[引] 【機(jī)械能守恒定律】合外力(不包括萬有引力、重力和彈性力)對(duì)物體沒有做功或所做的功為零時(shí),任何物體在勢(shì)能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化過程中,物體的總機(jī)械能(即勢(shì)能和動(dòng)能的總和)保持恒定不變,這一結(jié)論就叫做“機(jī)械能的轉(zhuǎn)化和守恒定律”。是自然界最普遍定律——能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律的一種特殊形式,是力學(xué)中重要定律之一。機(jī)械能守恒定律只適用于機(jī)械能與非機(jī)械能沒有發(fā)生轉(zhuǎn)化的系統(tǒng),通常將這樣的系統(tǒng)稱為機(jī)械能守恒系統(tǒng)。機(jī)械能守恒定律只涉及初始狀態(tài)和終了狀態(tài)的機(jī)械能,不涉及轉(zhuǎn)換過程。因此,如果不要求去了解過程的具體情況的話,用機(jī)械能守恒定律來分析某些力學(xué)過程,比用其他方法簡(jiǎn)便。 【功能原理】合外力(不包括萬有引力、重力和彈性力)對(duì)物體所做的功等于物體機(jī)械能的增量,這個(gè)結(jié)論就叫做“功能原理”。其表達(dá)式為 W合=E2-E1=ΔE。 式中E1和E2各表示物體在初狀態(tài)和末狀態(tài)時(shí)的機(jī)械能,W合表示合外力(不包括重力和彈性力)對(duì)物體所做的功。從式中可知:當(dāng)機(jī)械能增加時(shí),即E2>E1,則ΔE>0,合外力對(duì)物體做正功;當(dāng)機(jī)械能減少時(shí),即E2<E1,則ΔE<0,合外力對(duì)物體做負(fù)功;機(jī)械能不變時(shí),即E2=E1,則ΔE=0,合外力對(duì)物體不做功。從上述分析知:能是表達(dá)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量,用做功的多少可以量度能量的變化量。功和能都是標(biāo)量,它們的單位相同,但卻是兩個(gè)本質(zhì)不同的物理量。能是用來反映物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量。處于一定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物體就具有一定的能量。而作功的過程是物體在力的作用下,位置變化的過程,也就是能量從一個(gè)物體傳遞給另一個(gè)物體的過程。因此,功是用來反映某一過程中物體間能量傳遞了多少的物理量。 【動(dòng)量定理】物體的動(dòng)量的增量,等于相應(yīng)時(shí)間間隔內(nèi)物體所受合外力的沖量。它表明具有動(dòng)量的物體受合外力作用,經(jīng)過一段時(shí)間速度將發(fā)生變化,因而動(dòng)量也發(fā)生變化。此時(shí),物體所受的合外力的沖量等于它的動(dòng)量的變化。數(shù)學(xué)表達(dá)式是:∑I=P2-P1=ΔP。其中∑I表示各外力沖量的矢量和,即∑(F·t),它等于合外力的沖量。P1、P2各表示物體在始、末狀態(tài)時(shí)的動(dòng)量。沖量和動(dòng)量都是矢量。沖量的方向是動(dòng)量增量的方向。沖量是對(duì)力而言,動(dòng)量是對(duì)物體而言的。只能說“某力的沖量”、“某物體的動(dòng)量”,而不能講“某力的動(dòng)量”、“某物體的沖量”。國際單位制中,力的沖量的單位為牛頓·秒,物體動(dòng)量的單位為千克·米/秒。它們具有相同的量綱。動(dòng)量單位和沖量單位等同,即1牛頓·秒=1千克·米/秒,(1達(dá)因·秒=1克·厘米/秒) 運(yùn)用動(dòng)量定理可以求解力、質(zhì)量、速度三方面問題。解決具體問題的思路和方法是;明確物理過程;確定研究對(duì)象;進(jìn)行受力分析;確定作用前的動(dòng)量和作用后的動(dòng)量;建立坐標(biāo)系或規(guī)定正方向,根據(jù)動(dòng)量定理列出方程;求解。 【動(dòng)量守恒定律】物體系不受外力作用,或所受外力的合力為零,則系統(tǒng)的總動(dòng)量守恒。這一結(jié)論叫“動(dòng)量守恒定律”。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:m1v1+m2v2=m1v1’+m2v2’=恒量。式中的m1、m2分別為兩個(gè)物體的質(zhì)量,v1和v2分別為它們?cè)瓉淼乃俣龋瑅1’和v2’分別為它們相互作用后的速度,等號(hào)左邊是兩物體原來的總動(dòng)量,右邊是它們相互作用后的總動(dòng)量。該定律是指相互作用的物體的總動(dòng)量是守恒的。但在作用過程中,動(dòng)量從一個(gè)物體傳遞給其他物體,即每一物體的動(dòng)量并不守恒。運(yùn)用此定律時(shí)還應(yīng)注意守恒條件:要求系統(tǒng)不受外力或所受外力的合力為零。但當(dāng)外力遠(yuǎn)小于內(nèi)力時(shí)亦可運(yùn)用。如外力不為零,但在某一方向上的外力為零,則可在這一方向運(yùn)用該定律。從大到星系的宏觀系統(tǒng),小到基本粒子的微觀系統(tǒng),無論系統(tǒng)內(nèi)各物體之間相互作用是什么力,只要能滿足守恒條件,都可運(yùn)用動(dòng)量守恒定律。所以它是自然界最重要最普遍的規(guī)律之一。