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1、一、單個物體的機(jī)械能守恒一、單個物體的機(jī)械能守恒判斷一個物體的機(jī)械能是否守恒有兩種方法:(1)物體在運(yùn)動過程中只有重力做功,物體的機(jī)械能守恒。物體在運(yùn)動過程中不受媒質(zhì)阻力和摩擦阻力,物體的機(jī)械能守恒。所涉及到的題型有四類:(1)阻力不計的拋體類。)阻力不計的拋體類。(2)固定的光滑斜面類。)固定的光滑斜面類。(3)固定的光滑圓弧類。)固定的光滑圓弧類。(4)懸點(diǎn)固定的擺動類。懸點(diǎn)固定的擺動類。(1)阻力不計的拋體類包括豎直上拋;豎直下拋
2、;斜上拋;斜下拋;平拋,只要物體在運(yùn)動過程中所受的空氣阻力不計。那么物體在運(yùn)動過程中就只受重力作用,也只有重力做功,通過重力做功,實(shí)現(xiàn)重力勢能與機(jī)械能之間的等量轉(zhuǎn)換,因此物體的機(jī)械能守恒。例:在高為h的空中以初速度v0拋也一物體,不計空氣阻力,求物體落地時的速度大小?分析:物體在運(yùn)動過程中只受重力,也只有重力做功,因此物體的機(jī)械能守恒,選水平地面為零勢面,則物體拋出時和著地時的機(jī)械能相等得:2202121tmvmvmgh??ghvvt2
3、20??(2)固定的光滑斜面類在固定光滑斜面上運(yùn)動的物體,同時受到重力和支持力的作用,由于支持力和物體運(yùn)動的方向始終垂直,對運(yùn)動物體不做功,因此,只有重力做功,物體的機(jī)械能守恒。例,以初速度v0沖上傾角為?光滑斜面,求物體在斜面上運(yùn)動的距離是多少?分析:物體在運(yùn)動過程中受到重力和支持力的作用,但只有重力做功,因此物體的機(jī)械能守恒,選水平地面為零勢面,則物體開始上滑時和到達(dá)最高時的機(jī)械能相等得:?sin2120???mgsmghmv?si
4、n220gvs?(3)固定的光滑圓弧類在固定的光滑圓弧上運(yùn)動的物體,只受到重力和支持力的作用,由于支持力始終沿圓弧的法線方向而和物體運(yùn)動的速度方向垂直,對運(yùn)動物體不做功,故只有重力做功,物體的機(jī)械能守恒。例:固定的光滑圓弧豎直放置,半徑為R,一體積不計的金屬球在圓弧的最低點(diǎn)至少具有多大的速度才能作一個完整的圓周運(yùn)動?分析:物體在運(yùn)動過程中受到重力和圓弧的壓力,但只有重力做功,因此物體的機(jī)械能守恒,選物體運(yùn)動的最低點(diǎn)為重力勢能的零勢面,則
5、物體在最低和最高點(diǎn)時的機(jī)械能相等22021221tmvRmgmv??要想使物體做一個完整的圓周運(yùn)動,物體到達(dá)最高點(diǎn)時必須具有的最小速度為:所以Rgvt?gRv50?(4)懸點(diǎn)固定的擺動類和固定的光滑圓弧類一樣,小球在繞固定的懸點(diǎn)擺動時,受到重力和拉力的作用。由于懸線的拉力自始至終都沿法線方向,和物體運(yùn)動的速度方向垂直而對運(yùn)動物體不做功。因此只有重力做功,物體的機(jī)械能守恒。第三種情況下,由于其它形式的能參與了機(jī)械能的轉(zhuǎn)換,系統(tǒng)的機(jī)械能就不
6、再守恒了。歸納起來,系統(tǒng)的機(jī)械能守恒問題有以下四個題型:(1)輕繩連體類(輕繩連體類(2)輕桿連體類)輕桿連體類(3)在水平面上可以自由移動的光滑圓弧類。)在水平面上可以自由移動的光滑圓弧類。(4)懸點(diǎn)在水平面上可以自由移動的擺動類。)懸點(diǎn)在水平面上可以自由移動的擺動類。(1)輕繩連體類這一類題目,系統(tǒng)除重力以外的其它力對系統(tǒng)不做功,系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用力是輕繩的拉力,而拉力只是使系統(tǒng)內(nèi)部的機(jī)械能在相互作用的兩個物體之間進(jìn)行等量的轉(zhuǎn)換,并
7、沒有其它形式的能參與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換,所以系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。例:如圖,傾角為?的光滑斜面上有一質(zhì)量為M的物體,通過一根跨過定滑輪的細(xì)繩與質(zhì)量為m的物體相連,開始時兩物體均處于靜止?fàn)顟B(tài),且m離地面的高度為h,求它們開始運(yùn)動后m著地時的速度?分析:對M、m和細(xì)繩所構(gòu)成的系統(tǒng),受到外界四個力的作用。它們分別是:M所受的重力Mg,m所受的重力mg,斜面對M的支持力N,滑輪對細(xì)繩的作用力F。M、m的重力做功不會改變系統(tǒng)的機(jī)械能,支持力N垂直于M的運(yùn)動
8、方向?qū)ο到y(tǒng)不做功,滑輪對細(xì)繩的作用力由于作用點(diǎn)沒有位移也對系統(tǒng)不做功,所以滿足系統(tǒng)機(jī)械能守恒的外部條件,系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用力是細(xì)繩的拉力,拉力做功只能使機(jī)械能在系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行等量的轉(zhuǎn)換也不會改變系統(tǒng)的機(jī)械能,故滿足系統(tǒng)機(jī)械能守恒的外部條件。在能量轉(zhuǎn)化中,m的重力勢能減小,動能增加,M的重力勢能和動能都增加,用機(jī)械能的減少量等于增加量是解決為一類題的關(guān)鍵可得222121sinmvMvMghmgh????mMMmghv???)sin(2?需要
9、提醒的是,這一類的題目往往需要利用繩連物體的速度關(guān)系來確定兩個物體的速度關(guān)系例:如圖,光滑斜面的傾角為?,豎直的光滑細(xì)桿到定滑輪的距離為a,斜面上的物體M和穿過細(xì)桿的m通過跨過定滑輪的輕繩相連,開始保持兩物體靜止,連接m的輕繩處于水平狀態(tài),放手后兩物體從靜止開始運(yùn)動,求m下降b時兩物體的速度大小?(2)輕桿連體類這一類題目,系統(tǒng)除重力以外的其它力對系統(tǒng)不做功,物體的重力做功不會改變系統(tǒng)的機(jī)械能,系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用力是輕桿的彈力,而彈力只
10、是使系統(tǒng)內(nèi)部的機(jī)械能在相互作用的兩個物體之間進(jìn)行等量的轉(zhuǎn)換,并沒有其它形式的能參與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換,所以系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。例:如圖,質(zhì)量均為m的兩個小球固定在輕桿的端,輕桿可繞水平轉(zhuǎn)軸在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動,兩小球到軸的距離分別為L、2L,開始桿處于水平靜止?fàn)顟B(tài),放手后兩球開始運(yùn)動,求桿轉(zhuǎn)動到豎直狀態(tài)時,兩球的速度大小分析:由輕桿和兩個小球所構(gòu)成的系統(tǒng)受到外界三個力的作用,即A球受到的重力、B球受到的重力、軸對桿的作用力。兩球受到的重力做功不
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