機械能守恒定理的概念
在只有重力或彈力做功的物體系統內(或則不受其他外力的作用下),物體系統的動能和勢能(包括重力勢能和彈性勢能)發生互相轉化,但機械能的總能量保持不變。這個規律稱作機械能守恒定理。
機械能守恒定理()是動力學中的基本定理,即任何物體系統。如無外力做功機械能守恒定律公式,系統內又只有保守力(見勢能)做功時,則系統的機械能(動能與勢能之和)保持不變。外力做功為零,表明沒有從外界輸入機械功;只有保守力做功,即只有動能和勢能的轉化,而無機械能轉化為其他能,符合這兩條件的機械能守恒對一切慣性參考系都組建。這個定理的簡化說法為:質點(或質點系)在勢場中運動時,其動能和勢能的和保持不變;或稱物體在重力場中運動時動能和勢能之和不變。這一說法蘊涵可以忽視不計形成勢力場的物體(如月球)的動能的變化。這只能在一些特殊的慣性參考系如月球參考系中才創立。如圖所示,若不考慮一切阻力與能量損失,滾擺只受重力作用,在此理想情況下,重力勢能與動能互相轉化,而機械能不變,滾擺將不斷上下運動。
機械能守恒定理守恒條件
機械能守恒條件是:只有系統內的彈力或重力所做的功?!炯春鲆暷ゲ亮σ鸬哪芰繐p失,所以機械能守恒也是一種理想化的數學模型】,并且是系統內機械能守恒。通常做題的時侯很多是機械能不守恒的,并且可以用能量守恒,譬如說把遺失的能量給補回去。
從功能關系式中的WF外=△E機可知:更廣義的機械能守恒條件應是系統外的力所做的功為零。
當系統不受外力或所受外力做功之和為零,這個系統的總動量保持不變,叫動量守恒定理。
當只有動能和勢能(包括重力勢能和彈性勢能)互相轉換時,機械能才守恒。
機械能守恒定理的三種表達式1.從能量守恒的角度
選定某一平面為零勢能面機械能守恒定律公式,系統末狀態的機械能和初狀態的機械能相等。
2.從能量轉化的角度
系統的動能和勢能發生互相轉化時,若系統勢能的降低量等于系統動能的降低量,系統機械能守恒。
3.從能量轉移的角度
系統中有A、兩個物體或更多物體,若A機械能的降低量等于機械能的降低量,系統機械能守恒。
以上三種表達式各有特征,在不同的情況下應選定合適的表達式靈活運用,不要屈從于某一種,這樣解題才會顯得簡單快捷。
典型例題解析
例1如圖所示,質量均為m的小球A、B、C,用兩根長為L的輕繩相連,放在高為h的光滑水平面上,L》h,A球剛越過桌邊,若A球、B球陸續下落著地后均不再大跌,求C球剛離開桌邊時的速率大小。
解析:
思路1:取地面為零勢能面,
設A球落地車速率為v1,從A球開始運動到落地的過程中,、B、C三球組成的系統機械能守恒,有:
設B球落地車速率為%從A球落地后到B球落地的過程中,B、c兩球組成的系統機械能守恒,有:
此速率就是C球離開桌邊時的速率.
這是從守恒的角度列式,分別寫出系統的初末狀態的動能和勢能,再列多項式求解,這些思路清晰明了,簡單易行,須要注意的是能量要一一弄清,不能丟三落四.
思路2:在A球落地的過程中,系統降低的勢能為,系統降低的動能為
由機械能守恒定理得:
在日球落地的過程中,系統降低的勢能mgh,系統降低的動能為
由機械能守恒定理得:
這是從勢能和動能轉化的角度列式,思路也很清晰,須要注意的是勢能的降低或動能的降低是系統的,而不是某個物體的.
機械能守恒定理公式匯總
做功:W=FS·COS??為力與位移的傾角
重力做功:GW=mgΔhΔh為物體初末位置的高度差
重力勢能:pE=mghh為物體的重心相對于零勢面的高度
重力做功和重力勢能變化的關系:GW=-ΔpE即重力做功與重力勢能的變化量相反
彈性勢能:
,L為彈簧的形變量
彈力做功與彈性勢能的關系:FW=-ΔpE即彈力做功與彈性勢能的變化量相反
動能定律:
,即合外力做功等于動能的變化量
合外力做功兩種求解方法:1)先求合外力合F,再求合F·S·COS?
2)先求各個分力做功再求和,W1+W2+W3.。。。。。。
機械能守恒定理:條件:只有重力彈力做功
公式:E初=E末?即初總機械能等于末機械能
變型公式:ΔEk=-ΔEp即動能的變化量與勢能的變化量相反
若果是A與B的系統機械能守恒:
1)
即初的總機械能等于末的總機械能
2)
即總的動能的變化量與總的勢能的變化量相反
3)
即A的總機械能變化量與B的總機械能的變化量相反
能量守恒定理:E初=E末?即初總能量等于末的總能量
機械能變化的情況:
1)W=ΔE機,即除重力、系統內彈力外其他力做功的多少為機械能變化量(即其他力給原有系統能量或消耗原有系統能量)
2)磨擦力做功對機械能影響:即磨擦力除以相對位移等于形成的熱量(內能)即機械能的損失。