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【摘要】机械能守恒及应用是中学阶段重要且易搞混的问题,原因主要是学生在应用该定律时没有能完全理解机械能守恒定律使用前提及相关力做功的性质(即做功的正负)。现就相关问题以具体实例来做一解释。
【关键词】机械能守恒;机械能改变;外力做功的正负
机械能守恒的前提:“只有在重力或弹力做功的物体系统内,必须是动能和势能的相互转化,且总的机械能保持不变”。我们从中可以概括出机械能守恒的条件是:第一,在一个系统内;第二,只有重力或弹力做功;第三、只有动能和势能的相互转化;第四、机械能总和不变。切记这里的只有重力或弹力做功并非是除了这二者外其他的力对系统不能做功,当其他的力对系统做了功且做功的代数和为零时整个的系统机械能照样守恒。例如“一架吊车吊起一重物上升”的过程,重物上升过程中除重力做功吊绳的拉力也做了功,且无重力做功之外的其他力做功和拉力做的功相抵消,既其他力做功的代数和不为零,重物的机械能不守恒。能量转化的角度来看,在这一过程中除了动能与势能的相互转化以外,还存在其它形式的能与机械能的转化。所以物体的机械能不守恒
再例如:一轻质弹簧一端固定在竖直的墙上,另一端与一质量为m的物体相连,放在粗糙的水平面上,先压缩弹簧然后释放。弹簧与物体组成的系统在整个运动过程中,除了弹簧的弹力做功以外还存在物体与水平面的摩擦力做功,物体要克服摩察力做功消耗一定的机械能去转化为内能,所以系统的机械能减小,机械能不守恒。由此可知,在一个物体系统内,除了重力或弹力做功以外其它力做功的代数和不为零时则系统的机械能将发生变化。再例如:一质量为m的物体静止放在粗糙的斜面上,给物体一个平行于斜面向下的推力作用且该推力大小等于滑动摩擦力大小,那么该物体在下滑的过程中其机械能是守恒的。因为在下滑中除重力外、外力中的摩擦力与外力中的推力都对物体做了功,但是它们所做功的代数和为零,因此物体所在系统的机械能仍是守恒的。那么机械能的变化与外力(除了重力或弹力以外的力,后面都称为“外力”)做功存在什么关系呢?下面我们通过推导来寻找。
一架吊车用力F把质量为m的物体吊起,当物体距地面高度为h1时速度为v1,当距地面高度为h2时速度为v2,求物体从h1到h2过程中拉力F做的功
解析:物体上升的过程中受到重力和拉力,并且两个力都做功,由动能定理得:
W-mg(h2-h1)=
【关键词】机械能守恒;机械能改变;外力做功的正负
机械能守恒的前提:“只有在重力或弹力做功的物体系统内,必须是动能和势能的相互转化,且总的机械能保持不变”。我们从中可以概括出机械能守恒的条件是:第一,在一个系统内;第二,只有重力或弹力做功;第三、只有动能和势能的相互转化;第四、机械能总和不变。切记这里的只有重力或弹力做功并非是除了这二者外其他的力对系统不能做功,当其他的力对系统做了功且做功的代数和为零时整个的系统机械能照样守恒。例如“一架吊车吊起一重物上升”的过程,重物上升过程中除重力做功吊绳的拉力也做了功,且无重力做功之外的其他力做功和拉力做的功相抵消,既其他力做功的代数和不为零,重物的机械能不守恒。能量转化的角度来看,在这一过程中除了动能与势能的相互转化以外,还存在其它形式的能与机械能的转化。所以物体的机械能不守恒
再例如:一轻质弹簧一端固定在竖直的墙上,另一端与一质量为m的物体相连,放在粗糙的水平面上,先压缩弹簧然后释放。弹簧与物体组成的系统在整个运动过程中,除了弹簧的弹力做功以外还存在物体与水平面的摩擦力做功,物体要克服摩察力做功消耗一定的机械能去转化为内能,所以系统的机械能减小,机械能不守恒。由此可知,在一个物体系统内,除了重力或弹力做功以外其它力做功的代数和不为零时则系统的机械能将发生变化。再例如:一质量为m的物体静止放在粗糙的斜面上,给物体一个平行于斜面向下的推力作用且该推力大小等于滑动摩擦力大小,那么该物体在下滑的过程中其机械能是守恒的。因为在下滑中除重力外、外力中的摩擦力与外力中的推力都对物体做了功,但是它们所做功的代数和为零,因此物体所在系统的机械能仍是守恒的。那么机械能的变化与外力(除了重力或弹力以外的力,后面都称为“外力”)做功存在什么关系呢?下面我们通过推导来寻找。
一架吊车用力F把质量为m的物体吊起,当物体距地面高度为h1时速度为v1,当距地面高度为h2时速度为v2,求物体从h1到h2过程中拉力F做的功
解析:物体上升的过程中受到重力和拉力,并且两个力都做功,由动能定理得:
W-mg(h2-h1)=