高考复习整理机械能守恒定律高中物理

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1.机械能

动能和势能统称机械能,即E=EK+EP。势能又分重力势能和弹性势能

2.机械能守恒定律

(1)机械能能守恒定律的内容:在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能与势能可以互相转化,而总的机械能保持不变,这就是机械能守恒定律的内容。

(2)机械能守恒定律的表达式

如果物体除受重力和弹力作用外,不受其他外力的作用,若用和分别表示物体的初动能和末动能,表示重力所做的功,由动能定理有

另外,机械能守恒定律的表达式还常写作,即系统动能的增加量等于势能的减小量。使用此表达式解决问题时,不需要选择势能的零势面。

(3)机械能守恒定律的条件

①选定的物体系内,只有重力(或弹力)做功,其他力对物体不做功。

②除重力、弹力以外的其它力对物体做功,但是做的总功为零。

机械能守恒不能简单的理解为机械能的总量保持不变,因为机械能守恒是指能量转化过程中的守恒,不仅要求物体(或物体系)的总的机械能保持不变,还要求存在动能和势能的相互转化。那种没有动能和势能相互转化的机械能不变,不能看作是机械能守恒。例如,静止在桌面上的物体,其机械能不变,当然不违背机械能守恒。但是,这仅是一种一切力都不做功的特例,实际上,当把机械能守恒定律应用于这类问题时,既无意义也解决不了任何问题

3.机械能的变化

根据机械能守恒定律,物体(或物体系)的机械能的变化与重力和弹力做功无关,也就是说物体(或物体系)机械能的变化等于除重力、弹力以外的其他力做功的大小,且除重力、弹力以外的其他力对物体做正功,物体机械能增加;除重力、弹力以外的其他力对物体做负功,物体的机械能减小。

而根据前面的学习,我们知道势能的变化仅与引起势能的力做功有关,且引起势能的力做正功,势能减小;引起势能的力做负功,势能增加。动能的变化等于合外力对物体做的功。

4.几种作用类型的分析

(1)机械能守恒的条件决不是合外力的功等于零,更不是合外力为零,例如水平飞来的子弹打入静止的光滑水平面上的木块内的过程中,合外力的功及合外力都为零,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小。

(2)对于某个物体系内,只有重力或弹簧的弹力做功,其他力不做功,其他力不做功或者其他力做功的代数和等于零,则该系统的机械能守恒,也就是说重力做功或弹簧中弹力做功不能引起机械能与其他形式的能的转化,只能使系统内的动能和势能相互转化。

(3)对于物体系统只有动能和势能的互相转化,而无机械能与其他形式的能的转化,则系统的机械能守恒。

(4)对于一些绳子突然绷紧,物体间碰后粘合在一起的情况,除非题目特别说明,机械能必定不守恒。

5.机械能守恒定律与动能定理的比较

机械能守恒定律和动能定理是力学中的两条重要的规律,在物理学中占有重要的地位,它们之间有明显的区别,但也有相同点,了解这些对应用这两条规律解决问题极为重要。

机械能守恒定律和动能定理都是从功和能量变化的角度来研究物体在力的作用下运动状态的改变,表达这两个规律的方程都是标量方程,这是它们的共同点。

机械能守恒定律是有条件的,就是只允许重力做功,而动能定理的成立是没有条件限制的,它不但允许重力做功,还允许其他力做功,这是它们的不同点之一。

在研究、解决做功的能量变化的问题中,如果守恒条件得到满足,可以用守恒定律加以解决;如果守恒条件不具备,虽然无法应用守恒定律,但用动能定理照样可以解决问题。就是说当不能用守恒定律解决问题时,应该想到用动能定理来试一下。事实上,在守恒条件得到满足时,机械能守恒定律适用的场合,动能定理也照样适用。

6.应用机械能守恒定律解题的步骤

(1)根据题意选取研究对象(物体或物体系)

(2)明确研究对象的运动过程,分析研究对象在运动过程中的受力情况,弄清各力做功的情况,判断机械能是否守恒。

(3)恰当的选取零势面,确定研究对象在研究过程的初末态的机械能。

(4)根据机械能守恒定律列方程

(5)求解验证

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