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1、第2章 能的转化与守恒,第3节 能量守恒定律,22号 叶春花(龙海一中),物理必修二,复习:,1、本章我们学习了哪几种形式的能?,动能、重力势能和弹性势能,2、动能和势能如何表示?,一、机械能,1、概念:,动能、重力势能和弹性势能的统称。,总机械能为动能和势能之和。,2、表达式:,2、机械能是标量,具有相对性:,先选取参考平面和参考系才能确定机械能。(一般选地面为参考系),例一: 物体质量m=2kg在距地面10m高处,以10m/s的水平速度飞行,求它的总机械能为多少?,极限运动蹦极,2008奥运蹦床冠军何雯娜,二、机械能之间可以互相转化,1、重力势能和动能之间可以互相转化,2、弹性势能和动能之
2、间可以互相转化,3、重力势能和弹性势能之间可以互相转化,讨论:请同学们再各举一实例,演示实验一:,小球摆动实验,试分析: 1、小球受哪些力的作用? 2、哪些力对小球做功? 3、能量如何转化?,思考:小球能否到达最高点?,本实验借助,实验目的,验证机械能守恒定律,自由落体运动,实验原理,?,要证明上式是否成立,需要测量哪些物理量?,如何测量这些物理量?,测量这些物理量,需要哪些器材?,实验器材,重物、打点计时器、纸带、交流电源、铁架台、夹子、毫米刻度尺,实验步骤与操作,1、选择重物时,选轻一点的好还是重一点的好?为什么?,我们要求重物作自由落体运动,而阻力是不可避免地存在的,为了减少阻力对实验的
3、影响,应采用密度较大的重物。,实验步骤与操作,2、安装打点计时器时,应注意什么问题?,计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向,计时器要稳定在铁架台上,并将计时器伸出桌外。,3、这样做的目的是什么?,减小纸带与限位孔的摩擦带来的实验误差;保证重物有足够的下落空间,以便在纸带上能够打出较多的点,有利于进行计算。,实验步骤与操作,4、实验时,接通电源和释放纸带的顺序怎样?,先通电源,再释放纸带,5、释放纸带时应注意什么问题?,释放重物前,重物应靠近打点计时器,以便能打出较多的点。拉稳纸带的上端,确保重物由静止释放。,按如下实验步骤进行实验,按照课本所示装置安装打点计时器 将纸带穿过计时器,下端与重物相
4、连 接通电源,待计时器工作稳定后释放纸带 及时切断电源,取下纸带,标上纸带号 更换纸带,重复以上步骤 整理器材,使器材复位,实验步骤与操作,数据处理,讨论:如何选取纸带上的两点作为我们研究过程的起点和终点?,终点可选择倒数第一个点或倒数第二个点,从这一个点向前数46个点当起点,可以减小这两个点的瞬时速度以及两点之间距离(高度h)测量的误差。,数据处理,我们可以选取7、13两点,比较它们的机械能E7和E13,以点13为0势能参考点,则有: EK7mghEK13,验证:,计时器打下的第一个点作为起始点,适当大距离后选一个点作终点,数据处理,注意:必须保证纸带上的第一个点迹清晰,且是放手时打下的第一
5、个点。,数据处理,通过本实验,我们可以得到的结论是:,误差分析,因重物下落中要克服阻力做功,实验的动能增加量必定稍小于重力势能减少量,辨析,计算物体的速度,可有三种方法,第1种方法是根据机械能守恒定律得到的,而我们的目的就是验证机械能守恒定律,所以不能用 第2种方法认为加速度为g,由于各种摩擦阻力不可避免,所以实际加速度必将小于g,这样将得到机械能增加的结论,有阻力作用机械能应该是减少的,故这种方法也不能用,设物体在下落过程中只受重力作用。,由动能定理,得:,三、机械能守恒定律,1、推导:,由 得:,小球以初速度v0压缩弹簧,接触面光滑.,小球在压缩过程中,动能减小,弹簧发生形变,势能增加此过
6、程中只有弹簧的弹力做功,系统(小球和弹簧)的机械能保持不变,思考:小球的机械能变化如何?,2、机械能守恒定律,表达式:,在只有重力和弹力做功的系统内,系统的动能和势能发生互相转化,但总机械能保持不变。,3、机械能守恒定律成立的条件:,(1)系统内,只有重力和弹簧弹力做功。(除重力和弹簧弹力以外的力不做功或做功的代数和为零),(2)系统内,只有动能和势能的相互转化,并且转化量相等,1、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、起重机吊起物体匀速上升; B、物体做平抛运动; C、圆锥摆球在水平面内做匀速圆周运动; 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
7、动(以物体和弹簧为研究对象)。,A,2、下列关于机械能守恒的说法中正确的是: A、物体做匀速直线运动,它的机械能一定守 B、物体所受的合力的功为零,它的机械能一定恒 C、物体所受的合力于零,它的机械能可能守恒 D、物体所受的合力等于零,它的机械能一定守恒,C,例二: 把质量为m的石头从h高的山崖上以角向斜上方抛出,抛出时的初速度v0,求石头落地时的速度vt是多大?(不计空气阻力),解:由机械能守恒可得,例三: 用细线连接一个小球,绳长L,最大偏角。求小球到最低点的速度?,1820年 奥斯特发现电流的磁效应 电与磁的关系,四、能量守恒定律,1821年 德国物理学家塞贝克发现温差电现象 热和电的联
8、系,1831年 法拉第发现电磁感应现象 电和磁的联系,1840年 焦耳发现电流的热效应(电和热的联系) 1843年 焦耳测定了热功当量的数值力和热的联系,1842年 德国医生与物理学家迈尔表述了能量守恒定律,1847年 亥姆霍兹在理论上概括和总结能量守恒定律,能量守恒定律的内容,能量既不会消灭,也不会创生,它只会从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到另一个物体,而在转化和转移的过程中,能量的总量保持不变。这就是能量守恒定律。,确定能量守恒成立的两类重要事实依据:,1、永动机的不可能性 2、各种自然现象之间的相互联系,永动机:不需要任何外界动力而持续对外做功的机器,永动机,永动机是一种不
9、可能实现的、空想的动力机械。很早就有人妄图在没有外界能源或只有单一热源的情况下,能够连续不断地从这种机械得到有用的功。几个世纪过去了,不少人努力于此道,他们颇有创造才能,也付出了大量劳动,可就是从未取得成功,既没有取得有用的功,也经不起科学的审查。,奥恩库尔的永动机模型,阿基米德螺旋永动机,16世纪70年代,欧洲大旱,有人试图设计一种水力机械,少用水或让水自动循环来达到水轮机的目的。它是用一个阿基米德螺旋汲水器把水从蓄水池里汲到上面的水槽里,让它冲击水轮使之转动,轮子在带动水磨的同时,又通过一组齿轮带动螺旋汲水器把水重新提到水槽里去。这样,整台机械就可以永不停息地运转下去。这样的设计当然也必然以失败告终。因为即使没有摩擦力,从水槽中流下的水的冲力,也不足以既带动水磨工作,又带动汲水器把全部流下的水重新汲回到原来的高度。,练习1 下列对能的转化和守恒定律的认识正确的是 ( ) A 某种形式的能量减少,一定存在其他形式的能增加 B 某个物体的能减少,必然有其他物体的能增加 C 不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器永动机是不可能的 D 石子从空中落下,最后停止在地面上,说明机械能消失了,课堂小结,1、机械能,2、机械能守恒定律,概 念,表达式:,机械能是标量,具有相对性,机械能之间可以互相转化,定律内容,表达式,机械能守恒定律成立的条件:只有重力和弹簧弹力做功.,3、能量守恒定律,
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