① 如何判断机械能是否守恒
一、系统机械能守恒条件如果系统所受的外力满足其中一条,则系统机械能有可能守恒,判断机械能是否守恒不光分析系统所受外力情况,还要看所受内力情况。如果系统所受外力满足以上条件之一,而系统所受内力又满足以下其中一条,则系统机械能就守恒。用系统所受内力、外力的做功情况来判断系统的机械能守恒时,外力和内力要同时满足以上条件,机械能才守恒。
二、应用举例
例1 如图1所示,在光滑水平地面上匀速运动的物体其机械能是否守恒?图1解析:在此题中说物体的机械能是一种习惯说法,其实应该是物体和地球组成的系统的机械能。选物体和地球为研究系统,对其进行受力分析:
外力:不受外力作用;
内力:重力,支持力;
支持力不做功,由机械能守恒条件可判断系统机械能守恒。
例2 如图2所示,在粗糙水平地面一物体在水平F作用下做匀速直线运动的物体其机械能是否守恒?解析:选物体和地球为研究系统,对其起进行受力分析:
外力:受摩擦力、拉力F作用;
内力:重力、支持力;
由机械能守恒条件可判断系统机械能不守恒。
例3 如图3所示,物体在斜面上受到平行斜面向下的拉力作用,沿斜面向下运动。已知拉力的大小恰好等于物体所受的摩擦力,则物体在运动过程中机械能是否守恒?
解析:如果选斜面、物体、地面三者来组成研究系统则:
内力:摩擦力、支持力N、重力G;
外力:沿斜面向下的拉力F;
由机械能守恒条件可判断系统机械能不守恒。如果选物体、地面来组成系统则:
内力:重力G、支持力N;
外力:拉力F、摩擦力(它俩做功大之和为零);
由机械能守恒条件可判断系统机械能守恒。可见系统机械能守恒与否与所选那些物体为研究系统有关。
三、对内力做功的理解
内力都存在所选取系统之内,由力的相互性可知,必是成对出现的。如图4所示,光滑滑轮两端用轻绳挂着两个质量不相等的物体,在两物体运动过程中,机械能守恒,但内力做功了,内力对做负功,而对绳子的拉力对绳子做正功,同理与也是一个做正功一个做负功,且绝对值相同,所以内力做功为零。所以运动过程中机械能守恒。那么内力做功一定为零吗?图4
如图5所示,A木块以初速度V滑上静止在光滑水平面上的B木块,最后A、B以共同速度运动,此过程中选A、B、地面为系统,则AB间的摩擦力是内力,由于A相对于地面滑动的距离大于B相对于地面滑动的距离,所以AB间相互摩擦力做功不为零,系统机械能不守恒。可见,一般情况下内力是摩擦力时内力做功不为零。遇到此类型题用系统能量转化来判断是否守恒更容易,本题中系统机械能有一部分转化为内能,所以机械能不守恒。
图5
机械能是否守恒的判断是教学难点,也是重点,运用其守恒为解决力学问题开辟了新的途径。避开了运用牛顿运动定律的复杂性,通过练习一定量的习题,使学生对系统机械能守恒有更深入的认识,能准确判断系统机械能是否守恒,从而正确解题。应用以上方法判断系统机械能是否守恒时,思路清晰,容易判断。
② 如何判断系统机械能守恒
(1)做功条件分析法:机械能守恒
当发生动能与重力势能的转化时,只有重力做功,当发生动能与弹性势能的转化时,只有弹力做功,其他力均不做功,则系统的机械能守恒。
(2)能量转换分析法:
若只有系统内物体间动能和重力势能及弹性势能的转化,系统跟外界没有发生机械能的传递,机械能也没有转化成其他形式的能(如没有内能的增加,比如温度升高),则系统的机械能守恒。(3)增减情况分析法:若系统的动能与势能均增加或均减少,则系统的机械能不守恒:若系统的动能或势能不变,而势能或动能却发生了变化,则系统的机械能不守恒:若系统内各个物体的机械能均增加或均减少,则系统的机械能也不守恒。注意:在判断机械能是否守恒时,一定要先选定系统(看清题目说定的系统)。有两种情况:1.如果将产生弹力的的东西(比如说弹簧,下同)算作系统内的,那么机械能守恒。2.如果将弹簧算作系统外的,那么机械能不守恒。此时弹簧的弹力对物体做功,使物体(系统)的动能和重力势能有所改变。例如,弹簧悬挂的小球。(高中物理练习中经常出错的问题)如果将小球和弹簧看成一个整体系统,则系统机械能是守恒的。小球的机械能是不守恒。(平常大家说某物体的机械能,实质上是把物体与地球当做一个系统,是一种简便说法。 因为重力势能是物体与地球所共有的。)另外,对一些绳子突然绷紧、物体间碰撞等问题机械能一般不守恒,除非题目中有特别说明或暗示。
③ 初中物理判断机械能是否守恒知识点总结
首先应特别提醒注意的是,机械能守恒的条件绝不是合外力的功等于零,更不是合外力等于零,例如水平飞来的子弹打入静止在光滑水平面上的木块内的过程中,合外力的.功及合外力都是零,但系统在克服内部阻力做功,将部分机械能转化为内能,因而机械能的总量在减少.
(1)用做功来判断:分析物体或物体受力情况(包括内力和外力),明确各力做功的情况,若对物体或系统只有重力或弹力做功,没有其他力做功或其他力做功的代数和为零,则机械能守恒;
(2)用能量转化来判定:若物体系中只有动能和势能的相互转化而无机械能与其他形式的能的转化,则物体系机械能守恒.
(3)对一些绳子突然绷紧,物体间非弹性碰撞等除非题目的特别说明,机械能必定不守恒,完全非弹性碰撞过程机械能不守恒
④ 如何判断机械能是否守恒
判断(系统)机械能是否守恒的方法一般有三种:
1、从系统所受各力做功情况判断。当只有重力和弹簧弹力做功(其他力不做功,或其他力做功代数和为0)时,系统机械能守恒。
2、直接观察系统各部分的动能与势能的变化情况。如“匀速上升的物体”,动能不变,重力势能增加,所以机械能不守恒。
3、从能量的转化方面判断。当系统内部以及与外部之间发生能量转化时,除了机械能(动能和势能)部分外,看看有没有其他形式的能减少或增加,若有则机械能不守恒,若没有则机械能守恒。