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