一級(jí)結(jié)構(gòu)師基礎(chǔ)輔導(dǎo):機(jī)械能守恒

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機(jī)械能:重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能和動(dòng)能統(tǒng)稱為機(jī)械能。
    只有在重力(或彈簧彈力)做功的情形下,物體的重力勢(shì)能(或彈性勢(shì)能)和動(dòng)能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化,但總機(jī)械能保持不變。
    機(jī)械能守恒的條件:
    (1)對(duì)某一物體若只有重力做功,則物體與地球組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。
    (2)對(duì)某一物體除受重力外還受其他力作用,但只有重力做功,其他力不做功,則物體與地球組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。
    (3)若某一物體受幾個(gè)力作用時(shí),只有彈簧彈力做功,其他力不做功,此時(shí)物體與彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。
    (4)若某一物體受幾個(gè)力作用時(shí),只有重力和彈簧彈力做功,其他力不做功,此時(shí)物體、彈簧和地球組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。
    表達(dá)式
    重力勢(shì)能為 Ep=mgh
    彈性勢(shì)能為 EP=1/2*kx^2(胡克定律的表達(dá)式為f=kx,其中k是常數(shù),是物體的勁度系數(shù)。在國(guó)際單位制中,f的單位是牛,x的單位是米,它是形變量(彈性形變),k的單位是牛/米。勁度系數(shù)在數(shù)值上等于彈簧伸長(zhǎng)(或縮短)單位長(zhǎng)度時(shí)的彈力)
    動(dòng)能為 Ek=1/2*mv^2
    所以機(jī)械能守恒的表達(dá)式為
    1/2*m(v1)^2+mgh1+1/2*k(x1)^2=1/2*m(v2)^2+mgh2+1/2*k(x2)^2
    判斷機(jī)械能守恒的方法:
    (1)做功條件分析法:
    當(dāng)發(fā)生動(dòng)能與重力勢(shì)能的轉(zhuǎn)化時(shí),只有重力做功,當(dāng)發(fā)生動(dòng)能與彈性勢(shì)能的轉(zhuǎn)化時(shí),只有彈力做功,其他力均不做功,則系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。
    (2)能量轉(zhuǎn)換分析法:
    若只有系統(tǒng)內(nèi)物體間動(dòng)能和重力勢(shì)能及彈性勢(shì)能的轉(zhuǎn)化,系統(tǒng)跟外界沒(méi)有發(fā)生機(jī)械能的傳遞,機(jī)械能也沒(méi)有轉(zhuǎn)化成其他形式的能(如沒(méi)有內(nèi)能的增加,比如溫度升高),則系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。
    (3)增減情況分析法:
    若系統(tǒng)的動(dòng)能與勢(shì)能均增加或均減少,則系統(tǒng)的機(jī)械能不守恒:若系統(tǒng)的動(dòng)能或勢(shì)能不變,而勢(shì)能或動(dòng)能卻發(fā)生了變化,則系統(tǒng)的機(jī)械能不守恒:若系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)物體的機(jī)械能均增加或均減少,則系統(tǒng)的機(jī)械能也不守恒。
    注意:在判斷機(jī)械能是否守恒時(shí),一定要先選定系統(tǒng)(看清題目說(shuō)定的系統(tǒng))。
    有兩種情況:
    1.如果將產(chǎn)生彈力的的東西(比如說(shuō)彈簧,下同)算作系統(tǒng)內(nèi)的,那么機(jī)械能守恒。
    2.如果將彈簧算作系統(tǒng)外的,那么機(jī)械能不守恒。。此時(shí)彈簧的彈力對(duì)物體做功,使物體(系統(tǒng))的動(dòng)能和重力勢(shì)能有所改變。
    例如,彈簧懸掛的小球。(高中物理練習(xí)中經(jīng)常出錯(cuò)的問(wèn)題)
    如果將小球和彈簧看成一個(gè)整體系統(tǒng),則系統(tǒng)機(jī)械能是守恒的。
    但是若只將小球看做一個(gè)系統(tǒng),小球的機(jī)械能是不守恒。