筆者從五個方面來總結(jié):
1.了解機械能守恒的條件
(1) 對于僅受重力影響的物體,例如向上、向下或水平拋擲的物體,機械能守恒。
(2)物體除重力外,還受到其他力的作用,但其他力不做功或做功的代數(shù)和為零。 例如鐘擺運動等。
(3)除重力外,系統(tǒng)中只有彈力做功,彈力做的功等于彈性勢能的減少,則系統(tǒng)的機械能守恒。 注:是系統(tǒng)的機械能守恒,而不是單個物體的機械能守恒。 例如,當連接到彈簧的球向下擺動時,球的機械能減少。
2.判斷機械能是否守恒的三種方法
(1)利用守恒條件判斷,僅用重力(系統(tǒng)中無彈簧力做功,系統(tǒng)中重力做功)來確定功。
(2)利用機械能常數(shù)之和進行判斷:如果物體或系統(tǒng)的動能與勢能之和不變,則機械能守恒。
(3)用能量轉(zhuǎn)換來判斷:如果物體或系統(tǒng)與外界沒有能量交換,沒有機械能內(nèi)部轉(zhuǎn)換成其他形式的能量,那么機械能是守恒的。
例如,1、如圖所示,在光滑的水平地面上放置一個斜面。 光滑斜面上的物體從靜止狀態(tài)沿斜面滑下。 在物體向下滑動的過程中,下列說法正確的是:()
A.物體的重力勢能減小,但動能不變
B.斜面的機械能不變
C.傾斜作用在物體上的力垂直于接觸面,對物體沒有做功。
D.物體和斜面組成的系統(tǒng)中機械能守恒
【答案】D
【分析】當物體從靜止狀態(tài)開始下滑時,其重力勢能減小,動能增大,誤差A; 物體向下滑動過程中,斜面加速,其機械能增大,誤差B; 當物體沿斜坡滑下時,既沿斜坡向下運動,又隨斜面向右運動。 合速度的方向不垂直于彈力的方向。 彈力方向垂直于接觸面,但與速度方向的夾角大于90°。 因此,斜面施加在物體上的力對物體產(chǎn)生負面影響。 做負功,C錯誤; 對于由物體和斜面組成的系統(tǒng),只有物體的重力起作用,機械能守恒,D正確。
3. 三種機械能守恒表達式的比較
(1) E1=E2 表示系統(tǒng)初態(tài)機械能之和等于終態(tài)機械能之和。
應用時應選擇重力勢能的零勢能面,且初始狀態(tài)和終態(tài)必須使用相同的零勢能面來計算勢能。
(2) ΔEk = -ΔEp,即當系統(tǒng)(或物體)機械能守恒時,系統(tǒng)減少(或增加)的動能等于系統(tǒng)增加(或減少)的重力勢能)。
應用的關(guān)鍵是區(qū)分重力勢能的增減。 您可以直接計算初始狀態(tài)和最終狀態(tài)的勢能,而無需選擇零勢能面。 特別注意負號。
(3) ΔEA增加=ΔEB減少,即系統(tǒng)由A、B兩部分組成,則A部分物體機械能的增加等于A部分物體機械能的減少B.
用于解決由兩個或多個物體組成的系統(tǒng)中的機械能守恒問題
4. 解決單個物體機械能守恒問題的基本思路
(1)選擇研究對象——。
(2)根據(jù)研究對象所經(jīng)歷的物理過程,進行受力和做功分析,判斷機械能是否守恒。
(3) 一般選擇地面作為0勢面來確定研究對象初始狀態(tài)和最終狀態(tài)的機械能。
(4)選擇機械能守恒定律方便的方程形式(Ek1+Ep1=Ek2+Ep2,ΔEk=-ΔEp)進行求根檢驗,回答問題。
例如,如圖所示,在垂直平面內(nèi)有一條由圓弧AB和圓弧BC組成的光滑固定軌道,兩者在最低點B處平滑連接。圓弧AB的半徑為R,半徑為BC 弧是 . 一個小球開始在 A 點上方并遠離 A 點自由落體斜面上物體重力做功,并沿弧形軌道穿過 A 點。
(1)求小球在B點和??A點的動能之比;
(2)通過計算判斷小球是否可以沿著軌跡運動到C點。
解開:
5.多對象系統(tǒng)機械能守恒的基本思想
(1)選擇研究對象,合理選擇物理過程。 (也許第一個進程選擇系統(tǒng),第二個進程選擇單個對象)
(2)對于多個物體組成的系統(tǒng),應注意判斷物體運動過程中系統(tǒng)的機械能是否守恒。 (或許系統(tǒng)在第一個過程中是守恒的,突然發(fā)生碰撞、拉直等情況,能量突然減少,然后后面的過程就變成了單個物體的機械能守恒)
(3)對于自己選擇的研究和守恒過程,在制定機械能守恒方程時,從三個表達式中選擇便于求解問題的形式。 解決問題并回答問題。
例如1,
桿對物體施加的力并不總是沿桿的方向。 桿對一個物體做正功,對另一物體做負功。 單個物體的機械能不守恒。 當忽略空氣阻力和各種摩擦力且沒有其他力對系統(tǒng)做功時,兩個物體形成的系統(tǒng)的機械能守恒。
又如2、如下圖所示,一根不可伸展的軟輕繩子穿過光滑的定滑輪,繩子的兩端分別綁著小球a和b。 球a的質(zhì)量為m,放置在水平地面上; 球 b 的質(zhì)量為 3m,用手握住,高度為 h。 此時,燈繩剛剛收緊。 現(xiàn)在釋放球b,a最多可以上升到多少高度?
分析:從圖中所示的時間到b即將接觸地面,所涉及的物體,系統(tǒng)的機械能守恒。
然后,物體b瞬間與地面相撞,其速度瞬間減為零(瞬間系統(tǒng)能量損失)。 同時斜面上物體重力做功,此時物體a的速度并沒有受到影響,此時仍然是它自己的速度,而繩子立即處于松弛狀態(tài),a將其垂直扔出。
因此,后者垂直向上拋擲過程只能選擇a作為研究對象,且單個物體的機械能守恒。