A. 高一物理 機械能守恆定律
機械能守恆定律是指在只有重力或彈力對物體做功的條件下(或者不受其他外力的作用下),物體的動能和勢能(包括重力勢能和彈性勢能)發生相互轉化,但機械能的總量保持不變。
機械能守恆定律(law
of
conservation
of
mechanical
energy)動力學中的基本定律,即任何物體系統如無外力做功或外力做功之和為零,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恆對一切慣性參考系都成立。
這個定律的簡化說法為: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。這一說法隱含可以忽略不計產生勢力場的物體(如地球)的動能的變化。這只能在一些特殊的慣性參考系如地球參考系中才成立。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,重力勢能與動能相互轉化,而機械能不變,滾擺將不斷上下運動。
機械能守恆條件是:
只有重力(或彈力)所做的功。【即不考慮空氣阻力及因其他摩擦產生熱而損失能量,所以機械能守恆也是一種理想化的物理模型】,而且是系統機械能守恆。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,
從功能關系式中的
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。
如何區分機械能是否改變
由「機械能=動能+勢能」判斷:若速度和高度不變,質量減小,動能減小,重力勢能減小,機械能減小;若質量和速度不變,高度減小,動能不變,重力勢能減小,機械能減小。
我舉兩個例子幫助你理解:
第一個例子是對單個物體的分析:
你有個木塊:你推他一段距離,顯然是你推他的力對他做功,然後轉化為他的動能。所以機械能守恆,你的力做的功=物塊得到的動能(假設水平,理想狀態,初速為0),所以守恆。
第二個例子:
你有一個木塊,然後木塊在木板上,摩擦系數為u。咱們把這個木板和木塊看成一個系統。這時候當你推這個木板的時候,也可以理解為你對這個系統做功。但是這個系統的總能量不是你給木板的力乘以距離,因為在這個系統的內部,木塊與木板之間存在滑動摩擦力,摩擦力也參與了做功,它消耗了你對這個系統的做功。所以這個系統的動能不等於你給他做的功。(因此機械能不守恆)
至於重力那個部分,其實並不是重點。比較典型的就是系統內部存在摩擦力做功,只要存在,一般都不守恆。