机械能守恒定律1
机械能的守恒定律
机械能的守恒定律机械能的守恒定律是物理学中一个重要的定律，它描述了在没有外力做功的情况下，机械能的总量在一个封闭系统中保持不变。
机械能由动能和势能两部分组成，动能与物体的质量和速度有关，势能则与物体所处的位置有关。
一、机械能的定义机械能是指物体的动能和势能之和。
动能是物体由于运动而具有的能量，它与物体的质量和速度有关；势能是物体由于位置而具有的能量，它与物体所处的位置和重力加速度有关。
机械能的定义公式如下：E = K + U其中，E表示机械能，K表示动能，U表示势能。
二、当一个系统中没有外力做功时，机械能守恒。
即系统的初机械能等于系统的末机械能。
数学表达式为：E初 = E末说明了在一个封闭系统中，机械能的总量保持不变。
三、应用例子1. 自由落体运动自由落体运动是一个经典的应用例子。
在自由落体过程中，物体只受到重力作用，没有其他外力做功。
因此，根据机械能守恒定律，物体的机械能在自由落体过程中保持不变。
在物体从高空自由落下时，它的势能逐渐减小，同时动能逐渐增大，但机械能总量不变。
当物体着地时，势能减为零，动能最大，而机械能的总量保持不变。
2. 弹簧振子弹簧振子是另一个常见的应用例子。
当弹簧振子受到外力推动，弹簧被拉伸或压缩，势能发生变化，而动能几乎为零。
当弹簧恢复原状时，势能减小至零，而动能增加至最大值。
在整个振动过程中，机械能保持不变。
四、实验验证为了验证机械能守恒定律，可以进行一系列实验。
例如，可以将一个小球从一定高度释放，使其在竖直方向上自由下落，然后观察小球落地前后的机械能变化。
通过测量小球的质量、高度和速度等参数，可以计算出初机械能和末机械能，验证机械能的守恒定律。
另外，还可以进行弹簧振子的实验，测量弹簧振子在不同位置的势能和动能值，并对比初机械能和末机械能是否相等，从而验证机械能守恒定律。
五、结论机械能的守恒定律是物理学中的基本定律之一，它描述了没有外力做功的封闭系统中，机械能的总量保持不变。
机械能守恒定律
A．A球到达最低点时速度为零 B．A球机械能减少量等于B球机械能增加量 C．B球向左摆动所能达到的最高位置应高于A球开始运 动时的高度 D．当支架从左向右回摆动时，A球一定能回到起始高 度
ex1、物体在斜面上做加速运动时，下列 ( C)
A.它的动能一定增大，重力势能一定增大 B.它的动能一定增大，重力势能一定减少 C. D.如果在运动过程中加速度逐渐减小，但 加速度仍大于0，则物体的动能将逐渐减小
二、机械能守恒定律的内容：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；在只有弹力做功的情形下，物体 的动能和弹性势能发生相互转化，但机械能的总量保 持不变.
末状态的机械能等于初状态的机械能。
动能的增加量等于重力势能的减小量。.当物体除受重力外还受到其他的力，但其
D.对于物体除重力外，其他力做功的代数和 为零，物体的机械能一定守恒
3、 在下列实例中运动的物体，不计空气 阻力，机械能不守恒的是（ A A. B. C. D.一个轻质弹簧上端固定，下端系一重物， 重物在竖直方向上做上下振动(以物体和弹 簧为研究对象)
4、 关于物体的机械能是否守恒的叙述， 下列说法中正确的是（ D ） A.做匀速直线运动的物体，机械能一定守恒 B.做匀变速直线运动的物体，机械能一定守
能守恒的是 ( BC )
A.子弹射入物块B的过程 B.物块B带着子弹向左运动，
C.弹簧推挤着带着子弹的物块B
D.带着子弹的物块B因惯性继续向右移动，
直到弹簧伸长量达最大的过程
6、如图所示，长度相同的三根轻杆构成一个正三角 形支架，在A处固定质量为2m的小球，B处固定质量为m 的小球，支架悬挂在O点，可绕过O点并与支架所在平 面相垂直的固定轴转动，开始时OB与地面相垂直，放 手后开始运动，在不计任何阻力的情况下，下列说法
机械能守恒定律重难点1
第五章机械能守恒定律1.2.形.若α【例的水A. B. C. D.与），.的阻力与钉进木板的深度成正比，已知铁锤第一次将钉子钉进d ，如果铁锤第二次敲钉子时对钉子做的功与第一次相同，那么，第二次进入木板的深度是多少?解：()22kd kd k d d d d '++'⋅=∴1)d d '=3. 作出变力变化的F －l 图象，图象与位移轴所围的“面积”即为变力做的功.在F-l 图象中，图线与坐标轴所围成的“面积”表示功.对于方向不变，大小随位移变化的力，作出F-l 图象，求出图线与坐标轴所围成的“面积”，就求出了变力所做的功,上述例题也可用图象法来求解.因为木板对钉子的阻力与钉进木板的深度成正比，即F =kd ，其图象为图5-1-2所示.铁锤两次对钉子做功相同，则三角形OAB 的面积与梯形ABCD 的面积相等，即[]')(21)(21d d d k kd kd d ⨯'++=⨯ 解得1)d d '=【例2】以一定的速度竖直向上抛出一小球，小球上升的最大速度为h ，空气的阻力大小恒为F ，则从抛出至落回出发点的过程中，空气阻力对小球做的功为（ ）A ．0B ．－FhC ．－2FhD ．－4Fh【解析】从全过程看，空气的阻力为变力，但将整个过程分为两个阶段：上升阶段和下落阶段，小球在每个阶段上受到的阻力都是恒力，且总是跟小球运动的方向相反，空气阻力对小球总是做负功，全过程空气阻力对小球做的功等于两个阶段所做功的代数和，即()()Fh Fh Fh W W W 2-=-+-=+=下上【答案】C【点拨】空气阻力、摩擦阻力是一种特殊的力，在计算这种力做功时，不可简单地套用功的计算公式αcos Fl W =得出W =0的错误结论.从上面的正确结果可以看出：空气阻力做的功在数值上等于阻力与全过程小球路程的乘积.●拓展如图5-1-3在光滑的水平面上，物块在恒力F ＝100Ｎ的作用下从A 点运动到B 点，不计滑轮的大小，不计绳与滑轮的质量及绳、滑轮间的摩擦，Ｈ＝2.4ｍ，α＝37°，β＝53°，求绳的拉力对物体所做的 【答案】W =F ·l =F (βαsin sin H H -)=100J三、分析摩擦力做功:不论是静摩擦力，还是滑动摩擦力既可以对物体做正功，也可以对物体做负功，还可能不对物体做功.力做功是要看哪个力对哪个物体在哪个过程中做的功，而不是由力的性质来决定的.力做正功还是做负功要看这个力是动力还是阻力.摩擦力可以是动力也可以是阻力，也可能与位移方向垂直.☆ 易错门诊【例3】物块从光滑曲面上的P 点自由滑下，通过粗糙的静止水平传送带以后落到地面上的Q 点，若传送带的皮带轮沿逆时针方向转动起来，使传送带随之运动，如图5-1-4所示，再把物块放到P 点自由滑下则（ ）图5-1-2 Kd+d图5-1-3图5-1-4A.物块将仍落在Q点B.物块将会落在Q点的左边C.物块将会落在Q点的右边D.物块有可能落不到地面上【错解】因为皮带轮转动起来以后，物块在皮带轮上的时间长，相对皮带位移量大，摩擦力做功将比皮带轮不转动时多，物块在皮带右端的速度将小于皮带轮不动时，所以落在Q点左边，应选B选项.【错因】学生的错误主要是对物体的运动过程中的受力分析不准确.实质上当皮带轮逆时针转动时，无论物块以多大的速度滑下来，传送带给物块施的摩擦力都是相同的，且与传送带静止时一样，由运动学公式知位移相同.从传送带上做平抛运动的初速度相同，水平位移相同，落点相同.【正解】物块从斜面滑下来，当传送带静止时，在水平方向受到与运动方向相反的摩擦力，物块将做匀减速运动.离开传送带时做平抛运动.当传送带逆时针转动时物体相对传送带都是向前运动，受到滑动摩擦力方向与运动方向相反. 物体做匀减速运动，离开传送带时，也做平抛运动，且与传送带不动时的抛出速度相同，故落在Q点，所以A选项正确.【点悟】若此题中传送带顺时针转动，物块相对传送带的运动情况就应讨论了.（1）当v=v B物块滑到底的速度等于传送带速度，没有摩擦力作用，物块做匀速运动，离开传送带做平抛的初速度比传送带不动时的大，水平位移也大，所以落在Q点的右边.（2）当v0＞vB物块滑到底速度小于传送带的速度，有两种情况，一是物块始终做匀加速运动，二是物块先做加速运动，当物块速度等于传送带的速度时，物体做匀速运动。
机械能量守恒定律公式
机械能量守恒定律公式
1. 机械能量守恒定律内容。
- 在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。
2. 公式表达。
- 设物体的动能为E_k，重力势能为E_p，弹性势能为E_弹。
- 初始状态的机械能E_1=E_k1 + E_p1+E_弹1，末状态的机械能
E_2=E_k2+E_p2+E_弹2。
- 根据机械能守恒定律E_1 = E_2，即
E_k1+E_p1+E_弹1=E_k2+E_p2+E_弹2。
- 在只有重力做功的情况下（不涉及弹性势能），公式可简化为
E_k1+E_p1=E_k2+E_p2，进一步展开：(1)/(2)mv_1^2+mgh_1=(1)/(2)mv_2^2+mgh_2（其中m为物体质量，v为速度，h为物体相对参考平面的高度）。
- 在只有弹簧弹力做功的系统中（不考虑重力势能变化），设弹簧的劲度系数为k，弹簧形变量为x，初始弹性势能E_弹1=(1)/(2)kx_1^2，末态弹性势能
E_弹2=(1)/(2)kx_2^2，如果系统动能分别为E_k1和E_k2，根据机械能守恒定律
E_k1+(1)/(2)kx_1^2=E_k2+(1)/(2)kx_2^2。
功能原理 机械能守恒定律
``````
2GmE RE
2
2 gRE
E 0
第二宇宙速度
11.2km/s
4 – 5
功能原理
机械能守恒定律
3） 飞出太阳系 第三宇宙速度 第三宇宙速度 v3 ，是抛体脱离太阳引力所需的 最小发射速度 .
h
v
设
地球质量 mE , 抛体质量 m , 地球半径 RE , 太阳质量 mS , 抛体与太阳相距 RS .
2. 公式推导：
由质点系动能定理：
A外 A内 EK EK 0＝EK
4 – 5
功能原理
机械能守恒定律
由质点系动能定理：
A外 A内 EK EK A内保＋A内非
则 又
A外＋A内保＋A内非＝EK－EK 0＝EK
A内保 E p
即保守内力作的功等于质点系势能增量的负值.
3、功能原理与动能定理并无本质的区别。它们的区别
仅在于功能原理中引入了势能而无需考虑保守内力的功，这正 是功能原理的优点；因为计算势能增量常比直接计算功方便。
4 – 5
二
功能原理
机械能守恒定律
机械能守恒定律 (law of conservation of mechanical energy) 由质点系的功能原理
4 – 5
功能原理
机械能守恒定律
作 业：
4.5.1 ， 4.5.3.
4 – 5
四 宇宙速度
功能原理
机械能守恒定律
牛顿的《自然哲学的数学原理》插图，抛体 的运动轨迹取决于抛体的初速度
4 – 5
功能原理
机械能守恒定律
1） 人造地球卫星 第一宇宙速度 第一宇宙速度 v1，是在地面上发射人造地球卫星 所需的最小速度 . 设 地球质量
机械能守恒定律1
斜面实验
总结词
通过测量小球在斜面上滚动时的动能和势能 变化，可以验证机械能守恒定律。
详细描述
在斜面实验中，将小球置于有一定倾角的光 滑斜面上，释放小球使其自由滚动。通过测 量小球滚动的高度和速度，可以计算出滚动 过程中的动能和势能变化。如果实验条件理 想，那么滚动过程中的动能和势能之和应保 持不变，从而验证了机械能守恒定律。
适用范围一
只适用于只有重力或弹力 做功的情形。
适用范围二
适用于封闭系统，即系统 与外界没有能量交换。
适用范围三
适用于理想状态，即忽略 摩擦力、阻力等因素的影 响。
02
机械能守恒定律的证明
证明方法一：利用牛顿第二定律和功能原理
总结词
通过分析物体受力情况和运动过程，结合牛顿第二定律和功能原理，推导机械能守恒的条件和结论。
03
机械能守恒定律的应用
自由落体运动
总结词
在忽略空气阻力的情况下，自由落体运动满足机械能守恒定 律。
详细描述
自由落体运动是指物体仅受重力作用，从静止开始下落的运 动。在自由落体运动中，物体的动能和势能之间相互转化， 总机械能保持不变。
弹性碰撞
总结词
弹性碰撞过程中，机械能守恒定律成立。
详细描述
弹性碰撞是指碰撞过程中没有能量损失，能量仅在相互作用的物体之间转移。在 弹性碰撞中，碰撞前后的动能和势能之和保持不变，满足机械能守恒定律。
THANKS
感谢观看
单摆实验
总结词
通过观察单摆在摆动过程中的动能和势 能变化，可以验证机械能守恒定律。
VS
详细描述
在单摆实验中，将小球悬挂并释放，观察 其摆动过程。通过测量小球摆动的高度和 速度，可以计算出摆动过程中的动能和势 能变化。如果实验条件理想，即没有空气 阻力和摩擦力等能量损失，那么摆动过程 中的动能和势能之和应保持不变，从而验 证了机械能守恒定律。
大学物理机械能守恒定律
弹性碰撞中，两物体之间的相互作用力是保守力，因此系统机械能守恒。通过分析碰撞前 后的速度、动量等物理量，可以求解碰撞过程中的能量转化和损失情况。
03 弹性碰撞中机械能守恒
Байду номын сангаас
完全弹性碰撞过程描述
碰撞前后动能守恒
在完全弹性碰撞中，两个物体碰撞前后的总动能保持不变。
碰撞前后动量守恒
同时，两个物体碰撞前后的总动量也保持不变。
例题3
一质量为 $m$ 的匀质球体，半径为 $R$， 绕通过其中心且与球面垂直的轴以角速度 $omega$ 转动。若在球面上挖去一个质 量为 $Delta m$ 的小球体，求剩余部分 的动能和势能变化。
06 振动系统中机械能守恒
简谐振动过程中能量转化关系
简谐振动中，动能和势能不断相 互转化，但总机械能保持不变。
在平衡位置，动能最大，势能最 小；在最大位移处，动能最小，
势能最大。
简谐振动的能量与振幅的平方成 正比。
受迫振动和共振现象中能量传递特点
受迫振动中，驱动力的频率接 近系统固有频率时，振幅显著 增大，能量传递效率提高。
共振现象是系统固有频率与外 界驱动力频率相等时发生的， 此时能量传递效率最高。
在共振现象中，系统的振幅达 到最大值，能量在驱动力和系 统之间高效传递。
典型例题分析
例题1
一弹簧振子在光滑水平面上做简谐振动，分析其在振动过程中的能 量转化关系。
例题2
一单摆受到周期性驱动力作用，分析其在受迫振动过程中的能量传 递特点。
例题3
一RLC振荡电路在共振状态下工作，分析电路中的能量转化和传递过 程。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
高一物理必修件机械能守恒定律(1)
03
解题思路
静力学问题中，首先要明确研究对象及受力情况，然后根据平衡条件列
方程求解。在解题过程中，要注意分析能量的分布和守恒条件。
运动学问题典型例题解析
例题1
解析匀变速直线运动问题，探讨物体在匀变速直线运动中的速度、位移等运动学量之间的 关系及能量转化。
例题2
分析抛体运动问题，研究物体在抛体运动中的速度、位移等运动学量之间的关系及能量守 恒。
2. 动能和势能的转化情况与理论预测相符。
实验结果讨论与改进方向 01
改进方向
02
1. 采用更精确的测量设备，如光 电计时器等，提高实验精度。
2. 优化实验装置，减小摩擦力和 空气阻力的影响。
03
3. 对实验数据进行更详细的分析 和处理，进一步探究机械能守恒
定律的适用条件。
04
THANKS
感谢观看
高一物理必修件机械 能守恒定律
汇报人：XX 20XX-01-25
目 录
• 机械能守恒定律基本概念 • 动力学问题中机械能守恒应用 • 静力学问题中机械能守恒应用 • 运动学问题中机械能守恒应用 • 典型例题解析与思路拓展 • 实验探究：验证机械能守恒定律
01
机械能守恒定律基本概念
机械能定义与分类
02
实验步骤
03
1. 安装实验装置，包括打点计时器、纸带、重锤等。
04
2. 将纸带穿过打点计时器，固定在重锤上。
05
3. 打开打点计时器，释放重锤，让其自由下落。
06
4. 记录纸带上的点迹，测量点迹间的距离。
数据处理方法和误差分析
数据处理方法 1. 根据纸带上的点迹计算重锤的下落时间。
2. 测量不同时刻重锤的下落高度和速度。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
思维•能力•训练
在验证机械能守恒的定律时，如果以 v2/2为纵轴，根据实验数据绘出的v2/2-h 图线应是________________ 过原点O的倾斜直线 ，才能验证机 械能守恒，v2/2-h图的斜率等于
重力加速度g 的数值。 _____________
(4)重复几次，得3—5条纸带。
(5)在打好点的纸带中挑选点迹清晰的一条纸带， 在起始点标上O ，以后各依次标上1、2、3„.. 用刻度尺测出对应高度h1、h2、h3„„
第一个间隔，一定要求是2mm左右吗
实验步骤
(6)应用公式 计算各点对应的速度 v1、v2、v3...
(7)计算各点对应的势能减少量和 动能的增加量进行比较。
思维•能力•训练
在“验证机械能守恒”的实验中，已知打点记 时器所用的电源的频率50Hz，查得当地重力加速度 为g=9.8m/s2,测得所用的重物的质量为1.00kg。实 验中得到一条如图所示点迹清晰的纸带，把第一个 点记作O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的 点，经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别 为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm，根据以 上数据，可知重物由O点运动到C点，重力势能的减 7.62 焦，动能的增加量等于______ 7.57 焦 少量等于______ (取3位有效数字)。
2
0 1 3 4
时刻的即时速度vt，即可验证
机械能守恒定律。
实验原理
0 1 d2
3、测定第n点的即时速度的方法 是：测出第n点的相邻的前、后两
段相等时间T内下落的距离由下列
公式算出：
2
S3 3 d4
S n S n 1 vn 2T
d n 1 d n 1 或vn 2T
S4 4
实验仪器 铁架台（带铁夹）、打点记时器、重
锤（带纸带夹子）、纸带几条、复写纸片、
导线、直尺、学生电源
实验步骤
(1)按图把打点记时器安装在铁架台 上，用导线把打点记时器与学生电源 连好。
(2)把纸带的一端在重锤上用架子固定好，另一
端穿过记时器限位孔，用手竖直提起纸带使重锤 停靠在打点记时器附近。
实验步骤
(3)先接通电源，后松手让重锤带着 纸带下落。
思维•能力•训练
为进行《验证机械能守恒》实验，有下
列器材可选用：铁架台、打点记时器、复写
纸、纸带、秒表、低压直流电源、导线、电
秒表、天平 键、天平，其中不必的器材是____________ 、低压直流电源 低压交流电源 ________________; 缺少的器材是______
、刻度尺、重物 __________________ 。
实验目的
验证物体做自由落体运动过程中
机械能守恒。
实验原理
0 1
1、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相互转化，但 总的机械能守恒，若物体某时刻即时 速度为v，下落高度为h，恒有：
2
3
1 2 mv mgh 2
4
实验原理 2、借助打点记
（1）实验中打点记时器的安装，两纸带限位 孔必须在同一竖直线上，以减少摩擦力． （2）实验时，必须先接通电源，让打点记时 器工作正常后才松开纸带让重锤下落． （3）打点记时器必须接50Hz交流低压电源. （4）必须保留纸带上打出点迹的第一点,且 第1、2点间距约为2mm的纸带误差小。 （5）实验中，只要验证gh是否等于v2/2即可， 不用测重锤的质量。 误差分析：由于重锤克服阻力作功，所 以动能增加量略小于重力势能减少量。