高中物理新课标版人教版选修1-2课件：2《能量守恒定律》 28页

2.1《能量守恒定律》 教学目标 § 知识与能力： § （1）理解量守恒定律，能列举出量守恒定律的 实例； § （2）理解“永动机”不能实现的原理。 § （３）让学生初步学会运用量守恒定律计算一些 简单的内能和机械能相互转化的问题。 § （４）量守恒定律是自然科学的基本定律之一， 应用量守恒的观点来分析物理现象、解决物理问 题是很重要的物理思维方法。 § 二、重点、难点分析　 § 1．重点内容是量守恒定律，强调量守恒定律是 自然科学中最基本定律。 § 学习运用量守恒原理计算一些物理习题。 § 2．运用量守恒定律对具体的自然现象进行分析， 说明能是怎样转化的，对学生来说是有难度的。　 § 三、教 具　 § 幻灯、幻灯片，其内容是： § 1．反映电能、机械能、化学能与内能相互转化 的实例插图。 § 2．反映自然界各种形式能相互转化的实例插图。 § 3．历史上有人设计的“永动机”插图。 对与一个与自然界无任何联系的系统来说, 系统 内各种形式的能量是可以相互转换的，但是不论如何 转换，能量既不能产生，也不能消灭，这一结论叫做 能量守恒定律 . 教学过程 一 能量守恒定律 迈尔 焦耳 亥姆霍兹 1.定义 力对质点所作的功为力在质点位移方向的分 量与位移大小的乘积 . （功是标量，过程量） 0d,900  W rFW dcosd  0d,18090  W rF  d 二 功 0dd90  WrF   F rd  iF  ir d B * i 1dr * 1 A 1F  力的空间累积效应: WrF   ，动能定理.对 积累   B A B A rFrFW dcosd  合力的功 = 分力的功的代数和     i iii WrFrFW  dd   zFyFxFW zyx ddd zyx WWWW  cosF Ar Brrd r o 变力的功 rFW  dd  kzjyixr ˆdˆdˆdd  kFjFiFF zyx ˆˆˆ   功的大小与参照系有关 mN1J1  功的单位 t WP    平均功率 瞬时功率 v       F t W t WP t d dlim 0 cosvFP  功率的单位 （瓦特） W10kW1 31sJ1W1  下列各物理量中，与参照系有关的物理量 是哪些？ （不考虑相对论效应） 1）质量 2）动量 3）冲量 4）动能 5）势能 6） 功 讨 论 答：动量、动能、功 . 0d   zmgW kzjyixr ˆdˆdˆdd  )( AB mgzmgz  kmgF ˆ  zmgrFW B A z z B A dd    A B Az Bz mg o x y z 1） 重力作功 2 保守力作功的计算 0d   xkxW ikxF ˆ    B A B A x x x x xkxxFW dd ) 2 1 2 1( 22 AB kxkxW  Ax Bx F  x o 2） 弹性力作功 r r mmGF ˆ' 2    B A rr r mmGrFW  dˆ'd 2 3） 万有引力作功 以 为参考系， 的位置矢量为 . rm'm )(tr )d( ttr  rdm O 'm A B 对 的万有引力为'm m m由 点移动到 点时 作功为 F  A B        )'()'( AB r mmG r mmGW   B A r r r r mmGW d' 2   B A rr r mmGrFW  dˆ'd 2 dr )(tr )d( ttr  rdm O 'm A B )(tr )d( ttr   rd 0d' 2   r r mmGW cos||1ˆ rdrdr   保守力: 力所作的功与路径无关，仅决定于相 互作用质点的始末相对位置 . 3 保守力和非保守力 ) 2 1 2 1( 22 AB kxkxW         )'()'( AB r mmG r mmGW )( AB mgzmgzW 重力功 弹力功 引力功 A B C D 非保守力: 力所作的功与路径有关 .（例如摩擦力） 物体沿闭合路径运动 一周时, 保守力对它所作的功等于零 . 0d l rF  A B C D   ADBACB rFrF  d d 三 势能 势能 与物体间相互作用及相对位置有关的能量 . P1p2p )( EEEW  保守力的功 弹性势能 2 p 2 1 kxE  引力势能 r mmGE ' p  重力势能 mgzE p ) 2 1 2 1( 22 AB kxkxW  弹力功        )'()'( AB r mmG r mmGW 引力功 )( AB mgzmgzW  重力功 势能具有相对性，势能大小与势能零点的选取有关 . ),,(pp zyxEE  势能是状态函数    0 ),,(p p0 d),,( E zyx rFzyxE 00p E令 势能是属于系统的 . 讨论 势能计算 pp0p )( EEEW  1 质点的动能定理 2 1 2 2 2 1 2 1 vv mm  )()(d vmdvrd dt vmdrFW     动能定理 k1k2 EEW  合外力对质点所作的功, 等于质点动能的增量 . 功和动能都与 参考系有关；动能定理 仅适用于惯性系 . 注意 四 动能定理 功能原理 dvvd  cos||  cos||  vdv   2 1 dv v vvm 质点系的动能定理 质点系动能定理 0kk inex EEWW  1m 2m im ex iF  in iF  内力可以改变质点系的动能注意 内力功外力功 0kk0kk inex EEEEWW i i i i i i i i   对质点系，有 0kk inex iiii EEWW  对第 个质点，有i )()( 0p0kpk in nc ex EEEEWW  机械能 pk EEE  质点系动能定理 0kk inex EEWW  非保守 力的功 in nc in c inin WWWW i i  )()( 0pp0pp in c EEEEW i i i i   0 in nc ex EEWW  质点系的功能原理 质点系机械能的增量等于 外力和非保守内力作功之和 . 2 功能原理 pk EE )( 0pp0kk EEEE  当 0in nc ex WW 0EE 时，有 )()( 0p0kpk in nc ex EEEEWW  功能原理 3 机械能守恒定律 机械能守恒定律 只有保守内力作功的情况下， 质点系的机械能保持不变 . 守恒定律的意义 不究过程细节而能对系统的状态下结论，这是 各个守恒定律的特点和优点 . 如图的系统，物体 A，B 置于光滑的桌面上， 物体 A 和 C, B 和 D 之间摩擦因数均不为零，首 先用外力沿水平方向相向推压 A 和 B， 使弹簧压 缩，后拆除外力， 则 A 和 B 弹开过程中， 对 A、 B、C、D 组成的系统 讨论 （A）动量守恒，机械能守恒 . （B）动量不守恒，机械能守恒 . （C）动量不守恒，机械能不守恒 . （D）动量守恒，机械能不一定守恒 . D B C A D B C A d ddd t t rF sFrFW    dd MW   2 1 d   MW力矩的功 1 力矩作功 力的空间累积效应 力的功,动能,动能定理. 力矩的空间累积效应 力矩的功,转动动能,动能定理.  M t M t WP  d d d d2 力矩的功率 o r v F  x tF  rd d 五 刚体转动的动能定理 2 1 2 2 2 1 2 1d2 1    JJMW   三 转动动能 2 2 1 ii i k mE v 四 刚体绕定轴转动的动能定理  2 1 d   MW 合外力矩对绕定轴转动的刚体所作的功等于刚体 转动动能的增量 . 222 2 1)( 2 1  Jrm ii i     2 1 1 1 dd d d      J t J v o  v o 'o m p T  R 圆 锥 摆 子 弹 击 入 杆 o v 以子弹和杆为系统 机械能不守恒 . 角动量守恒； 动量不守恒； 以子弹和沙袋为系统 动量守恒； 角动量守恒； 机械能不守恒 . 圆锥摆系统 动量不守恒； 角动量守恒； 机械能守恒 . 讨 论 子 弹 击 入 沙 袋 细 绳 质 量 不 计 例：一根质量为m，长为l的均匀细棒OA，可绕通过 其一端的光滑轴O在竖直平面内转动，使棒从水平位 置开始自由下摆，求细棒摆到竖直位置进其中心点C 和端点A的速度。 o l m v  c A 质点运动 刚体定轴转动 速度 角速度 加速度 角加速度 力 力矩 质量　 m 转动惯量 动量 角动量 牛顿定律 转动定律 质 点 运 动 与 刚 体 定 轴 转 动 对 照 dtrdv /  dtd /  vmP   dtd /  F  M  dmrJ  2   JL  dtvda /  amF   dt PdF   amF   dt PdF   质点运动 刚体定轴转动 动量定理 角动量定理 动能 转动动能 功 力矩的功 动能定理 转动动能定理 12  JJdtM   12 vmvmdtF   2 2 1 mv 2 2 1 J rdFW    dMW   2 1 2 2 2 1 2 1 vv mmW  2 1 2 2 2 1 2 1  JJW  作业： 预习题： 略 3. 伽利略变换与洛仑兹变换的区别与联系？ 1. 经典力学的时空观？ 2. 爱因斯坦的两个基本假设？