高一物理ppt课件-能量守恒定律课件1

1．理解动能和势能的相互转化、知道机械能包括动能和势能。2．通过实验验证机械能守恒定律，培养学生收集数据、分析论证的能力。3．理解机械能守恒的条件、公式，能应用机械能守恒定律分析解决实际问题，学会用守恒观点看待问题。[读教材·填要点]一、机械能守恒定律机械能守恒定律的推导及表达式如图2－3－1所示，一个质量为m的物体自由下落，经过高度为h1的A点(初位置)时速度为v1，下落到高度为h2的B点(末位置)时速度为v2重力Ek1＋Ep1内容在只有重力做功的情况下，物体的动能与势能可相互转化，但机械能的总量保持不变适用条件只有做功，其他力对物体不做功，与物体是做直线运动还是曲线运动无关表达式Ek2＋Ep2＝或12mv22＋mgh2＝12mv12＋mgh1二、能量守恒定律1．内容能量既不能凭空产生，也不能凭空，它只能从一种形式另一种形式，或从一个物体另一个物体，在转化或转移的过程中其总量保持不变。2．意义能量守恒定律是自然界最普遍、最基本的规律之一，它的发现和应用，为的沟通与联系提供了桥梁。3．永动机永远都不可能制成不消耗任何却能持续不断地对外做功的永动机。消失转化为转移到不同学科能量[试身手·夯基础]1．在“验证机械能守恒定律”的实验中：(1)从下列器材中选出实验所必需的，其编号为________。A．打点计时器(包括纸带)B．重物C．天平D．毫米刻度尺E．停表F．运动小车(2)打点计时器的安装放置要求为________；开始打点计时的时候，应先________，然后________。(3)实验中产生系统误差的原因主要是______________，使重物获得动能往往______________________。为减小误差，悬挂在纸带下的重物应选择________。解析：(1)选出的器材有：打点计时器(包括纸带)，重物，毫米刻度尺，编号分别为A、B、D。注意mgh＝12mv2，m可约去，不需要用天平，也不需要测定运动时间，不需要停表。(2)打点计时器安装时，限位孔要竖直，这样才能使重物在自由落下时，受到的阻力较小；打点时应先给打点计时器通电，然后再放下重物，让它带着纸带一同落下。(3)产生系统误差的主要原因是，纸带通过打点计时器时的摩擦阻力使得重物获得的动能小于它所减少的重力势能。为减小误差，重物的质量和密度应选大一些的。答案：见解析2．关于机械能守恒定律的适用条件，以下说法中正确的有()A．只有重力和弹力作用时，机械能守恒B．当有其他外力作用时，只要合外力为零，机械能依然守恒C．当有其他外力作用时，只要除了重力以外的其他外力做的功为零，机械能守恒D．炮弹在空中飞行时不计空气阻力，仅受重力作用，所以爆炸前后机械能守恒解析：机械能守恒的条件是“只有重力和弹力做功”，不是“只有重力和弹力作用”，应该知道作用和做功是两个完全不同的概念，有力不一定做功，故A是错误的；力为零，是物体的加速度为零，是物体处于静止或匀速直线运动的另外表达，不是机械能守恒的条件，故B错误；C中虽有其他外力，且其他外力做功，但除重力以外的其他外力做功总和为零，故机械能守恒，故C正确；D中由于炮弹爆炸时，大量的化学能转化为炮弹的内能和动能，故机械能是不守恒的，故D错误。答案：C验证机械能守恒定律1．实验目的验证机械能守恒定律2．实验原理在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转化，但总的机械能保持不变。若物体某时刻瞬时速度为v，下落高度为h，则重力势能的减少量为mgh，动能的增加量为12mv2，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律。3．实验器材铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、重锤(带纸带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源(4～6V)。4．实验步骤(1)安装置：按图2－3－2将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路。(2)打纸带：将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用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落。图2－3－2更换纸带重复做3～5次实验。(3)选纸带：分两种情况①应选点迹清晰，且1、2两点间距离小于或接近2mm的纸带。若1、2两点间的距离大于2mm，这是由于先释放纸带，后接通电源造成的。这样，第1个点就不是运动的起始点了，这样的纸带不能选。②用12mvB2－12mvA2＝mgΔh验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时，选择适当的点为基准点，这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否为2mm就无关紧要了，所以只要后面的点迹清晰就可选用。5．数据处理(1)数据处理：在起始点标上0，在以后各点依次标上1、2、3…用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3…利用公式vn＝hn＋1－hn－12T计算出点1、点2、点3、…的瞬时速度v1、v2、v3…(2)验证：方法一：利用起始点和第n点计算。计算ghn和12vn2，如果在实验误差允许的条件下ghn＝12vn2，则机械能守恒定律是正确的。方法二：任取两点计算。①任取两点A、B测出hAB，算出ghAB。②算出12vB2－12vA2的值。③若在实验误差允许的条件下ghAB＝12vB2－12vA2，则机械能守恒定律是正确的。方法三：图像法。从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方v2，然后以12v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出12v2－h图线。若在误差允许的范围内图像是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒。6．注意事项(1)打点计时器要稳定地固定在铁架台上，打点计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向，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)实验中，需保持提纸带的手不动，且保证纸带竖直，待接通电源，打点计时器工作稳定后，再松开纸带。(4)测量下落高度时，为了减少测量值h的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远一些，纸带也不宜过长，有效长度可在60cm～80cm之间。(5)不需测出物体质量，只需验证12vn2＝ghn即可。(6)速度不能用vn＝gtn或vn＝2ghn计算，因为只要认为加速度为g，机械能当然守恒，即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律。1．(1)如图2－3－3某同学探究“动能与重力势能的转化和守恒”实验中，下面哪些测量工具是必需的()A．天平B．弹簧测力计C．刻度尺D．秒表图2－3－3(2)在一次实验中，质量m＝1kg的重物自由下落，在纸带上打出一系列的点，如图2－3－4所示(相邻计数点时间间隔为0.02s)，单位cm，那么：图2－3－4①纸带的________端与重物相连；②打点计时器打下计数点B时，物体的速度vB＝________；③从起点O到打下计数点B的过程中物体势能减少量是ΔEp＝________，此过程中物体动能的增加量ΔEk＝________(g取9.8m/s2)④通过计算，数值上ΔEk________ΔEp(填“”“＝”“”)，这是因为________；⑤实验的结论是________。[审题指导]该实验目的是验证在误差允许范围内，重力势能减少量和动能增加量是否相等，其中重物下落高度可由测量点到O点距离得出，测量点速度可由v＝sn＋sn＋12T(s为相邻点间距离)得出。由于阻力的影响，重力势能减少量要略大于动能增加量。[解析](1)探究“动能与重力势能的转化与守恒”必须测量重物下落的高度。即刻度尺是必需的测量工具，C正确。而不用测质量、重力和时间，故不选A、B、D。(2)左端点密、左端是开始下落时打的点。B点的瞬时速度等于AC段的平均速度vB＝hAC2T＝7.06－3.14×10－22×0.02m/s＝0.98m/sΔEp＝mgh＝1.0×9.8×5.01×10－2J＝0.49JΔEk＝12mv2＝12×1.0×(0.98)2J＝0.48J[答案](1)C(2)①左②vB＝0.98m/s③ΔEp＝0.49J，ΔEk＝0.48J④，重物下落时受阻力作用⑤在误差允许范围内，重物下落过程中机械能守恒。本题中“动能的增加量”不能根据机械能守恒定律直接推算出来。因为，本实验的目的在于“验证”机械能守恒定律，故ΔΕk只能按ΔEk＝12mvB2，且vB＝hC－hA2T＝hAC2T的方式计算出来。机械能守恒的条件及研究对象1．研究对象(1)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)作为研究对象。(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象(使这些弹力成为系统内力)。2．守恒条件(1)从能量特点看：只有系统动能和势能相互转化，无其他形式能量之间(如内能)转化，则系统机械能守恒。如果物体间发生相互碰撞，物体间发生相对运动且相互间有摩擦力存在，机械能一般不守恒。(2)从机械能的定义看动能与势能之和是否变化。如果一个物体沿斜面匀速(或减速)滑下，动能不变(或减小)，势能减小，则机械能减小。一个物体沿水平方向匀速运动时机械能守恒，沿竖直方向匀速运动时机械能不守恒。(3)从做功特点看：只有重力和系统内的弹力做功。具体表现在：①只受重力(或系统内的弹力)。如做抛体运动的物体(不计阻力)。②还受其他力，但只有重力(或系统内的弹力)做功，如图2－3－5甲、乙所示。图2－3－5③系统的内力做功，但是做功代数和为零，系统机械能守恒。如图2－3－6丙中拉力对A、对B做功不为零，但代数和为零，AB系统机械能守恒。如图2－3－6丁所示，A、B间及B与接触面之间均光滑，A自B的上端自由下滑时，B沿地面滑动，A、B之间的弹力做功，对A或B机械能均不守恒，但对A、B组成的系统机械能守恒。图2－3－6[名师点睛](1)绝不能将机械能守恒的条件理解为合外力不做功或合外力为零。(2)如果物体或系统的机械能发生变化，必定有除重力和系统内的弹力之外的其他力做功。2.如图2－3－7所示，一轻弹簧固定于O点，另一端系一重物，将重物从与悬点O在同一水平面且弹簧保持原长的A点无初速度地释放，让它自由摆下，不计空气阻力。在重物由A点摆向最低点B的过程中，下列说法正确的是()A．重物的机械能守恒B．重物的机械能增加C．重物的重力势能与弹簧的弹性势能之和不变D．重物与弹簧组成的系统机械能守恒图2－3－7[思路点拨]确定研究对象，判断机械能是否守恒，分析重物从A到B的过程中有哪些力做功。[解析]重物由A点下摆到B点的过程中，弹簧被拉长，弹簧的弹力对重物做了负功，所以重物的机械能减少，故选项A、B错误；此过程中，由于只有重力和弹簧的弹力做功，所以重物与弹簧所组成的系统机械能守恒，即重物减少的重力势能，等于重物获得的动能与弹簧增加的弹性势能之和，故选项C错误，D正确。[答案]D判断物体或系统机械能是否守恒，一定要根据物体或系统动能和势能之和是否变化或机械能守恒的条件来判断。1．表达式及特点机械能守恒定律的应用表达式特点Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2或E初＝E末(从不同状态看)即初状态的机械能等于末状态的机械能Ek2－Ek1＝Ep1－Ep2或ΔEk＝－ΔEp(从转化角度看)即过程中动能的增加量等于势能的减少量EA2－EA1＝EB1－EB2或ΔEA＝－ΔEB(从转移角度看)即系统只有A、B两物体时，A增加的机械能等于B减少的机械能2．应用机械能守恒定律解题的一般步骤是(1)选取系统对象，确定研究过程；(2)进行受力分析，考查守恒条件；(3)选取零势能平面，确定初、末状态机械能；(4)运用守恒定律，列出方程求解。[名师点睛]用机械能守恒定律解题应遵守：(1)参考平面的选取以解题的方便为原则，一般以物体经过最低点的所在水平面为参考平面。(2)由参考平面和参考系确定初、末状态的机械能。3.如图2－3－8所示，物体A和B系在跨过定滑轮的细绳两端，物体A的质量mA＝1.5kg，物体B的质量mB＝1kg。开始时把A托起来，使B刚好与地面接触，此时物体A离地面高度为h＝1m，放手让A从静止开始下落，g取10m/s2，求：(1)当A着地时，A的速