判斷系統(tǒng)機(jī)械能守恒的方法

1、.；判斷系統(tǒng)機(jī)械能守恒的方法河南省南陽(yáng)市社旗一高牟長(zhǎng)華摘要：從系統(tǒng)的受力情況、系統(tǒng)受力的做功情況，對(duì)系統(tǒng)機(jī)械能守恒條件進(jìn)行了總結(jié)，介紹了判斷系統(tǒng)機(jī)械能守恒的方法，應(yīng)用判斷守恒方法解析具體的例題；對(duì)系統(tǒng)所受內(nèi)力的做功情況進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：系統(tǒng)機(jī)械能守恒內(nèi)力在高中物理教材中機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容是“在只有重力、彈力做功的情形下，物體的動(dòng)能和勢(shì)能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總量保持不變?！贝吮硎霾粔蛉?，容易誤導(dǎo)學(xué)生認(rèn)為如果有除了重力、彈力的其他力做功的話，則機(jī)械能不守恒。在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)加以擴(kuò)展，通過(guò)設(shè)計(jì)的專題使學(xué)生對(duì)機(jī)械能守恒定律有更深入的認(rèn)識(shí)。物理學(xué)中把勢(shì)能和動(dòng)能統(tǒng)稱機(jī)械能，勢(shì)能存在于具有相互作用的

2、物體之間，也就是說(shuō)勢(shì)能應(yīng)該是相互作用的兩個(gè)物體共同所有，比如重力勢(shì)能是物體和地球共有，彈性勢(shì)能是彈簧和使之發(fā)生形變的物體共有。在討論勢(shì)能時(shí)必須是多個(gè)物體組成的系統(tǒng)，所以在討論機(jī)械能時(shí)也應(yīng)該選一個(gè)系統(tǒng)作為研究對(duì)象。如在討論重力勢(shì)能時(shí)就要選物體和地球?yàn)橄到y(tǒng)，在討論彈性勢(shì)能時(shí)就要選發(fā)生彈性形變的物體和使之發(fā)生形變的物體為系統(tǒng)。對(duì)一個(gè)系統(tǒng)的受力情況，可以根據(jù)施力物體和受力物體是否在所選的系統(tǒng)內(nèi)，把系統(tǒng)受的力分為外力和內(nèi)力。施力物體在所選系統(tǒng)外，而受力物體在系統(tǒng)內(nèi)，相對(duì)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)此力就可叫外力，如果施力物體和受力物體都在所選系統(tǒng)內(nèi)，則此力叫內(nèi)力。在討論重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能的時(shí)候，重力和彈力就是系統(tǒng)所受的內(nèi)力

3、。在判斷系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒時(shí)可以通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)能量的轉(zhuǎn)化來(lái)判斷，也可以分析內(nèi)力、外力的做功情況來(lái)判斷系統(tǒng)的機(jī)械能是否守恒。現(xiàn)把分析內(nèi)力、外力的做功情況來(lái)判斷系統(tǒng)的機(jī)械能是否守恒的方法介紹如下：一、系統(tǒng)機(jī)械能守恒條件如果系統(tǒng)所受的外力滿足其中一條，則系統(tǒng)機(jī)械能有可能守恒，判斷機(jī)械能是否守恒不光分析系統(tǒng)所受外力情況，還要看所受內(nèi)力情況。如果系統(tǒng)所受外力滿足以上條件之一，而系統(tǒng)所受內(nèi)力又滿足以下其中一條，則系統(tǒng)機(jī)械能就守恒。用系統(tǒng)所受內(nèi)力、外力的做功情況來(lái)判斷系統(tǒng)的機(jī)械能守恒時(shí)，外力和內(nèi)力要同時(shí)滿足以上條件，機(jī)械能才守恒。二、應(yīng)用舉例例1 如圖1所示，在光滑水平地面上勻速運(yùn)動(dòng)的物體其機(jī)械能是否守恒？圖1

4、解析：在此題中說(shuō)物體的機(jī)械能是一種習(xí)慣說(shuō)法，其實(shí)應(yīng)該是物體和地球組成的系統(tǒng)的機(jī)械能。選物體和地球?yàn)檠芯肯到y(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行受力分析：外力：不受外力作用；內(nèi)力：重力，支持力；支持力不做功，由機(jī)械能守恒條件可判斷系統(tǒng)機(jī)械能守恒。例2 如圖2所示，在粗糙水平地面一物體在水平F作用下做勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體其機(jī)械能是否守恒？解析：選物體和地球?yàn)檠芯肯到y(tǒng)，對(duì)其起進(jìn)行受力分析：外力：受摩擦力、拉力F作用；內(nèi)力：重力、支持力；由機(jī)械能守恒條件可判斷系統(tǒng)機(jī)械能不守恒。例3 如圖3所示，物體在斜面上受到平行斜面向下的拉力作用，沿斜面向下運(yùn)動(dòng)。已知拉力的大小恰好等于物體所受的摩擦力，則物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能是否守恒？解析：

5、如果選斜面、物體、地面三者來(lái)組成研究系統(tǒng)則：內(nèi)力：摩擦力、支持力N、重力G；外力：沿斜面向下的拉力F；由機(jī)械能守恒條件可判斷系統(tǒng)機(jī)械能不守恒。如果選物體、地面來(lái)組成系統(tǒng)則：內(nèi)力：重力G、支持力N；外力：拉力F、摩擦力（它倆做功大之和為零）；由機(jī)械能守恒條件可判斷系統(tǒng)機(jī)械能守恒。可見(jiàn)系統(tǒng)機(jī)械能守恒與否與所選那些物體為研究系統(tǒng)有關(guān)。三、對(duì)內(nèi)力做功的理解內(nèi)力都存在所選取系統(tǒng)之內(nèi)，由力的相互性可知，必是成對(duì)出現(xiàn)的。如圖4所示，光滑滑輪兩端用輕繩掛著兩個(gè)質(zhì)量不相等的物體，在兩物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，機(jī)械能守恒，但內(nèi)力做功了，內(nèi)力對(duì)做負(fù)功，而對(duì)繩子的拉力對(duì)繩子做正功，同理與也是一個(gè)做正功一個(gè)做負(fù)功，且絕對(duì)值相同，所以內(nèi)力做功為零。所以運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒。那么內(nèi)力做功一定為零嗎？圖4如圖5所示，A木塊以初速度V滑上靜止在光滑水平面上的B木塊，最后A、B以共同速度運(yùn)動(dòng)，此過(guò)程中選A、B、地面為系統(tǒng)，則AB間的摩擦力是內(nèi)力，由于A相對(duì)于地面滑動(dòng)的距離大于B相對(duì)于地面滑動(dòng)的距離，所以AB間相互摩擦力做功不為零，系統(tǒng)機(jī)械能不守恒。可見(jiàn)，一般情況下內(nèi)力是摩擦力時(shí)內(nèi)力做功不為零。遇到此類(lèi)型題用系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化來(lái)判斷是否守恒更容易，本題中系統(tǒng)機(jī)械能有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以機(jī)械能不守恒。 圖5機(jī)械能是否守恒的判斷是教學(xué)難點(diǎn)，也是重點(diǎn)，運(yùn)用其守恒為解決力學(xué)問(wèn)題開(kāi)辟了新的途徑。避開(kāi)了運(yùn)用牛