機械能守恒

機械能守恒

一種物理定律
機械能:重力勢能、彈性勢能和動能統稱為機械能。隻有在重力(或彈簧彈力)做功的情形下,物體的重力勢能(或彈性勢能)和動能發生相互轉化,但總機械能保持不變。機械能守恒條件是:隻有系統内的彈力或重力所做的功。【即忽略摩擦力造成的能量損失,所以機械能守恒也是一種理想化的物理模型】,而且是系統内機械能守恒。[1]做正功,系統的機械能就增加,做做多少正功,系統的機械能就增加多少;做負功,系統的機械能就減少,做多少負功,系統的機械能就減少多少。
  • 中文名:機械能守恒
  • 外文名:
  • 别名:
  • 表達式:
  • 提出者:
  • 适用領域:物理
  • 英文名:conservation of mechanical energy
  • 所屬學科:物理
  • 守恒條件:隻有重力或彈力做功,或系統的外力和非保守内力做功和為零。

機械能守恒

物體的動能和勢能之和稱為物體的機械能,勢能可以是引力勢能,彈性勢能,庫倫勢等。例如:隻有在重力(或彈簧的彈力)做功的情形下,物體的重力勢能(或彈性勢能)和動能發生相互轉化,但總機械能保持不變。

質點或質點系在勢力場(見保守系統)中運動時,其動能和勢能之和保持為常量。動能和勢能之和稱為機械能,故稱機械能守恒。

守恒條件

隻有重力或彈力做功,或系統的外力和非保守内力做功和為零。

表達式

重力勢能為與物體位置相關的能量,重力勢能具有相對性。表達式為 Ep=mgh 其中,m為質量,單位千克;g為重力常數,9.8N/kg;h為高度,物體相對于勢能參照面的高度(具有相對性,勢能參考面選擇不同,則h不同),單位米。需要注意的是,h的數值具有相對性,但是對于一個運動過程來說,初始位置和最終位置的Δh是代數值,沒有相對性。

彈性勢能為(胡克定律的表達式為f=kx,其中k是勁度系數,x是物體的形變量。在國際單位制中,f的單位是牛,x的單位是米,它是形變量(彈性形變),k的單位是牛/米。勁度系數在數值上等于彈簧伸長(或縮短)單位長度時的彈力)

守恒方法

(1)做功條件分析法:

當發生動能與重力勢能的轉化時,隻有重力做功,當發生動能與彈性勢能的轉化時,隻有彈力做功,其他力均不做功,則系統的機械能守恒。

(2)能量轉換分析法:

若隻有系統内物體間動能和重力勢能及彈性勢能的轉化,系統跟外界沒有發生機械能的傳遞,機械能也沒有轉化成其他形式的能(如沒有内能的增加,比如溫度升高),則系統的機械能守恒。

(3)增減情況分析法:

若系統的動能與勢能均增加或均減少,則系統的機械能不守恒:若系統的動能或勢能不變,而勢能或動能卻發生了變化,則系統的機械能不守恒:若系統内各個物體的機械能均增加或均減少,則系統的機械能也不守恒。

注意:在判斷機械能是否守恒時,一定要先選定系統(看清題目說定的系統)。

有兩種情況:

1.如果将産生彈力的的東西(比如說彈簧,下同)算作系統内的,那麼機械能守恒。

2.如果将彈簧算作系統外的,那麼機械能不守恒。此時彈簧的彈力對物體做功,使物體(系統)的動能和重力勢能有所改變。

例如,彈簧懸挂的小球。(高中物理練習中經常出錯的問題)

如果将小球和彈簧看成一個整體系統,則系統機械能是守恒的。

小球的機械能是不守恒。(平常大家說某物體的機械能,實質上是把物體與地球當做一個系統,是一種簡便說法。 因為重力勢能是物體與地球所共有的。)

另外,對一些繩子突然繃緊、物體間碰撞等問題機械能一般不守恒,除非題目中有特别說明或暗示。

機械能守恒定律的兩種表示

    在隻有重力、彈力做功的情況下,系統的動能和兩種勢能發生相互轉化,機械能的總量保持不變。如果沒有摩擦和其它的介質外力,系統隻發生動能和兩種勢能的相互轉化shif時,機械能的總量保持不變

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