机械能守恒定理的概念
在只有重力或弹力做功的物体系统内(或则不受其他外力的作用下),物体系统的动能和势能(包括重力势能和弹性势能)发生互相转化,但机械能的总能量保持不变。这个规律称作机械能守恒定理。
机械能守恒定理()是动力学中的基本定理,即任何物体系统。如无外力做功机械能守恒定律公式,系统内又只有保守力(见势能)做功时,则系统的机械能(动能与势能之和)保持不变。外力做功为零,表明没有从外界输入机械功;只有保守力做功,即只有动能和势能的转化,而无机械能转化为其他能,符合这两条件的机械能守恒对一切惯性参考系都组建。这个定理的简化说法为:质点(或质点系)在势场中运动时,其动能和势能的和保持不变;或称物体在重力场中运动时动能和势能之和不变。这一说法蕴涵可以忽视不计形成势力场的物体(如月球)的动能的变化。这只能在一些特殊的惯性参考系如月球参考系中才创立。如图所示,若不考虑一切阻力与能量损失,滚摆只受重力作用,在此理想情况下,重力势能与动能互相转化,而机械能不变,滚摆将不断上下运动。
机械能守恒定理守恒条件
机械能守恒条件是:只有系统内的弹力或重力所做的功。【即忽视磨擦力引起的能量损失,所以机械能守恒也是一种理想化的数学模型】,并且是系统内机械能守恒。通常做题的时侯很多是机械能不守恒的,并且可以用能量守恒,譬如说把遗失的能量给补回去。
从功能关系式中的WF外=△E机可知:更广义的机械能守恒条件应是系统外的力所做的功为零。
当系统不受外力或所受外力做功之和为零,这个系统的总动量保持不变,叫动量守恒定理。
当只有动能和势能(包括重力势能和弹性势能)互相转换时,机械能才守恒。
机械能守恒定理的三种表达式1.从能量守恒的角度
选定某一平面为零势能面机械能守恒定律公式,系统末状态的机械能和初状态的机械能相等。
2.从能量转化的角度
系统的动能和势能发生互相转化时,若系统势能的降低量等于系统动能的降低量,系统机械能守恒。
3.从能量转移的角度
系统中有A、两个物体或更多物体,若A机械能的降低量等于机械能的降低量,系统机械能守恒。
以上三种表达式各有特征,在不同的情况下应选定合适的表达式灵活运用,不要屈从于某一种,这样解题才会显得简单快捷。
典型例题解析
例1如图所示,质量均为m的小球A、B、C,用两根长为L的轻绳相连,放在高为h的光滑水平面上,L》h,A球刚越过桌边,若A球、B球陆续下落着地后均不再大跌,求C球刚离开桌边时的速率大小。
解析:
思路1:取地面为零势能面,
设A球落地车速率为v1,从A球开始运动到落地的过程中,、B、C三球组成的系统机械能守恒,有:
设B球落地车速率为%从A球落地后到B球落地的过程中,B、c两球组成的系统机械能守恒,有:
此速率就是C球离开桌边时的速率.
这是从守恒的角度列式,分别写出系统的初末状态的动能和势能,再列多项式求解,这些思路清晰明了,简单易行,须要注意的是能量要一一弄清,不能丢三落四.
思路2:在A球落地的过程中,系统降低的势能为,系统降低的动能为
由机械能守恒定理得:
在日球落地的过程中,系统降低的势能mgh,系统降低的动能为
由机械能守恒定理得:
这是从势能和动能转化的角度列式,思路也很清晰,须要注意的是势能的降低或动能的降低是系统的,而不是某个物体的.
机械能守恒定理公式汇总
做功:W=FS·COS为力与位移的倾角
重力做功:GW=mgΔhΔh为物体初末位置的高度差
重力势能:pE=mghh为物体的重心相对于零势面的高度
重力做功和重力势能变化的关系:GW=-ΔpE即重力做功与重力势能的变化量相反
弹性势能:
,L为弹簧的形变量
弹力做功与弹性势能的关系:FW=-ΔpE即弹力做功与弹性势能的变化量相反
动能定律:
,即合外力做功等于动能的变化量
合外力做功两种求解方法:1)先求合外力合F,再求合F·S·COS
2)先求各个分力做功再求和,W1+W2+W3.。。。。。。
机械能守恒定理:条件:只有重力弹力做功
公式:E初=E末即初总机械能等于末机械能
变型公式:ΔEk=-ΔEp即动能的变化量与势能的变化量相反
若果是A与B的系统机械能守恒:
1)
即初的总机械能等于末的总机械能
2)
即总的动能的变化量与总的势能的变化量相反
3)
即A的总机械能变化量与B的总机械能的变化量相反
能量守恒定理:E初=E末即初总能量等于末的总能量
机械能变化的情况:
1)W=ΔE机,即除重力、系统内弹力外其他力做功的多少为机械能变化量(即其他力给原有系统能量或消耗原有系统能量)
2)磨擦力做功对机械能影响:即磨擦力除以相对位移等于形成的热量(内能)即机械能的损失。