机械能守恒定律及其应用
机械能守恒定律及其应用(课堂专用)
在B点：N mg m v2
2
N=3mg
R
R
B
7.质量为m的物体,从静止开始以2g的加速度竖直向下加速
运动距离h,则( ABC )
A.物体的重力势能减少mgh B.物体的动能增加2mgh
C.物体的机械增加mgh
D.物体的机械能保持不变
8.一个轻弹簧固定于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点无初速释放,让它自
v0
例与练
（思考题）如图所示，物体A、 B用绳子连接穿过定滑轮，已知
mA=2mB, 绳子的质量不计，忽
略一切摩擦，此时物体A、B距
地面高度均为H，释放A，求当
物体A刚到达地面时的速度多大？
（设物体B到滑轮的距离大于H）
例与练
对A：拉力F做负功，A机械能不守恒
对B：拉力F做正功，B机械能不守恒
对A、B整体，拉力F做功代数和 F F
A、小球的机械能守恒 B、小车的机械能守恒 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
1.如图所示,桌面高为h,质量为m的小球从离桌面 高为H处自由落下,不计空气阻力,假设桌面处的重
力势能为零,则小球落地前瞬间的机械能为 ( B )
A.mgh B.mgH C.mg(H+h) D.mg(H—h)
例与练
2、小球沿高为h=5m的光滑斜面由静止开 始下滑，求小球到达斜面底端时的速率。
支持力N不做功，只有重力G做功，小球
机械能守恒。 以斜面底面为参考平面。
E1mgh E2 mgh 1mv2
1 2
mv
2
N
2
v 2gh 1m 0/s G
例与练
3、小球沿高为h=5m的光滑斜面由静止开 始下滑，求小球到达斜面底端时的速率。
机械能守恒定律及其应用
机械能守恒定律的意义
揭示了能量守恒的实质
机械能守恒定律是能量守恒定律在力 学系统中的具体表现，它表明在满足 一定条件下，系统中的机械能可以自 发的相互转化，但总能量保持不变。
提供了解决问题的方法
在解决力学问题时，如果满足机械能 守恒定律的条件，可以将问题简化为 求解初末状态的机械能，从而大大简 化计算过程。
VS
详细描述
火箭升空过程中，燃料燃烧产生大量气体 ，向下喷射产生推力，使火箭加速上升。 在这个过程中，火箭的重力势能和动能之 间相互转化，机械能总量保持不变，也是 机械能守恒定律的应用。
水利发电站工作过程中的机械能守恒
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ总结词
水轮机在水的冲力作用下旋转，将水的重力 势能转化为水轮机的动能，再通过发电机转 化为电能，整个过程中机械能总量保持不变 。
之间的关系。
数学表达式的理解
机械能守恒
机械能守恒定律表明，在没有外 力做功的情况下，质点的机械能 （动能和势能之和）保持不变。
适用范围
机械能守恒定律适用于没有外力 做功的系统，如自由落体运动、 弹性碰撞等。
守恒原因
机械能守恒的原因是重力做功与 路径无关，只与初末位置的高度 差有关。
数学表达式的应用
单摆在摆角小于5°的理想情况下，只受重力和摆线的拉力，不涉及其他外力。因此，其 机械能守恒。
详细描述
单摆是一种简单的机械系统，由一根悬挂的细线和下面的小球组成。当单摆在垂直平面 内摆动时，其动能和势能之间相互转换。在摆角小于5°的理想情况下，由于空气阻力和 摩擦力可以忽略不计，因此只有重力和摆线的拉力作用在单摆上。根据机械能守恒定律
，单摆的动能和势能之和保持不变，即机械能守恒。
弹簧振子的机械能守恒
高中物理精品课件： 机械能守恒定律及其应用
性势能之和可能增大 C.小球运动到C点时，重力对其做功的功率最大
√D.小球在D点时弹簧的弹性势能一定最大
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
9.(多选)如图所示，质量为M的小球套在固定倾斜的光滑杆上，原长为
l0的轻质弹簧一端固定于O点，另一端与小球相连，弹簧与杆在同一竖直 平面内.图中AO水平，BO间连线长度恰好与弹簧原长相等，且与杆垂直，
√A.小球从A点运动到D点的过程中，其最大加速度一定大于重
力加速度g B.小球从B点运动到C点的过程，小球的重力势能和弹簧的弹
性势能之和可能增大 C.小球运动到C点时，重力对其做功的功率最大
√D.小球在D点时弹簧的弹性势能一定最大
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
考向3 含恒的判断
基础梳理 夯实必备知识
1.重力做功与重力势能的关系 (1)重力做功的特点 ①重力做功与 路径 无关，只与始末位置的 高度差 有关. ②重力做功不引起物体 机械能 的变化.
(2)重力势能 ①表达式：Ep＝ mgh . ②重力势能的特点 重力势能是物体和 地球 所共有的，重力势能的大小与参考平面的选取 有关 ，但重力势能的变化与参考平面的选取 无关 . (3)重力做功与重力势能变化的关系 重力对物体做正功，重力势能 减小 ；重力对物体做负功，重力势能_增__大__. 即WG＝Ep1－Ep2＝－ΔEp.
方法技巧 提升关键能力
机械能是否守恒的三种判断方法 (1)利用机械能的定义判断：若物体动能、势能（重力势能与弹性势能） 之和不变，则机械能守恒. (2)利用做功判断：若物体或系统只有重力(或弹簧的弹力)做功，虽受其 他力，但其他力不做功(或做功代数和为0)，则机械能守恒. (3)利用能量转化判断：若物体或系统与外界没有能量交换，物体或系统 也没有机械能与其他形式能的转化，则机械能守恒.
机械能守恒定律的理解及应用
机器能守恒定律的理解及应用一、机器能守恒定律：1.机器能守恒定律内容表述:①表述一: 在只有重力做功的情形下,物体的动能和重力势能产生相互转化,但总的机器能保持稳定.这个结论叫做机器能守恒定律.不光动能和重力势能的相互转化中机器能保持稳定,在弹性势能和动能的转化历程中,如果只有弹簧的弹力做功,机器能也是保持稳定的.②表述二: 在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以.机器能守恒定律是力学中的一条重要定律,又是更普遍的能的转化和守恒定律的一种特殊情况.2.怎样理解机器能守恒定律:①只有重力做功的情形：重力势能是相对的，表达式为Ep = mgh，式中的h是物体的重心到参考平面(零重力势能面)的高度．若物体在参考平面以上，则重力势能为正；若物体在参考平面以下，则重力势能为负．通常，选择地面作为零重力势能参考平面．重力势能的变革量与零重力势能的选取无关．重力对物体做几多正功，物体的重力势能就淘汰几多；重力对物体做几多负功，物体的重力势能就增加几多．即W重= -ΔE重．②只有弹力做功的情形：一个物体由于外力的作用产生形变,如果撤去外力后形变会消失,这种形变就叫做弹性形变.物体因产生弹性形变而具有的势能叫做弹性势能. 和重力势能一样，弹性势能也是相对的.对付弹簧的弹性势能一般取其为原长时弹性势能为零.弹力对物体做了几多负功，物体的弹性势能就增加几多．即W弹= -ΔE弹．重力做功和弹力做功均和途径无关.重力势能的巨细与哪些因素有关,学生容易理解.以下就弹性势能的巨细与哪些因素有关做出说明:一个物体在A位置时,弹簧处于原长,如图１所示．我们对物体从A→B→C→B→A的历程进行阐发．当物体到B位置时,弹CC回到B,弹力做正功,弹簧的弹性势能淘汰.再将物体从B回到A，弹力继承做正功，弹簧的弹性势能继承淘汰．从这个例子,我们注意到：(Ⅰ)和重力势能一样,物体的弹性势能和弹力做(外力克服弹力做功),物体的弹性势能就增加几多；弹力做几多正功(弹力克服外力做功),物体的弹性势能就淘汰几多.(ⅡB到C弹力做的负功和C到B弹力做的正功相互抵消,因此物体从A直接到B跟物体从A到C再回到B做的功是一样多的.这个问题可以这样理解，由于物体在同一个位置的弹力相同，在B、C间靠着很近的两个点之间，向左移动和向右移动经过这两个点做的功，巨细相同，标记相反如图１所示．而力在一段位移对物体做功的总量是力对每一小段位移做功的累加．所以，物体从B到C弹力做的负功和C到B弹力做的正功相互抵消（图１中，为了清楚的表现物理量的干系，把B、C间靠着很近的两个点的间距放大了）．不难想象,在压缩弹簧中的历程,弹力做的功和两个因素有关：一个是弹簧的劲度系数；另一个是压缩的距离.因此对同一根弹簧,形变越大弹性势能越大,两根弹簧产生同样的形变,劲度系数大的弹簧弹性势能大.由于弹簧从平衡位置拉伸和压缩相同的长度时的力相同，所以同一根弹簧，从平衡位置拉伸和压缩相同的长度时，弹簧的弹性势能相同．所以，弹簧的弹性势能与弹簧的劲度系数和形变量两个因素有关．③机器能守恒定律1F 2F2F1F 位移方向位移方向2图1图动能和势能之和称为机器能.一种形式的机器能可以和另一种形式的机器能相互转化.下面我们看一些例子.物体自由下落或沿平滑斜面滑下的时候,重力对物体做功,物体的重力势能淘汰；重力势能转变为动能.原来具有一定速度的物体,在竖直上升或沿平滑斜面上升的历程中,物体克服重力做功,速度越来越小,物体动能淘汰了；而随着高度增加,重力势能却增加了.这时动能转化成重力势能.弹性势能也可以和动能相互转化.放开一个被压缩的弹簧,它可以把一个与它打仗的小球弹出去.这时弹力做功,弹簧的弹性势能就淘汰；同时小球得到一定的速度,动能增加.放开被拉开的弓把箭射出去,这时弓的弹性势能淘汰,箭的动能增加.从这些例子我们可以看出,机器能的相互转化是通过重力或弹力做功来实现的.重力或弹力做功的历程,也就是机器能从一种形式转化为另一种形式的历程.那么在种种机器能相互转化的历程中有什么纪律呢?我们用一个最简朴的例子来看一下.一个做自由落体运动的小球从1位置下落到2位置,设小球在位置1和2的速度分别为v 1和v 2,1位置和2位置离地的高度分别为h 1和h 2(如图３).凭据落体运动的纪律可知：)(2212122h h g v v -=-等式两边都乘以0.5m ,得22211211m v m v mg h mg h 22⋅-⋅=⋅-⋅ 由此可知,在小球从1位置落到2位置的历程中,它重力势能的淘汰量即是它动能的增加量,也就是说它在下落历程中机器能总量保持稳定.机器能守恒定律干系式的推导，我们还可以通过下列要领来创建：我们照旧用图3给出的情形研究．小球从1位置下落到2位置的历程中，重力做功W G =mg (h 1-h 2)；运用动能定理，21222121mv mv W G -=,得: 2122212121mv mv mgh mgh -=-,即：2222112121mv mgh mv mgh +=+． 3．机器能守恒定律的应用典范：【例1】 以10m/s 的速度将质量m 的物体从地面竖直向上抛出，忽略空气阻力，求(1)物体上升的最大高度(2)上升历程中那边重力势能和动能相等解：(1)以地面为参考面，设物体上升的最大高度为h ,由机器能守恒得E 1＝E 2，即mgh mv +=+002120， 所以m m g v h 5102102220=⨯== （2）在地面有E 1＝2021mv 在高h 1处有E k =E p ,即12112221mgh mv mgh E =+= 3图由机器能守恒定律得21E E =，即120221mgh mv = 解得m m g v h 5.21041004201=⨯== 【例2】把一个小球用细线悬挂起来，就成为一个摆（见图4），摆长为L ，最大偏角为θ．小球从A 处释放运动到最低位置O 时的速度是多大？解：在小球运动的历程中，小球共受到重力和绳对小球的拉力共2个力的作用．由于绳子对小球的拉力偏向始终与速度偏向垂直，绳子对小球的拉力不做功，只有重力对小球做功，小球的机器能守恒．小球重力势能的减小量为cos 1(-mgL θ），动能的增加量为0212-mv ，凭据机器能守恒得：221)cos 1(mv mgL =-θ，即)cos 1(2θ-=gL v ． 【例３】如图5所示，质量均为m 的A 、B 两个小球， 用长为2L 的轻杆相连接，在竖直平面内，绕牢固轴O 沿顺时针偏向自由转动（转轴在杆的中点），不计一切摩擦． （1）某时刻A 、B 球恰幸亏如图所示的位置，A 、B 球的线速度巨细均为v ．试判断A 、B 球以后的运动是否为匀速圆周运动，请说明理由！（2）若gL v =，在如图所示的位置时， B 球从杆上脱落，求B 球落地时的速度巨细．解：（1）在图示位置转动一个较小的角度，由多少干系可得，A 球下降的高度和B 球上升的高度相同，A 、B 球系统的重力势能稳定，由于系统的机器能守恒，所以A 、B 球的动能稳定，所以A 、B 球以后的运动是为匀速圆周运动．（2） B 球速度巨细与A 球相同，做平抛运动，满足机器能守恒条件设球落地时速度巨细是v '，取地面为重力势能零点，运用机器能守恒定律：22212121mv L mg v m +=' 得： 小球落地的速度巨细为gL v 2='．对付一个物体系来说，如果没有外力做功，又没有耗散力做功，而只有守旧力做功，那么系内物体的动能和势能可以相互转换，但总机器能保持稳定．【例2】给出的情景就是系统机器能守恒的实例．这里要指出的是，由于杆对A 球和B 球都做功，A 球和B 球的机器能均不守恒，但在A 球向下转动的历程中，杆对A 球做正功，杆对B 球做负功，杆对A 、B 球做功的总量为零，所以系统的机器能守恒．vv O A B L L L 5.2地面5图6图4图。
机械能守恒定律及其应用
优化能源利用，节省用水成本
03 空调
调节室内温度，节约能源消耗
结尾
通过深入了解机械能守恒定律在生活中的应用， 我们可以更好地利用能量资源，推动绿色、可持 续的生活方式。机械能守恒定律不仅是物理学原 理，更是指导我们节约能源、保护环境的重要思 想。
● 06
第六章 总结与展望
机械能守恒定律 的重要性
为科学研究提供理论基础
02 实用性
提高能源利用效率
03
未来发展方向
在未来，机械能守恒定律将在新能源开发、环保 和可持续发展中发挥更加重要的作用。随着科技 进步和社会需求的不断变化，人们对此定律的理 解和应用将不断深入。
未来发展方向
新能源开发
研究新型能源的转化原理 提高可再生能源利用率
环保
减少能源消耗对环境的影 响 推动清洁能源的发展
弹簧振子的实验
弹簧振子实验是一种常见的实验方法，通过测量 弹簧振子的运动轨迹和动能、势能的变化，验证 机械能守恒定律在弹簧振子系统中的有效性。实 验过程包括确定初始条件、记录振动数据、计算 能量变化等步骤。
自由落体实验
01 实验方法
使用重物自由落体
02 数据分析
测量速度和高度
03 能量变化
动能与势能之间的转化
01 能量守恒公式
K1 + U1 K2 + U2 02
03
守恒定律的应用范围
摆锤系统
系统的动能和势能转化
自由落体
动能转变为重力势能
滑坡运动
势能转变为动能
机械能守恒定律 应用案例
通过机械能守恒定律， 我们可以解释很多自 然现象，比如弹簧振 子的运动、摩擦力的 影响等。这一定律的 应用不仅局限于实验 室，也在工程领域有 广泛应用。
机械能守恒定律及其应用
§3 机械能守恒定律及其应用一、机械能守恒定律1．机械能守恒定律的两种表述（1）在只有重力做功的情形下，物体的动能和重力势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变。
（2）如果没有摩擦和介质阻力，物体只发生动能和重力势能的相互转化时，机械能的总量保持不变。
2．对机械能守恒定律的理解：（1）机械能守恒定律的研究对象一定是系统，至少包括地球在内。
通常我们说“小球的机械能守恒”其实一定也就包括地球在内，因为重力势能就是小球和地球所共有的。
另外小球的动能中所用的v，也是相对于地面的速度。
（2）当研究对象（除地球以外）只有一个物体时，往往根据是否“只有重力做功”来判定机械能是否守恒；当研究对象（除地球以外）由多个物体组成时，往往根据是否“没有摩擦和介质阻力”来判定机械能是否守恒。
（3）“只有重力做功”不等于“只受重力作用”。
在该过程中，物体可以受其它力的作用，只要这些力不做功，或所做功的代数和为零，就可以认为是“只有重力做功”。
【例1】如图物块和斜面都是光滑的，物块从静止沿斜面下滑过程中，物块机械能是否守恒？系统机械能是否守恒？3．解题步骤⑴确定研究对象和研究过程。
⑵判断机械能是否守恒。
⑶选定一种表达式，列式求解。
4．应用举例【例2】 如图所示，半径为R 的光滑半圆上有两个小球B A 、，质量分别为M m 和，由细线挂着，今由静止开始无初速度自由释放，求小球A 升至最高点C 时B A 、两球的速度？【例3】如图所示，均匀铁链长为L ，平放在距离地面高为L2的光滑水平面上，其长度的51悬垂于桌面下，从静止开始释放铁链，求铁链下端刚要着地时的速度？二、机械能守恒定律的综合应用【例4】 质量为0.02 kg 的小球，用细线拴着吊在沿直线行驶着的汽车顶棚上，在汽车 距车站15 m 处开始刹车，在刹车过程中，拴球的细线与竖直方向夹角θ＝37°保持不变，如图所示，汽车到车站恰好停住.求：（1）开始刹车时汽车的速度；（2）汽车在到站停住以后，拴小球细线的最大拉力。
机械能守恒定律的应用与功能原理
机械能守恒定律的应用与功能原理主要内容：一、机械能守恒定律1）在机械运动范围内，物体所具有的动能、势能（重力势能和弹性势能），统称为机械能。
物体的动能和势能之间是可以相互转化的。
例如：自由下落的物体，由于重力做功，所以其势能减少，动能增加，势能转化为动能；竖直上抛的物体，由于要克服重力做功，所以其动能减少,势能增加，动能转化为势能。
下面从动能定理出发，推证机械能守恒的条件：选某物体为研究对象，根据动能定理，有：ΣW=ΔE k可写成：W重+W弹+W其它=ΔE k，其中W弹为弹簧弹力的功。
又根据重力、弹簧弹力做功与势能的关系有：W重=－ΔE P重，W弹=－ΔE P弹－ΔE P重－ΔE P弹+W其它=ΔE k，如果W其它=0，即其它力不做功，则：－ΔE P重－ΔE P弹=ΔE k，即ΔE k+ΔE P重+ΔE P弹=0即ΔE=0 （机械能的增量为零）从上面推证可以看出，系统机械能守恒的条件为：除了重力、弹簧弹力以外无其它力对物体做功。
2）实际上，物质运动的形式不仅是机械运动，另外，热运动、电磁运动、化学运动、核运动等也是物质的不同运动形式，不同的运动形式对应着不同形式的能量，物质各种形式的运动是可以相互转化的，因此不同形式的能也是可以相互转化的，且在能量转化的过程中，总的能量守恒。
因此，系统机械能守恒条件的严格表述为：物体系（系统）内只有重力、弹力做功，而其它一切力都不做功时，系统机械能守恒。
二、功能原理（或称功能关系）1）由动能定理可以知道，外力对物体做功的代数和等于物体动能的增量，可表示为：ΣW=ΔE k 这里说的外力包括作用于物体上的全部做功的力，可分为三部分：(1)系统内的重力、弹力；(2)系统内的摩擦力；(3)系统外物体对它的作用力，则动能定理的表达式可写成W重+W弹+W摩擦+W外=ΔE k，又因为：W重=－ΔE P重，W弹=－ΔE P弹，所以有：W摩擦+W外=ΔE k+ΔE P重+ΔE P弹等式的右边为动能的增量跟势能增量的和，即为物体机械能的增量，即：W摩擦+W外=ΔE表述为：除重力、弹簧弹力以外力对物体做功的代数和，等于物体机械能的增量。
机械能守恒定律及应用
1.关于机械能是否守恒，下列说法正 确的是( ) A. 做匀速直线运动的物体机械能一定 守恒 B. 做圆周运动的物体机械能一定守恒 C. 做变速运动的物体机械能可能守恒 D. 合外力对物体做功不为零，机械能 一定不守恒
C
2.(2011·全国高考)一蹦极运动员身系弹性 蹦极绳从水面上方的高台下落，到最低点时距 水面还有数米距离。假定空气阻力可忽略，运 动员可视为质点，下列说法正确的是( ) A. 运动员到达最低点前重力势能始终减小 B. 蹦极绳张紧后的下落过程中，弹性力做 负功，弹性势能增加 C. 蹦极过程中，运动员、地球和蹦极绳所 组成的系统机械能守恒 D. 蹦极过程中，重力势能的改变与重力势 能零点的选取有关
2.机械能守恒定律表达式
Ek1+Ep1= Ek= EA= Ek2+Ep2 △Ep △EB
观 点
表达式
守恒观点
转化观点
转移观点
对机械能守恒定律三种表达式的理解 守恒观点. 意义：系统初状态的机械能等于末状态的机械能. 注意问题：要先选取零势能参考平面，并且在整个过程中必须选取同一个零势能参考平面. 表达式:mgh1+1/2mv12=mgh2+1/2mv22或
湖南长郡卫星远程学校
制作 06
2012年下学期
制作 06
湖南长郡卫星远程学校
(3)选取零势能面，确定研究对象在 初、末状态的机械能。 (4)根据机械能守恒定律列出方程。 (5)解方程求出结果，并对结果进行 必要的讨论和说明。
质量为m的小球从高H处由静止开始自由下落，以地面作为零势能面.当小球的动能和重力势能相等时，重力的瞬时功率为( )
[名师点睛]
2012年下学期
制作 06