科学验证：机械能守恒定律+课件+-2024-2025学年高一下学期物理鲁科版（2019）必修第二册.pptx

第1章功和机械能1.5科学验证：机械能守恒定律

导入：过山车(图1－25)在最高点无动力释放后，会沿着轨道下滑、爬升、翻转，速度时快时慢，惊险刺激过山车在运行过程中既有重力势能，又有动能。高度减小时，重力势能减小，动能增大；高度增大时，重力势能增大，动能减小。

当重力势能与动能发生变化时，它们之间遵循着什么规律?本节我们将学习机械能，并研究动能与势能转化时遵循的规律。

1机械功的含义

机械能的含义01运动的物体往往既有动能又有势能，物体的动能与重力势能、弹性势能之和称为机械能(mechanicalenergy)。?机械能?重力势能弹性势能

为什么小球不会碰到人的下巴？能量不会凭空产生

若用符号E表示机械能，则物体的机械能为E＝Ep＋Ek

?机械能?上升下落动能和势能之间可以互相转化在物体运动过程中，不同形式的能量常会相互转化。

例如，射箭时，弓的弹性势能减小，箭的动能增大：蹦极时，重力势能会转化为动能和弹性势能等。大量事实表明，物体的机械能可从一种形式转化为另一种形式下面，我们先从理论上研究只有重力势能与动能发生转化时能量遵循的规律。

只受重力作用时，机械能有什么特点？

如图1－26所示，如果小球只在重力作用下自由下落，从A到B的过程中重力做功为WG，根据动能定理可知，重力做的功等于小球下落过程中动能的增加量，即?

由重力做功与重力势能改变的关系可知，重力做的功等于小球下落过程中重力势能的减少量，即WG＝mgh1－mgh2由以上两式可得?

即在小球自由下落的过程中，动能的增加量等于重力势能的减少量，说明重力对小球做了多少功，就有多少重力势能转化为等量的动能。上式移项后得?即Ek2＋Ep2＝Ek1＋Ep2

上式表明，在小球自由落体运动中，只有重力做功，小球在A点的动能与重力势能的总和等于在B点的动能与重力势能的总和。由于A、B两点是任意选定的，故在自由落体运动中，任何位置(时刻)物体的总机械能保持不变。同样可以证明，在只有弹力做功的物体系统内，动能和弹性势能可相互转化，总的机械能保持不变。

??????动能定理：?重力做功：?h2h1ABv1v2mg小球做自由落体运动

机械能的内容02大量研究结果表明，在只有重力或弹力这类力做功的情况下，物体系统的动能与势能相互转化，机械能的总量保持不变。这个结论称为机械能守恒定律(lawofconservationofmechanicalenergy)。?

条件：①物体只受重力(弹力)作用②除重力(弹力)其他力不做功

事实上，并非只有动能和势能可以相互转化，任何形式的能量都可以相互转化，但总能量保持不变这就是更普遍的能量守恒定律。

能在熟悉的问题情境中运用机械能守恒定律解决问题时建构物理模型，会分析机械能守恒的条件；能从机械能守恒的角度分析动力学问题，通过推理，获得结论；能用与机械能守恒定律等相关的证据说明结论；能从不同视角解决动力学问题。—科学思维

典例下列实例中哪些情况机械能是守恒的?v跳伞员利用降落伞在空中匀速下落光滑水平面上运动的小球，把弹簧压缩后又被弹回来。抛出的篮球在空中运动(不计阻力)

机械功的计算

在只有重力或弹力做功的情况下，物体系统的机械能是守恒的。我们已经从理论上推导出了机械能守恒定律，现在用实验进行验证。

实验目的①验证机械能守恒。②进一步熟悉打点计时器的使用。

实验器材铁架台、打点计时器、交流电源、纸带、重物、天平、砝码、刻度尺。

实验原理与设计实验装置如图1－27所示。让带有纸带的重物自由下落，利用打点计时器记录重物下落过程中的运动情况。选取纸带上的某点作为高度的起点，量出纸带上其他点相对该点的距离作为高度。

用天平称出重物的质量，算出重物经过这些点的重力势能。再计算重物经过这些点的瞬时速度，算出动能。最后，通过比较重物经过这些点的机械能，得出实验结论。

01234起点h终点01234起点h终点??

01234起点h终点01234起点h终点要验证等式成立，需要测量哪些物理量？?利用打出的纸带测出h、v?

实验步骤(1)使用天平称出重物质量。思考：选择重物时，选轻一点的好还是重一点的好？为什么？密度大的质量大体积小，减小空气阻力对实验的影响

(2)纸带一端吊重物，另一端穿过打点计时器。手提纸带，使重物靠近打点计时器并静止。接通电源，松开纸带，让重物自由落下。思考：安装打点计时器与打点时，应注意什么问题？减小摩擦两纸带限位孔必须在同一竖直线上先接通电源，再释放纸

(3)取下纸带并选其中一个点作为参考点，设打该点时重物的重力势能为0，计算打该点时重物的动能，它就是重物下落过程中动能与重力势能的总和。(4)分别计算纸带上其他各点对应的重物的动能和重力势能之和。