高中物理經(jīng)典課件機(jī)械能守恒定律1

高中物理經(jīng)典課件機(jī)械能守恒定律CATALOGUE目錄機(jī)械能守恒定律基本概念動(dòng)能定理與機(jī)械能守恒關(guān)系重力場(chǎng)中機(jī)械能守恒問(wèn)題探討彈性碰撞中機(jī)械能守恒現(xiàn)象研究非保守力作用下系統(tǒng)機(jī)械能變化情況分析典型例題解析與思路拓展機(jī)械能守恒定律基本概念01物體具有的動(dòng)能和勢(shì)能之和稱為機(jī)械能。機(jī)械能定義機(jī)械能可以分為動(dòng)能和勢(shì)能兩大類，其中勢(shì)能又可以分為重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能。機(jī)械能分類機(jī)械能定義與分類只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能與勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變。機(jī)械能守恒定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為E1=E2，即系統(tǒng)初狀態(tài)的機(jī)械能等于末狀態(tài)的機(jī)械能。守恒條件及表達(dá)式表達(dá)式守恒條件系統(tǒng)內(nèi)力物體系統(tǒng)內(nèi)各物體間的相互作用力稱為內(nèi)力。在機(jī)械能守恒定律中，內(nèi)力做功不影響系統(tǒng)機(jī)械能的變化。系統(tǒng)外力物體系統(tǒng)以外的物體對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的物體施加的力稱為外力。在機(jī)械能守恒定律中，外力做功將改變系統(tǒng)機(jī)械能的大小。如果外力做功為零，則系統(tǒng)機(jī)械能守恒。系統(tǒng)內(nèi)外力分析動(dòng)能定理與機(jī)械能守恒關(guān)系02動(dòng)能定理定義合外力對(duì)物體所做的功等于物體動(dòng)能的變化。動(dòng)能定理表達(dá)式$W_{合}=DeltaE_k=frac{1}{2}mv^2-frac{1}{2}mv_0^2$，其中$W_{合}$是合外力做的功，$DeltaE_k$是動(dòng)能變化量，$m$是物體質(zhì)量，$v$是物體末速度，$v_0$是物體初速度。動(dòng)能定理意義揭示了物體動(dòng)能變化與合外力做功之間的定量關(guān)系。動(dòng)能定理回顧彈性勢(shì)能物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能量，表達(dá)式為$E_{彈}=frac{1}{2}kx^2$，其中$k$是彈簧勁度系數(shù)，$x$是彈簧形變量。重力勢(shì)能物體由于被舉高而具有的能量，表達(dá)式為$E_p=mgh$，其中$m$是物體質(zhì)量，$g$是重力加速度，$h$是物體相對(duì)于參考平面的高度。動(dòng)能與勢(shì)能轉(zhuǎn)化在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能與勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變。動(dòng)能與勢(shì)能轉(zhuǎn)化關(guān)系機(jī)械能守恒定律在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能與勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變。表達(dá)式為$DeltaE_k+DeltaE_p=0$或$E_{k1}+E_{p1}=E_{k2}+E_{p2}$。機(jī)械能守恒條件只有重力或彈力做功，其他力不做功或做功的代數(shù)和為零。機(jī)械能守恒在動(dòng)能定理中應(yīng)用在解決某些復(fù)雜問(wèn)題時(shí)，可以先應(yīng)用動(dòng)能定理求出某個(gè)過(guò)程的動(dòng)能變化量，再結(jié)合機(jī)械能守恒定律求出其他相關(guān)物理量。例如，在求解彈性碰撞、天體運(yùn)動(dòng)等問(wèn)題時(shí)，可以運(yùn)用此方法簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程。機(jī)械能守恒在動(dòng)能定理中應(yīng)用重力場(chǎng)中機(jī)械能守恒問(wèn)題探討03

自由落體運(yùn)動(dòng)中的機(jī)械能守恒機(jī)械能守恒條件在自由落體運(yùn)動(dòng)中，只有重力做功，滿足機(jī)械能守恒條件。重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能物體下落過(guò)程中，重力勢(shì)能逐漸減小，動(dòng)能逐漸增大，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。定量關(guān)系物體下落的高度與速度的平方成正比，即v2=2gh，其中v為物體速度，g為重力加速度，h為物體下落的高度。在斜面滑行過(guò)程中，如果存在摩擦力，則機(jī)械能不守恒。機(jī)械能不守恒情況物體沿斜面下滑時(shí)，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能和摩擦生熱。重力勢(shì)能和動(dòng)能轉(zhuǎn)化物體在斜面上滑行時(shí)，其機(jī)械能損失等于摩擦力所做的功，即ΔE=fs，其中ΔE為機(jī)械能損失，f為摩擦力，s為物體在斜面上滑行的距離。定量關(guān)系斜面滑行過(guò)程中機(jī)械能變化分析在復(fù)雜場(chǎng)景下，需要分析物體經(jīng)歷的多個(gè)過(guò)程，判斷每個(gè)過(guò)程中重力勢(shì)能的變化。多過(guò)程分析功能關(guān)系定量計(jì)算根據(jù)功能關(guān)系，重力勢(shì)能的變化等于重力所做的功。通過(guò)計(jì)算物體在重力作用下移動(dòng)的距離和重力的大小，可以定量計(jì)算出重力勢(shì)能的變化。030201復(fù)雜場(chǎng)景下重力勢(shì)能變化判斷彈性碰撞中機(jī)械能守恒現(xiàn)象研究04在完全彈性碰撞中，兩個(gè)物體碰撞前后的總動(dòng)量保持不變。碰撞前后動(dòng)量守恒完全彈性碰撞中，兩個(gè)物體碰撞前后的總動(dòng)能也保持不變。碰撞前后動(dòng)能守恒完全彈性碰撞的恢復(fù)系數(shù)等于1，表示碰撞后兩物體能夠完全恢復(fù)原狀?；謴?fù)系數(shù)等于1完全彈性碰撞過(guò)程分析非完全彈性碰撞中，兩個(gè)物體碰撞前后的總動(dòng)量仍然保持不變。動(dòng)量仍然守恒與完全彈性碰撞不同，非完全彈性碰撞中兩個(gè)物體碰撞前后的總動(dòng)能不守恒，會(huì)有部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。動(dòng)能不守恒非完全彈性碰撞的恢復(fù)系數(shù)小于1，表示碰撞后兩物體不能完全恢復(fù)原狀。恢復(fù)系數(shù)小于1非完全彈性碰撞過(guò)程比較在碰撞過(guò)程中，由于物體間的相互作用力做功，使得部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，從而造成能量損失。能量損失原因能量損失可以通過(guò)計(jì)算碰撞前后兩物體的動(dòng)能差來(lái)得到。具體地，能量損失等于碰撞前的總動(dòng)能減去碰撞后的總動(dòng)能。能量損失計(jì)算能量損失的大小與物體的材料、形狀、碰撞速度等因素有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，材料越硬、形狀越規(guī)則、碰撞速度越大，能量損失就越小。影響因素碰撞過(guò)程中能量損失計(jì)算非保守力作用下系統(tǒng)機(jī)械能變化情況分析0503摩擦力對(duì)系統(tǒng)機(jī)械能守恒影響在只有重力或彈力做功的系統(tǒng)中，摩擦力做功會(huì)導(dǎo)致機(jī)械能不守恒。01摩擦力做功與路徑有關(guān)摩擦力做功與物體運(yùn)動(dòng)路徑長(zhǎng)度成正比，因此摩擦力會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)機(jī)械能減少。02滑動(dòng)摩擦力與靜摩擦力區(qū)別滑動(dòng)摩擦力做功會(huì)導(dǎo)致機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而靜摩擦力則不會(huì)引起機(jī)械能變化。摩擦力對(duì)系統(tǒng)機(jī)械能影響研究空氣阻力做功與路徑有關(guān)空氣阻力做功與物體運(yùn)動(dòng)路徑長(zhǎng)度成正比，因此空氣阻力會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)機(jī)械能減少。空氣阻力對(duì)拋體運(yùn)動(dòng)影響空氣阻力會(huì)使拋體運(yùn)動(dòng)軌跡偏離理想拋物線，同時(shí)導(dǎo)致機(jī)械能減少?？諝庾枇εc速度關(guān)系空氣阻力與物體運(yùn)動(dòng)速度的平方成正比，因此速度越大，空氣阻力對(duì)機(jī)械能影響越顯著。空氣阻力對(duì)運(yùn)動(dòng)物體影響探討電磁力對(duì)系統(tǒng)機(jī)械能影響01電磁力是非保守力，其做功會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)機(jī)械能發(fā)生變化。例如，在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中受到安培力作用，導(dǎo)致導(dǎo)體棒動(dòng)能和重力勢(shì)能發(fā)生變化。爆炸力對(duì)系統(tǒng)機(jī)械能影響02爆炸力是非保守力，其做功會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)機(jī)械能瞬間增加。例如，在炸彈爆炸過(guò)程中，爆炸力對(duì)周圍物體做功，使物體獲得動(dòng)能和勢(shì)能?；瘜W(xué)能對(duì)系統(tǒng)機(jī)械能影響03化學(xué)反應(yīng)釋放的能量可以轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)機(jī)械能。例如，火箭發(fā)射過(guò)程中，燃料燃燒釋放的化學(xué)能通過(guò)噴出的高速氣體對(duì)火箭做功，使火箭獲得動(dòng)能和重力勢(shì)能。其他非保守力作用下系統(tǒng)機(jī)械能變化實(shí)例典型例題解析與思路拓展06確定研究對(duì)象分析運(yùn)動(dòng)過(guò)程判斷機(jī)械能是否守恒列方程求解簡(jiǎn)單系統(tǒng)機(jī)械能守恒問(wèn)題求解方法選取單個(gè)物體或多個(gè)物體組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象。根據(jù)機(jī)械能守恒條件（只有重力或彈力做功）判斷機(jī)械能是否守恒。明確研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，包括初、末狀態(tài)的速度、高度等。根據(jù)機(jī)械能守恒定律列方程，求解未知量。分析受力情況分析系統(tǒng)內(nèi)各物體間的相互作用力，判斷是否有非保守力做功。判斷機(jī)械能變化情況根據(jù)非保守力做功情況，判斷系統(tǒng)機(jī)械能的變化情況。列方程求解根據(jù)能量守恒定律列方程，求解未知量。復(fù)雜系統(tǒng)機(jī)械能變化情況判斷技巧明確研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，