表達式
機械能守恆定律
在只有重力或系統內彈力做功的物體系統內,物體的動能和勢能可以相互轉化,但機械能保持不變。
其數學表達式可以有以下兩種形式:
1.E機o=E機t(或mgho+1/2m(v o)^2=mght+1/2m(v t)^2)[這種形式必須先確定重力勢能的參考平面]
2.△Ek=-△Ep
守恆原理
當物體在運動過程中,如果
A(外)=0,A(非內保)=0
那么有
△E機=E(末)-E(初)=0 或 E(k1)+E(p1)=E(k0)+E(p0)
這就是說,如果一個系統內只有保守力作功,而其他內力和外力都不作功,則運動過程中系統內質點間動能和勢能可以相互轉換,但他們的總和(即總機械能)保持不變,這就是質點系的機械能守恆定律。
物體的動能和勢能統稱為機械能。
E機=Ep+Ek 或E=Ek+Ep+E彈
一個物體能做功就說這個物體具有能。
守恆條件
機械能守恆條件是:只有系統內的彈力或重力所做的功。【即忽略摩擦力造成的能量損失,所以機械能守恆也是一種理想化的物理模型】,而且是系統內機械能守恆。一般做題的時候好多是機械能不守恆的,但是可以用能量守恆,比如說把丟失的能量給補回來,
從功能關係式中的 W除G外=△E機 可知:更廣義的講機械能守恆條件應是除了重力之外的力所做的功為零。
當系統不受外力或所受外力之和為零,這個系統的總動量保持不變,叫動量守恆定律。
當只有動能和勢能(包括重力勢能和彈性勢能)相互轉換時,機械能才守恆。
區別聯繫
1、動能和動量的區別和聯繫
(1)聯繫:動能和動量都是描述物體運動狀態的物理量,都由物體的質量和瞬時速度V決定,物體的動能和動量的關係為
或
。
(2)區別:①動能是標量,動量是矢量。動能變化只是大小變化,而動量變化卻有三種情況:大小變化,方向變化,大小和方向均變化。一個物體動能變化時動量一定變化,而動量變化時動能不一定變化。②跟速度的關係不同:Ek=1/2 mv2,p=mv。③變化的量度不同,動能變化的量度是合外力的功,動量變化的量度是合外力的衝量。
變力做功
2、用動能定理求變力做功
在某些問題中由於力F大小的變化或方向變化,所以不能直接由W=Fscosα求出變力F做功的值,此時可由其做功的結果——動能的變化來求變力F所做的功。
全程考慮
3、用動能定理對全程考慮
在用動能定理解題時,如果物體在某個運動過程中包含有幾個運動性質不同的分過程(如加速、減速的過程),此時,可以分段考慮,也可對全程考慮。如能對整個過程列式則可能使問題簡化。在把各個力的功代入公式:W1+W2+…+Wn=1/2 mv末^2-1/2 mv初^2時,要把它們的數值連同符號代入,解題時要分清各過程中各個力做功的情況。
定理推論
4、機械能守恆定律的推論
根據機械能守恆定律,當重力以外的力不做功,物體(或系統)的機械能守恆。顯然,當重力以外的力做功不為零時,物體(或系統)的機械能要發生改變。重力以外的力做正功,物體(或系統)的機械能增加,重力以外的力做負功,物體(或系統)的機械能減少,且重力以外的力做多少功,物體(或系統)的機械能就改變多少。即重力以外的力做功的過程,就是機械能和其他形式的能相互轉化的過程,在這一過程中,重力以外的力做的功是機械能改變的量度,即WG外=E2-E1。
關係總結
做功的過程就是能量轉化的過程,功是能量轉化的量度。功和能的關係有以下幾種具體體現:
(1)動能定理反映了合外力做的功和動能改變的關係,即合外力做功的過程,是物體的動能和其他形式的能量相互轉化的過程,合外力所做的功是物體動能變化的量度,即W總=Ek2-Ek1。
(2)重力做功的過程是重力勢能和其他形式的能量相互轉化的過程,重力做的功量度了重力勢能的變化,即WG=Ep1-Ep2。
(3)重力以外的力做功的過程是機械能和其他形式的能轉化的過程,重力以外的力做的功量度了機械能的變化,即WG外=E2-E1
(4)作用於系統的滑動摩擦力和系統內物體間相對滑動的位移的乘積,在數值上等於系統內能的增量。即“摩擦生熱”:Q=F滑·s相對,所以,F滑·s相對量度了機械能轉化為內能的多少。
可見,靜摩擦力即使對物體做功,由於相對位移為零而沒有內能產生。
實驗驗證
1.物體做自由落體運動
一般以重錘從自由落體運動開始時刻(紙帶上的第一個點)到此後的某一適當時刻(紙帶上最後一個點之前的某點)進行研究。實驗時,先接通打點計時器電源再釋放紙帶,在打出的紙帶中,選取第一、二點間距最接近2mm的紙帶進行測量。測出第0點到第n點的距離L,則可知重錘重力勢能的減少量;打出這兩點的時間間隔為t=n/f(f是交流電的頻率),由勻變速直線運動平均速度的推論、平均速度的定義式及初速為0,可知打第n點時重錘的瞬時速度,重錘動能的增量。由於要比較是否相等的△Ep與△Ek都是m的倍數,所以本實驗不需要測量重錘的質量。
2.兩物體系統在豎直方向的勻加速運動
利用圖2所示實驗裝置,可驗證m、m(m