1.从能量转化的角度看,只有系统内动能和势能相互转化,无其它形式能量之间(如内能)转化;
2、机械能守恒定律
质量为m的物体自由下落过程中,经过高度h1的A点时速度为v1,下落至高度h2的B点处速度为v2,不计空气阻力,取地面为参考平面,试写出物体在A点时的机械能和B点时的机械能,并找到这两个机械能之间的数量关系。
A点
B点
根据动能定理,有
重力做功在数值上等于物体重力势能的减少量。
由以上两式可以得到
即
即
可见:在只有重力做功的物体系统内,动能和重力势能可以相互转化,而总的机械能保持不变。同样可以证明:在只有弹力做功的物体系统内,动能和弹性势能可以相互转化,总的机械能也保持不变。
(1)内容:在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能和弹性势能可以相互转化,而总的机械能保持不变。这就是机械能守恒定律。
(2)表达式:或
(3)机械能守恒条件的理解
1、动能与势能的相互转化
演示实验1:如图,用细线、小球、带有标尺的铁架台等做实验。把一个小球用细线悬挂起来,把小球拉到一定高度的A点,然后放开,小球在摆动过程中,重力势能和动能相互转化。我们看到,小球可以摆到跟A点等高的C点,如图甲。如果用尺子在某一点挡住细线,小球虽然不能摆到C点,但摆到另一侧时,也能达到跟A点相同的高度,如图乙。问题:这个小实验中,小球的受力情况如何?各个力的做功情况如何?这个小实验说明了什么?学生活动:观察演示实验,思考问题,选出代表发表见解。小球在摆动过程中受重力和绳的拉力作用。拉力和速度方向总垂直,对小球不做功;只有重力对小球能做功。
实验证明:小球在摆动过程中重力势能和动能在不断转化。在摆动过程中,小球总能回到原来的高度。可见,重力势能和动能的总和保持不变。即机械能保持不变。
演示实验2:如图,水平方向的弹簧振子。用弹簧振子演示动能和弹性势能的相互转化。
问题1:这个小实验中,小球的受力情况如何?各个力的做功情况如何?这个小实验说明了什么?
观察演示实验,思考问题。小球在往复运动过程中,竖直方向上受重力和杆的支持力作用,水平方向上受弹力作用。重力、支持力和速度方向总垂直,对小球不做功;只有弹簧的弹力对小球能做功。
实验证明:小球在往复运动过程中弹性势能和动能在不断转化。小球在往复运动过程中总能回到原来的高度,可见,弹性势能和动能的总和应该保持不变。即机械能保持不变。
总结:通过上述分析,我们得到动能和势能之间可以相互转化,那么在动能和势能的转化过程中,动能和势能的和是否真的保持不变?下面我们就来定量讨论这个问题。
我们已学习了重力势能、弹性势能、动能。我们把这三种形式的能量统称为机械能。
(1)定义:物体的动能和势能之和称为物体的机械能。机械能包括动能、重力势能、弹性势能。
(2)表达式:E=EK+EP
这些不同形式的能是可以相互转化的,那么在相互转化的过程中,他们的总量是否发生变化?这节课我们就来探究这方面的问题。
10.一列队伍长L= 120米,行进速度v = 4.8千米/小时,为了传达一个命令,通讯员从队伍排尾跑步赶到队伍排头,其速度 v’ = 3米/秒,然后又立即用跟队伍行进速度相同大小的速度返回排尾。求:
⑴通讯员从离开队伍到重回到排尾共用多少时间?
⑵通讯员归队处跟离队处相距多少?
课后作业:
9.一列长50m的队伍,其前进速度是2.5 m/s,经过一座全长100m桥,当队伍的第一个人踏上桥到队尾最后一个人离开桥时,总共需要的时间是多少?
8.物体做直线运动
①若前一半时间是速度为v1的匀速运动,后一半时间是v2的匀速运动,则整个运动平均速度是?
②若前一半路程是速度为v1的匀速运动,后一半路程是速度为v2的匀速运动,则整个运动平均速度是?
7.一质点沿直线运动,先以4m/s运动10s,又以6m/s运动了12m,全程平均速度是?
6.一个朝某方向做直线运动的物体,在t时间内的平均速度为v,紧接着t/2时间内的平均速度是v/2,则这段时间内的平均速度是多少?
5.一列火车沿平直轨道运行,先以10米/秒的速度匀速行驶15分,随即改以15米/秒的速度匀速行驶10分,最后在5分钟又前进1000米而停止,则该火车在前25分钟及整个30分内的平均速度各为多大?它最后通过2000米的平均速度是多大?
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