知能整合機(jī)械能及其守恒定律(編輯修改稿)
2025-07-16 13:37 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 我們平時常說某物體的機(jī)械能守恒，只是一種習(xí)慣的說法，實際上應(yīng)包括地球在內(nèi)，因為物體的重力勢能是物體與地球所共有的，而不是物體單獨擁有的。系統(tǒng)的機(jī)械能是否守恒，選擇研究對象很重要。機(jī)械運動中的動能和勢能之間的轉(zhuǎn)換和守恒，是更普遍的能量轉(zhuǎn)化和守恒的特殊情況。當(dāng)系統(tǒng)除重力和彈力做功外還有其他外力做功時，系統(tǒng)的機(jī)械能就不守恒。這時，必然有機(jī)械能和其他形式的能之間的轉(zhuǎn)化，但它們的機(jī)械能和其他形式的能的總和仍保持不變。(16)判斷機(jī)械能守恒的方法判斷系統(tǒng)的機(jī)械能是否守恒，通?？刹捎孟铝腥N不同的方法：① 做功條件分析法 應(yīng)用系統(tǒng)機(jī)械能守恒的條件進(jìn)行分析。若物體系統(tǒng)內(nèi)只有重力和彈力做功，其他力均不做功，則系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。② 能量轉(zhuǎn)化分析法 從能量轉(zhuǎn)化的角度進(jìn)行分析。若只有系統(tǒng)內(nèi)物體間動能和重力勢能及彈性勢能的相互轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)跟外界沒有發(fā)生機(jī)械能的傳遞，機(jī)械能也沒有轉(zhuǎn)變成其他形式的能（如沒有內(nèi)能增加），則系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。③ 增減情況分析法 直接從機(jī)械能各種形式能量的增減情況進(jìn)行分析。若系統(tǒng)的動能與勢能均增加或均減少，則系統(tǒng)的機(jī)械能不守恒；若系統(tǒng)的動能或勢能不變，而勢能或動能卻發(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。當(dāng)然，這種方法只能判斷系統(tǒng)的機(jī)械能明顯不守恒的情況，對于另一些情況（如系統(tǒng)的動能增加而勢能減少）則無法做出定性的判斷。(17)應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解題的一般步驟應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解題的一般步驟是：① 選取系統(tǒng)對象，確定研究過程；② 進(jìn)行受力分析，考察守恒條件；③ 選取零勢能平面，確定初、末態(tài)機(jī)械能；④ 運用守恒定律，列出方程求解。(18)驗證機(jī)械能守恒定律用研究物體自由下落的運動來驗證機(jī)械能守恒定律的實驗原理是：忽略空氣阻力，自由下落的物體在運動過程中機(jī)械能守恒，即動能的增加等于重力勢能的減少。具體地說：①若以重物下落的起始點O為基準(zhǔn)，設(shè)重物的質(zhì)量為m，測出物體自起始點O下落距離h時的速度v，則在誤差允許范圍內(nèi)，由計算得出，機(jī)械能守恒定律即被驗證。②若以重物下落過程中的某一點A為基準(zhǔn)，設(shè)重物的質(zhì)量為m，測出物體對應(yīng)于A點的速度vA，再測出物體由A點下落△h后經(jīng)過B點的速度vB，則在誤差允許范圍內(nèi)，由計算得出 ，機(jī)械能守恒定律即被驗證。(19)能量守恒定律能量既不會消滅，也不會創(chuàng)生，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。這就是能量守恒定律。能量守恒定律告訴我們：任何一部機(jī)器，只能使能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，而不能無中生有地制造能量，那種不消耗能量的所謂“永動機(jī)”是不可能造成的。(20)能量耗散自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。在能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，能量的總量是守恒的，但能量的品質(zhì)卻降低了，可被人類直接利用的能量在逐漸減少，這就是能量耗散現(xiàn)象。能量耗散現(xiàn)象說明，能量雖然守恒，但我們還要節(jié)約能源。綜合鏈接基礎(chǔ)級例1 豎直上拋一小球，小球又落回原處，已知空氣阻力的大小正比于小球的速度．下列說法正確的是（ ）A. 上升過程中克服重力做的功大于下降過程中重力做的功B. 上升過程中克服重力做的功小于下降過程中重力做的功C. 上升過程中克服重力做功的平均功率大于下降過程中重力的平均功率D. 上升過程中克服重力做功的平均功率小于下降過程中重力的平均功率提示 從功與功率的概念出發(fā)，尋找小球在上升過程與下落過程中的變量與不變量。解析 小球在上升過程克服重力做的功和下降過程重力做的功均為，而小球克服重力做功的平均功率或重力做功的平均功率, 又 ，由于空氣阻力做負(fù)功，小球落地時的速度小于拋出時的速度，即，故。正確選項為C。圖5—70θFOABl點悟 本題涉及功和功率的基本概念，比較小球在上升和下落階段通過的位移及時間的大小關(guān)系，是判斷此題的關(guān)鍵。例2 質(zhì)量為m的小球用長為l的輕繩懸掛于O點，如圖5—70所示，第一次小球在水平力F1的作用下，從平衡位置A點緩慢地移到B點，力F1做的功W1；第二次小球在水平恒力F2的作用下，從平衡位置A點移到B點，力F2做的功為W2。則 （ BD ）A. W1一定等于W2 B. W1可能等于W2C. W1可能大于W2 D. W1可能小于W2提示 注意分析小球移到B點時的速度是否為0。解析 在水平力F1的作用下，力F1做的功W1在數(shù)值上等于小球增加的重力勢能；在水平恒力F2的作用下，小球可能一直做加速運動到達(dá)B點、也可能先加速再減速到達(dá)B點，此時小球速度可能為零亦可能不為0。這樣，力F2做的功W2在數(shù)值上有可能等于重力勢能的增量、也可能等于重力勢能增量與動能增量之和，因而正確選項為B
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