1、3 能量守恒定律,第2章 能的转化与守恒,动能和重力势能间的转化,坠落的和平号空间站碎片,1.理解机械能守恒定律的内容和守恒条件，能用机械能守恒定律分析生活和生产中的有关问题. 2.理解能量守恒定律的内容，知道能量守恒是最基本、最普遍的自然规律之一，会用能量守恒的观点分析、解决一些实际问题.,展示目标,检查预习,课前预习课本相应部分，检查提问“自主学习”部分,一、机械能守恒定律,1.机械能：指 和 之和.在一定条件下，物体的 动能和势能可以 . 如图1所示，质量为m的小球做自由落体运动的过程中 经过A、B两点，则： (1)重力做功与小球动能变化的关系为WG .,答案,图1,(2)重力做功与小球
2、重力势能变化的关系为WG . 综合(1)、(2)两种情况可以得出 或 .,动能,势能,相互转化,mgh1mgh2,mgh1mgh2,自主学习,答案,2.机械能守恒定律 (1)内容：在只有像 那类力做功的情况下，物体的动能和势能可相互转化，机械能的总量 . (2)守恒定律表达式 Ek2Ep2 ，即E2_,重力,保持不变,Ek1Ep1,E1,3.机械能守恒条件的理解 (1)从能量特点看，系统内部只发生动能和势能的相互转化，无其他形式能量(如内能)之间转化，系统机械能守恒. (2)从做功角度来看，只有重力做功或系统弹力做功，系统机械能守恒，具体表现为： 物体只受重力或系统内弹力作用； 除重力和系统内
3、弹力外，其他力不做功； 除重力和系统内弹力外，其他力做功的代数和为零.,答案,1.机械能守恒定律的不同表达式,末状态,减少量,B减少,二、机械能守恒定律的应用,2.应用机械能守恒定律的解题步骤 (1)选取研究对象(物体或系统). (2)明确研究对象的运动过程，分析研究对象在运动过程中的受力情况，弄清各力的做功情况，判断机械能是否守恒. (3)选取恰当的参考平面，确定研究对象在初、末状态的机械能. (4)选取机械能守恒的某种表达式，列方程求解.,答案,1.能量守恒定律：能量既不能凭空产生，也不能凭空消失.它只能从一种形式 为另一种形式，或从一个物体 到另一个物体，在转化或转移的过程中其总量 .
4、2.表达式 (1)E初E末. (2)E减E增. 3.永动机：不消耗任何 却能持续不断地对外 的机器，它违背了能量守恒原理，是不可能制成的.,转化,保持不变,转移,做功,能量,三、能量守恒定律,合力为零或合力做功为零时，物体的机械能一定守恒吗？ 答案 不一定.合力为零或合力做功为零，并不能说明是否只有重力或系统内弹力做功.如物体沿斜面匀速下滑时，合力或合力做功均为零，而物体的动能不变，势能减小，故物体机械能减小.,答案,一、机械能守恒定律,合作探究,解析答案,总结提升,例1 下列关于机械能是否守恒的叙述，正确的是( ) A.做匀速直线运动的物体机械能一定守恒 B.做变速运动的物体机械能可能守恒
5、C.合力对物体做功为零时，机械能一定守恒 D.若只有重力对物体做功，物体的机械能也可能不守恒,解析 做匀速直线运动的物体机械能不一定守恒，比如，降落伞匀速下降，机械能减小，故A错误. 做变速直线运动的物体机械能可能守恒，比如自由落体运动，故B正确. 机械能守恒的条件是只有重力(弹力)做功，或者除重力(弹力)外其他力对物体做功为零，故C、D错误. 答案 B,总结提升,总结提升,机械能守恒的判断方法： (1)做功条件分析：只有重力和系统内弹力做功，其他力不做功. (2)能量转化分析法：系统内只有动能、重力势能及弹性势能间相互转化，即系统内只有物体间的机械能相互转移，则机械能守恒. (3)定义判断法
6、，如物体沿竖直方向或沿斜面匀速运动时，动能不变，势能变化，机械能不守恒.,返回,解析答案,针对训练 (多选)如图2所示，下列关于机械能是否守恒的判断正确的是 ( ),A.甲图中，物体A将弹簧压缩的过程中，物体A机械能守恒 B.乙图中，物块B沿粗糙斜面下滑时机械能守恒 C.丙图中，不计任何阻力时，A加速下落，B加速上升过程中，A、B系统机械能守恒 D.丁图中，小球沿水平面做匀速圆周运动时，小球的机械能守恒,图2,返回,解析 甲图中重力和弹力做功，物体A和弹簧组成的系统机械能守恒，但物体A机械能不守恒，A错； 乙图中除重力做功之外，还有摩擦力做功，机械能不守恒，B错； 丙图中绳子张力对A做负功，对
7、B做正功，代数和为零，A、B系统机械能守恒，C对； 丁图中小球的动能不变，势能不变，机械能守恒，D对. 答案 CD,解析答案,总结提升,例2 如图3所示，固定的竖直光滑长杆上套有质量为m的小圆环，圆环与水平状态的轻质弹簧一端连接，弹簧的另一端连接在墙上，并且处于原长状态，现让圆环由静止开始下滑，已知弹簧原长为L，圆环下滑到最大距离时弹簧的长度变为2L(未超过弹性限度)，则在圆环下滑到最大距离的过程中( ) A.圆环的机械能守恒 B.弹簧弹性势能变化了 mgL C.圆环下滑到最大距离时，所受合力为零 D.圆环重力势能与弹簧弹性势能之和保持不变,图3,二、机械能守恒定律的应用,总结提升,解析 圆环
8、在下落过程中机械能减少，弹簧弹性势能增加，而圆环与弹簧组成的系统机械能守恒. 圆环下滑到最大距离即最低点时速度为零，但是加速度不为零，即合力不为零；圆环重力势能减少了 mgL，由机械能守恒可知，弹簧的弹性势能增加 mgL，故选B. 答案 B,总结提升,利用机械能守恒定律分析问题时，一定要注意守恒条件的应用，灵活选取研究对象.本题中圆环的机械能不守恒，但圆环与弹簧所组成的系统的机械能守恒.,解析答案,例3 如图4所示，质量m50 kg的跳水运动员从距水面高h10 m的跳台上以v05 m/s的速度斜向上起跳，最终落入水，若忽略运动员的身高，取g10 m/s2.求： (1)运动员在跳台上时具有的重力
9、势能(以水面为零势能参考平面)； 解析 以水面为零势能参考平面，则运动员在跳台上时具有的重力势能为 Epmgh5 000 J. 答案 5 000 J,图4,解析答案,(2)运动员起跳时的动能； 解析 运动员起跳时的速度为v05 m/s， 则运动员起跳时的动能为,答案 625 J,返回,解析答案,总结提升,(3)运动员入水时的速度大小. 解析 解法一：应用机械能守恒定律 运动员从起跳到入水过程中，只有重力做功，运动员的机械能守恒，则即v15 m/s. 解法二：应用动能定理,运动员从起跳到入水过程中，其他力不做功，只有重力做功，故合外力做的功为W合mgh，根据动能定理可得， ，则v15 m/s.
10、答案 15 m/s,总结提升,利用机械能守恒定律可从两个角度列方程：,返回,(2)转化式：EkEp，即Ek增Ep减，利用此式不必选择零势能面.,返回,解析答案,总结提升,例4 某地平均风速为5 m/s，已知空气密度是1.2 kg/m3，有一风车，它的风叶转动时可形成半径为12 m的圆面.如果这个风车能将圆面内10%的气流动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多大？,解析 在t时间内作用于风车的气流质量mr2vt,所以风车带动发电机的功率为,代入数据得P3 391.2 W.,答案 3 391.2 W,三、能量守恒定律,总结提升,返回,利用能量转化与转移解题的两点注意： (1)能量既可通过做功
11、的方式实现不同形式的能量之间的转化，也可在同一物体的不同部分或不同物体间进行转移. (2)利用能量守恒定律解题的关键是正确分析有多少种能量变化，分析时避免出现遗漏.,1,2,3,解析答案,1.(机械能守恒的判断)(多选)如图5 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 B.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.小车在左右振动时，木块相对于小车无滑动(车轮与地面摩擦不计) D.图丙中如果小车振动时，木块相对小车有滑动,图5,课堂检测,1,2,3,解析 可以通过以下表格对各项逐一分析,答案 AC,
12、2.质量为1 kg的物体从离地面1.5 m高处以速度10 m/s抛出，不计空气阻力，若以地面为零势能面，物体的机械能是 J，落地时的机械能是 J；若以抛出点为零势能面，物体的机械能是 J， 落地时的机械能是 J.(g取10 m/s2),解析答案,65,65,50,50,1,2,3,3.(机械能守恒定律的应用)如图6所示，在大型露天游乐场中翻滚过山车的质量为1 t，从轨道一侧的顶点A处由静止释放，到达底部B处后又冲上环形轨道，使乘客头朝下通过C点，再沿环形轨道到达底部B处，最后冲上轨道另一侧的顶端D处，已知D与A在同一水平面上.A、B间的高度差为20 m，圆环半径为5 m，如果不考虑车与轨道间的
13、摩擦和空气阻力，g取10 m/s2.试求：,图6,1,2,3,(1)过山车通过B点时的动能； 解析 过山车由A点运动到B点的过程中， 由机械能守恒定律Ek增Ep减可得,解析答案,答案 2105 J,1,2,3,(2)过山车通过C点时的速度；,解析答案,解析 同理可得，过山车从A点运动到C点时有,1,2,3,返回,解析答案,(3)过山车通过D点时的机械能.(取过B点的水平面为零势能面)解析 由机械能守恒定律可知，过山车在D点时的机械能等于在A点时的机械能，取过B点的水平面为零势能面，则有EDEAmghAB1031020 J2105 J. 答案 2105 J,1,2,3,一、机械能守恒定律,1.内容：,2.守恒条件：,3.表达式:,EK1+EP1=EK2+EP2,只有重力做功（或弹力做功）,在只有重力做功的情况下，物体的动能和重力势能可以发生相互转化，但机械能的总量保持不变,小结作业,二、能量守恒定律,1.内容：,2.意义：,3.永动机是不可能制成的,能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中其总量保持不变。,能量守恒定律的建立过程，是人类认识自然的一次重大的飞跃，是哲学和自然科学长期发展和进步的结果它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一，而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式,