机械能守恒定律的定义和公式是什么?
发生相互转换,但机械能保持不变。
表达式:Ek1+Ep1=Ek2+Ep2 条件:只有重力起作用。
扩展答案:
机械能守恒定律是动力学中的一个基本定律,即任何物体系统若无外力做功,只有保守力(见势能)在系统内做功,则系统的机械能(动能与势能之和)不变。外力所作的功为零,说明外界没有机械功输入;只有保守力在做功,即只有动能和势能转换,没有机械能转换成其他能量。满足这两个条件的机械能守恒定律对所有惯性参考系都成立。
根据机械能守恒定律,当重力以外的力不做功时,物体(或系统)的机械能守恒。显然,当重力以外的力所作的功不为零时,物体(或系统)的机械能就会发生变化。重力以外的力做正功时,物体(或系统)的机械能增加,重力以外的力做负功时,物体(或系统)的机械能减少。重力以外的力所作的功改变多少,物体(或系统)的机械能改变多少。
在利用动能定理解决问题时,如果物体在某一运动过程中(如加速、减速过程)包含若干个运动性质不同的子过程,那么可以分段考虑,也可以全过程考虑。如果能写出全过程的方程,可能会使问题简化。在把各力所作的功代入公式:W1+W2+…+Wn=1/2 mv末^2-1/2 mv初^2时,应代入它们的值和符号,并在解题时分清各力在各过程中所作的功。
高中物理机械能守恒定律知识点
机械能守恒定律是很多同学在学习高中物理时会遇到的一块绊脚石,我们需要学习哪些知识点呢?下面就是我给大家带来的内容,希望对大家有所帮助。
1.机械能
1、由物体间的相互作用和物体间的相对位置所决定的能量称为势能。如重力势能、弹性势能、分子势能、电势能等。
1、物体由于重力作用而具有重力势能,用EP=-mgh表示。式中,h为物体距离零重力势能面的高度。
2 重力势能是物体与地球系统共同拥有的机械能守恒定律3种公式,只有确定了零势能参考面后,物体的重力势能才有一个确定的值。若物体在零势能参考面的上方高度h处,其重力势能EP=-mgh。若物体在零势能参考面的下方高度h处,其重力势能EP=-mgh。“-”不表示方向,表示势能小于零势能参考面的势能。显然,同一物体在同一位置,选择不同的零势能参考面,其重力势能也会不同,所以重力势能是相对的。通常,除非明确说明,都以地面作为零势能面。但要注意的是,当物体的位置发生变化时,其重力势能的变化与零势能如何选择无关。在实际问题中,我们更关心重力势能的变化。
3 弹性势能,物体发生弹性变形时所具有的势能。高中时并不要求用具体的公式来计算弹性势能,但往往需要根据函数关系利用其他形式能量的变化来求得弹性势能的变化或某一位置的弹性势能。
2.重力所作的功与重力势能的关系:重力所作的功等于重力势能的减少量WG=ΔEP减=EP始-EP终,克服重力所作的功等于重力势能的增加量Wg=ΔEP增加=EP终-EP始
需要注意的是,重力所作的功只能把重力势能转化为动能,而不能引起物体机械能的变化。
3.动能与势能重力势能和弹性势能统称为机械能
2.机械能守恒定律
1.内容:当重力和弹力仅有做功时,物体的动能与势能互相转化,但机械能总量不变。
2. 机械能守恒条件
1、做功角:对于一个物体,如果只有重力或弹力做功,而其他力都不做功或其所做功的代数和为零,那么这个物体的机械能守恒。
2 能量转化角度:对于一定的系统,物体之间只存在动能、重力势能和弹性势能的相互转化,系统与外界之间没有机械能的传递,也不将机械能转化为其他形式的能量,则该系统的机械能守恒。
3.表达式:EK1+Epl=Ek2+EP2
1 在求解问题时,我们常常选取与问题中的条件或结果相关的两个或几个状态来建立方程。这种表达式
式中,EP是相对的,建立方程时必须选取一个合适的零势能参考面,且各个状态的EP都应相对于同一参考面。
2其他表达式,ΔEP=-ΔEK,系统重力势能的增加量等于系统动能的减少量。
3ΔEa=-ΔEb,将系统分为a、b两部分,a部分机械能的增加量等于b部分机械能的减少量。
3. 确定机械能是否守恒
首先要注意的是,机械能守恒的条件绝不是合外力所作的功等于零,也不是合外力等于零。例如,水平飞行的子弹撞击静止在光滑水平面上的木块时,合外力所作的功和合外力所作的功均为零,但系统在克服内部阻力做功,将一部分机械能转化为内能,因此机械能总量在减少。
1.按做功判断:分析物体或物体的受力情况,包括内力、外力,明确各力所作的功。如果只有重力或弹力对物体或系统做功,而其他力都不做功,或者其他力所作功的代数和为零,则机械能守恒;
2.利用能量转化判断:如果物理系统中只存在动能和势能的相互转化,而没有机械能与其他形式能量的相互转化,则该物理系统的机械能守恒。
3.对于某些突然拉紧的绳索,物体间的非弹性碰撞等,除非题目中另有说明,机械能一定不守恒。在完全非弹性碰撞过程中,机械能不守恒。
阐明:
1、条件中的重力和弹力所作的功是指系统中重力和弹力所作的功。对于一定的有外力和内力的物体系统,只有重力或弹簧弹力做功,其他力都不做功或其他力所作功的代数和等于零,则系统的机械能守恒,也就是说重力或弹力所作的功不能引起机械能转换成其他形式的能量,而只能使系统内的动能和势能相互转化。如图5-50所示,在光滑水平面上,A连接着两根弹簧L1、L2,B连接着弹簧L2。外力将B向左推,使L1、L2压缩。当外力撤除后,系统A,L2,B的机械能不守恒,因为L1对A的弹力是系统外部的弹力,所以系统A,L2,B的机械能不守恒。但对于系统L1,A,L2,B来说,机械能守恒,因为此时L1对A的弹力所做的功属于系统内部弹力所做的功。
2、系统内部只有重力和弹力做功,其他力都不做功。这里其他力的总和不为零。只要不做功,机械能仍然守恒,即对于物体系统来说,只有动能和势能的相互转化,不存在机械能向其他形式的转化。例如,如果系统没有滑动摩擦和介质阻力,没有电磁感应过程等,那么系统的机械能守恒。如图5-51所示,在光滑水平面A上,当弹簧被压缩,撤去外力弹开时,B相对于A不滑动。A和B之间存在相互作用力,但由弹簧A和B物体组成的系统的机械能守恒。
3、当系统中除重力和弹力以外的力做功,但所做功的代数和为零时贝语网校,系统的机械能不一定守恒。如图5-52所示,物体m受到外力F,速度为v0,经过时间t后机械能守恒定律3种公式,速度变为vt。vt>v0。当撤去外力后,由于摩擦力的作用,经过时间t/速度后,大小变为v0。在这个过程中,外力所做功的代数和为零,但物体m的机械能不守恒。
4、机械能守恒定律与动量守恒定律的区别:
动量守恒是矢量守恒,守恒条件是从力的角度来说的,即没有外力作用或外力之和为零。机械能守恒是标量守恒,守恒条件是从功的角度来说的,即除了重力和弹力做功外,其它力都不做功。
判断动量是否守恒,需要分析外力和是否为零。判断系统的机械能是否守恒,需要分析外力和内力所作的功,看系统中是否只有重力和弹力在做功。还要注意,外力和为零和外力不做功是两个不同的概念。因此,当系统的机械能守恒时,动量不一定守恒;当动量守恒时,机械能不一定守恒。判断系统的动量和机械能是否守恒,关键是要明确守恒条件,确定是哪一个过程。
5、机械能守恒定律与动能定律的区别。
机械能守恒定律反映的是物体初态与终态之间的关系,守恒定律是有条件的。动能定理揭示的是物体动能的变化与引起这种变化的合力所作功之间的关系,它不仅与初态和终态的动能有关,还需要仔细分析两种状态之间所作的功。
常规方法
1. 单个物体变速运动的机械能守恒问题
2.系统机械能守恒
评论
1.对于绳索、链条等物体,由于在检查过程中它们经常发生变形,它们的重心位置对于该物体来说并不是固定不变的,能否确定它们的重心位置是解决此类问题的关键。顺便指出,质量分布均匀的规则物体的重力势能往往由重心位置决定。本题的初始重心不在滑轮顶端,由于滑轮很小,可以看作对折求重心,也可以分段考虑,求各部分的重力势能,然后求其代数和作为总的重力势能。至于零势能参考面,可以任意选取,但为了便于表达,最好采用系统的初始和最终重力势能。
2 这道题也可以用等效法求解,链条离开滑轮时重力势能减少,相当于链条的一半到达另一半下端时重力势能减少。然后用ΔEP=-ΔEK求解,留给学生思考。
高中物理中机械能守恒定律运用的条件
高中物理机械能守恒定律求解步骤
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