外力做功 速度WG＝ EP1－ EP2WF＝ EP1－ EP2实实验验：：探探究究做做功功与与小小车车速速度度变变化化的的关关系系实验目的：通过实验探究橡皮筋对小车做功与小车速度的关系实验器材：橡皮筋、小车、木板、打点计时器、铁钉等橡皮筋小车打点计时器纸带木板铁钉思思考考 小车在木板上运动的过程中，哪一阶段橡皮筋对小车做功？橡皮筋对小车拉力做的功能否直接测量？橡皮筋的弹力是变力，且弹力与伸长量的关系也不严格遵守胡克定律 ，不容易计算。?? ?C B A橡皮筋被拉伸直到恢复原长的过程中怎样设计实验才能解决这一问题 ?解解决决方方案案第一次用 一条 橡皮筋拉小车第二次用 两条 完全相同的橡皮筋并联起来栓到小车上拉小车，且使每条橡皮筋的伸长都 和第一次的伸长量一样做功 W做功 2W依次类推，并联 三条 、 四条 …… 橡皮筋，且拉伸的长度都一样，做的功为 3W、 4W……思思考考小车在木板上做什么性质的运动？先加速后匀速再减速我们要取的速度是哪个阶段的速度？这个速度该如何测量？橡皮筋恢复原长时的速度。利用打点计时器，用橡皮筋恢复原长时的一段位移与所用时间的比值近似计算该点的瞬时速度如何使拉力做的功等于合力做的功？即如何抵消摩擦力。思思考考 橡皮筋对小车做的功是合力做的功吗？把木板的一端垫高，使重力沿斜面向下的力与摩擦力平衡F阻 FGF阻FN还有摩擦力做功FF2F14、在上述实验中打出的 5 条纸带中，分别找出小车开始 近似做匀速运动的点 ，并分别测出匀速运动时的速度 v1 、 v2 、 v3 、 v4 、 v5 。3、用 2 条、 3 条、 4 条、 5 条橡皮筋分别代替 1 条橡皮筋重做实验，保证 每次释放小车的位置相同 ，即橡皮筋被拉长的长度相同。1、将打点计时器固定在一块平板上，让纸带的一端夹在小车后端，另一端穿过打点计时器。将平板安装有打点计时器的一端适当垫高 ，调整高度，直至轻推小车后使小车 恰能 在板上 做匀速直线运动 为止。2、将橡皮筋固定在小车前端。拉长橡皮筋使小车位于 靠近打点计时器 处， 记下小车位置 。 接通打点计时器电源 ，释放小车 。实实验验过过程程??C B A数数据据记记录录实验次数橡皮筋做的功位移l /m时间间隔t /s匀速运动时的速度v /(m/s)12345 4WW2W3W5W. . . . . . . . . . 弹力做功刚完毕时小车的速度用什么方法处理数据比较直观 ?图图象象法法处处理理数数据据做 W-v图若为曲线若为直线，则 W与 v成正比做 W-v2图若为曲线若为直线，则 W与 v2成正比…………做 W-v3图……为什么不做W- 图 ?1v数数据据处处理理W v /(m/s)1234560.801.101.281.531.761.89W-v图0 0为什么图象会通过原点 ?W-v2图数数据据处处理理W v2/(m2·s -2)0 01 0.64 2 1.213 1.644 2.345 3.106 3.57表明 W与 v2 成正比注注意意事事项项 1、 橡皮筋的选择2、 平衡摩擦力 3、 误差分析4、 橡皮筋的条数5、 实验装置的选取 第七章 机械能守恒定律第七节 动能和动能定理动能和动能定理① 进一步理解动能的概念，掌握动能的计算式。② 理解动能定理的确切含义，应用动能定理解决实际问题。我们已经知道，物体由于运动而具有的能叫做动能，大家猜想一下动能与什么因素有关？ （类比重力势能和弹性势能的学习）猜想： 物体的质量越大，速度越大，它的动能就越大。那么，动能与物体的质量和速度之间有什么定量的关系呢？推导：从上面式子可以看出， 很可能是一个具有特定意义的物理量。因为这个量在过程终了时和过程开始时的差，刚好等于力对物体做的功，所以 应该是我们寻找的动能的表达式。 一 .动能⑴ 概念：物体由于运动而具有的能叫做动能。物体的动能等于物体的质量与物体速度的二次方的乘积的一半。⑵ 定义式： ， v是瞬时速度。⑶ 单位：焦（ J）⑷ 动能概念的理解：① 动能是标量，且只有正值。② 动能具有瞬时性，在某一时刻，物体具有一定的速度，也就具有一定的动能。③ 动能具有相对性，对不同的参考系，物体速度有不同的瞬时值，也就具有不同的动能，一般都以地面为参考系研究物体的运动。1、 1970年我国发射的第一颗人造地球卫星，质量为 173kg，运动速度为 7.2km/s，它的动能是多大？2、质量一定的物体A、速度发生变化时，动能一定发生变化B、速度发生变化时，动能不一定发生变化C、速度不变时，其动能一定不变D、动能不变时，速度一定不变BC二 .动能定理力在一个过程中对物体所做的功，等于物体在这个过程中的动能的变化，这个结论叫做 动能定理 。一、推导：思考与讨论：如果物体受到几个力作用，动能定 理中的 W表示的物理意义是什么？外力所做的总功动能定理更一般的表述方式是：二、内容：合外力在一个过程中对物体做的总功 ，等于物体在这个过程中动能的变化。即三、对动能定理的理解1、合外力做 正功 ，动能 增加合外力做 负功 ，动能 减少2、动能定理中的功是合外力做的总功总功的求法（ 1）先求合力，再求合力功（ 2）先求每个力做的功，再求代数和3、适用范围：既适用于 恒力 做功，也适用于 变力 做功；既适用于 直线 运动，也适用于 曲线 运动。1、关于功和物体动能变化的关系，不正确的说法是 ( )A、有力对物体做功，物体的动能就会变化B、合力不做功，物体的动能就不变C、合力做正功，物体的动能就增加D、所有外力做功代数和为负值，物体的动能就减少A2、一物体速度由 0增加到 v,再从 v增加到2v,外力做功分别为 W1和 W2，则 W1和 W2关系正确的是 ( )A、 W1 = W2 B、 W2 = 2 W1C、 W2 =3 W1 D、 W2 = 4 W1C3、一质量为 2 kg的滑块，以 4 m/s的速度在光滑的水平面上向左滑行，从某一时刻起，在滑块上作用一向右的水平力，经过一段时间，滑块的速度方向变为向右，大小为 4 m/s，在这段时间里水平力做的功为 ( )A.0 B.8 J C.16 J D.32 JA四、应用动能定理解题的一般步骤1、确定研究对象及运动过程2、分析物体在运动过程中的受力情况况、运动情况、做功和动能变化情况，明确每个力是否做功，是做正功还是负功3、明确初状态和末状态的动能，写出始末状态动能的表达式4、根据动能定理列方程求解。4、一物体静止在不光滑的水平面上，已知m=1 kg,μ =0.1，现用水平外力 F=2N拉其运动 5 m，后立即撤去水平外力 F，求其还能滑多远？ (g取 10 m/s2)5 m 第七章 机械能守恒定律第八节 机械能守恒定律知识回顾1、 动能 :物体由于运动而具有的能。2、 重力势能 :地球上的物体具有的跟它的高度有关的能。3、 弹性势能 :发生弹性形变的物体的各部分之间，由于有弹力的相互作用而具有的势能4、动能定理：合力所做的总功等于物体动能的变化。5、重力做功与重力势能变化的关系：重力做的功等于物体重力势能的减少量 。一、动能与势能的相互转化物体动能、重力势能和弹性势能的总和叫做物体的 机械能 .1、动能和重力势能可以相互转化重力做功2、动能和弹性势能可以相互转化弹力做功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质量为 m的物体自由下落过程中，经过高度h1的 A点时速度为 v1，下落至高度 h2的 B点处速度为 v2， 不计空气阻力，取地面为参考平面，试写出物体在 A点时的机械能和 B点时的机械能，并找到这两个机械能之间的数量关系。h1v1v2mh2AB根据动能定理，有重力做功在数值上等于物体重力势能的减少量。A点B点由 以上两式可以得到在只有重力做功的物体系统内，动能和重力势能都发生了变化，但机械能的总量保持不变。同样可以证明：在只有弹簧弹力做功的物体系统内 ,动能与势能相互转化，物体机械能的总量也保持不变。由此可见：1、机械能守恒定律：表达式 : 在只有重力或弹簧弹力做功的物体系在只有重力或弹簧弹力做功的物体系统内统内 ,动能与势能可以互相转化动能与势能可以互相转化 ,但总的但总的机械能保持不变．机械能保持不变．2．机械能守恒定律成立的条件：只有重力或弹簧的弹力做功 .注意：只有重力或弹力做功与只受重力或弹簧弹力作用的含义不同 .（ 1）只受重力或弹力（ 2）除重力或弹力外还受其它力，但其它力不做功。3、机械能守恒定律的另一种表述：只有重力或弹力做功的情况下，重力势能或弹性势能的 减少量 （或增加量）等于动能的 增加量 （或减少量）.说 明如果问题中只有动能和重力势能的相互转化，没有涉及到弹性势能，此时机械能守恒的条件可以表述为： 只有重力做功以后遇到的问题绝大多数都是这种情形。应用机械能守恒定律解题的优点应用机械能守恒定律解决问题 ,只需考虑运动的始末状态 ,不必考虑两个状态之间过程的细节 .如果直接用牛顿运动定律解决问题 ,往往要分析过程中各个力的作用 ,而这些力往往又是变化的 ,因此一些难以用牛顿运动定律解决的问题 ,应用机械能守恒定律则易于解决。课堂训练1、在下列的物理过程中 ,机械能守恒的有 ( )A． 把一个物体竖直向上匀速提升的过程B． 人造卫星沿椭圆轨道绕地球运行的过程C． 汽车关闭油门后沿水平公路向前滑行的过程D． 从高处竖直下落的物体落在竖立的轻弹簧上，压缩弹簧的过程，对弹簧、物体和地球这一系统BD2、一辆小车静止在光滑的水平面上，小车立柱上固定一条长为 L，拴有小球的细绳 .小球由与悬点在同一水平面处释放 .如下图所示，小球在摆动的过程中，不计阻力，则下列说法中正确的是 ( ) A.小球的机械能守恒B.小球的机械能不守恒C.小球和小车的总机械能守恒D.小球和小车的总机械能不守恒BC课堂训练3、如图所示，在竖直平面内有一段四分之一圆弧轨道，半径 OA在水平方向，一个小球从顶端A点由静止开始下滑，已知轨道半径 R＝ 10cm， 不计摩擦，求小球刚离开轨道底端 B点时的速度大小？1.41m/s机械能守恒定律解题的一般步骤(1)根据题意，选取 研究对象 (物体或系统)及 研究的过程 。(2)对研究对象进行受力分析，弄清各力在研究过程中的做功情况， 判断是否符合机械能守恒的条件。(3)恰当地选取参考平面 ，确定研究对象在过程中的起始状态和末始状态的机械能 (包括动能和势能 )。(4)根据机械能守恒定律列方程，进行求解。4、在距离地面 20m高处以 15m/s的初速度水平抛出一小球，不计空气阻力，取 g＝ 10m/s2， 求小球落地速度大小 ? 25m/s小 结一、动能和势能的相互转化通过重力和弹力做功 ,动能和势能可以相互转化二、机械能守恒定律1、条件：系统内只有重力或弹力做功2、表达式：或三、功能原理1 如果除重力、弹力外其它力做正功 ,机械能增加2 如果除重力、弹力外其它力做负功 ,机械能减少第七章 机械能守恒定律第九节 实验：验证机械能守恒定律本实验借助的物理现象是：验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律自由落体运动请同学们完成以下填空：物体做自由落体运动，只有 ____ 做功，物体的 _______与 ____ 相互转化，但总的机械能不变。若物体的某一时刻的瞬时速度是v，下落高度是 h,则有 ________即即 验验 证：证：hv请同学们阅读教材 “实验方法 ”部分并回答以下问题1、本实验需要哪些器材？2、简述实验步骤3、本实验要不要测物体的质量？4、讨论课文中 “纸带上某两点 …” 如何选取？5、重物的速度如何测量？1、本实验需要哪些器材？① 电火花计时器② 重物 ③ 纸带④ 铁架台（带铁夹）⑤ 刻度尺2、简述实验步骤① 按照课本所示装置安装打点计时器② 将纸带穿过计时器，下端与重物相连③ 先接通电源后释放纸带④ 更换纸带，重复以上步骤⑤ 选择纸带，处理数据3、本实验要不要测物体的质量？不需要测量物体的质量不需要测量物体的质量mgh = mv2/2 只证明 gh = v2/2如果实验要求计算势能和动能的具体数据，那就必须知道物体的质量（即：用天平测物体的质量）4、讨论课文中 “纸带上 某两点 的距离等于重物 ……” 中的 “某两点 ”如何选取？hv我们验证 ：需要从起始点开始算起，如右图：可以想一想可以想一想 2mm是怎么来的？是怎么来的？实际上我们完全可以回避起始点的71 13我们可以选取 7、 13两点，比较它们的机械能 E7和E13,以点 13为 0势能参考点，则有：EK7＋ mgh＝ EK13我们分别回答以上问题5、重物的速度如何测量？重物的速度可以用大家熟悉的方法从纸带测出，这样也就知道了它在各点的瞬时速度，从而得到它在各点的动能。比较重物在某两点的动能与势能之和，就能验证机械能是否守恒。利用匀变速直线运动的规律可以用 AC 的平均速度代表 B 的瞬时速度。请同学们独立推导此表达式利用匀变速直线运动的规律如图 A、 B、 C是纸带上相邻的三个点，纸带以加速度 a做匀加速运动，所以 A、 C两点的距离可以表示为：A、、 C的平均速度的平均速度：：另一方面另一方面所以所以结合 v-t图象了解瞬时速度和时间中点的平均速度相等的物理意义． 利用匀变速直线运动的规律做匀变速运动的纸带上某点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。，等于相邻两点间的平均速度。计算物体的速度，可有三种方法第 1种方法 是根据机械能守恒定律得到的，而我们的目的就是验证机械能守恒定律，所以不能用第 2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怎样减少阻力？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，可使摩擦阻力，空气阻力相对减小。以哪两个点作为始末位置最为合适？实验用的纸带一般小于 1m，从起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。EP ＞＞ EK因重物下落中要克服阻力做功，实验的动能增加量必定稍小于重力势能减少量可以多次测量。实验报告的主要内容1、为进行 “验证机械能守恒定律 ”的实验，有下列器材可供选用：铁架台，打点计时器，复写纸，纸带，秒表，低压直流电源，导线，电键，天平。其中不必要的器材有：；缺少的器材是 。不必要的器材有：秒表、低压直流电源、天平。缺少的器材是低压交流电源、重锤、刻度尺通过原点的直线、 g. 2、在验证机械能守恒定律时，如果以 v2／ 2为纵轴，以 h为横轴，根据实验数据绘出的图线应是 ，才能验证机械能守恒定律，其斜率等于 的数值。一、实验方法 验证用自由落体运动中机械能守恒 二、要注意的问题 实验的误差来源三、速度的测量 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．