机械能守恒定律的定义整理

黄飞老师

机械能守恒定律的定义

在只有重力或弹力做功的物体系统内(或者不受其他外力的作用下),物体系统的动能和势能(包括重力势能和弹性势能)发生相互转化,但机械能的总能量保持不变。这个规律叫做机械能守恒定律。

机械能守恒定律

机械能守恒定律(law of conservation of mechanical energy)是动力学中的基本定律,即任何物体系统如无外力做功,系统内又只有保守力(见势能)做功时,则系统的机械能(动能与势能之和)保持不变。外力做功为零,表明没有从外界输入机械功;只有保守力做功,即只有动能和势能的转化,而无机械能转化为其他能,符合这两条件的机械能守恒对一切惯性参考系都成立。

这个定律的简化说法为:质点(或质点系)在势场中运动时,其动能和势能的和保持不变;或称物体在重力场中运动时动能和势能之和不变。这一说法隐含可以忽略不计产生势力场的物体(如地球)的动能的变化。这只能在一些特殊的惯性参考系如地球参考系中才成立。如图所示,若不考虑一切阻力与能量损失,滚摆只受重力作用,在此理想情况下,重力势能与动能相互转化,而机械能不变,滚摆将不断上下运动。

初中物理中的功与机械能

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1、做功的含义:如果一个力作用在物体上,物体在这个力的方向上移动了一段距离,这个力的作用就显示出成效,力学里就说这个力做了功。

力学里所说的功包括两个必要因素:一是作用在物体上的力,二是物体在这个力的方向上移动的距离。不做功的三种情况:有力无距离、有距离无力、力和距离垂直。

2、功的计算:作用在物体上力越大,使物体移动的距离越大,这个力的成效越显著,说明力所做的功越多。

物理学中把力与在力的方向上移动的距离的乘积叫做功:功=力×力的方向上移动的距离用公式表示:W=FS,

符号的意义及单位:

W——功——焦耳(J)

F——力——牛顿(N)

S——距离——米(m)

功的单位:焦耳(J),1J=1N·m。

注意:①分清哪个力对物体做功,计算时F就是这个力;②公式中S一定是在力F的方向上通过的距离,必须与F对应。③功的单位“焦”(牛·米=焦),不要和力和力臂的乘积(牛·米,不能写成“焦”)单位搞混。

3、功的原理:使用机械时,人们所做的功,都不会少于不用机械时所做的功,也就是使用任何机械都不省功。

说明:

①功的原理是一个普遍的结论,对于任何机械都适用。

②功的原理告诉我们,使用机械要省力必须费距离,要省距离必须费力,既省力又省距离的机械是没有的。

③使用机械虽然不能省功,但人类仍然使用,是因为使用机械或者可以省力、或者可以省距离、或者可以改变力的方向,给人类工作带来很多方便。

④我们做题遇到的多是理想机械(忽略摩擦和机械本身的重力)理想机械:使用机械时人们所做的功(FS)=不用机械时对重物所做的功(Gh)。

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功率

1、定义:功与做功所用时间之比。

2、物理意义:表示做功快慢的物理量。

3、定义公式:P=W/t

使用该公式解题时,功W的单位:焦(J),时间t的单位:秒(s),功率P的单位:瓦(W)。

4、单位:主单位:W ,常用单位 kW,它们间的换算关系是:1kW=10^3W

5、推导公式:P =Fυ;公式中P表示功率,F表示作用在物体上的力,υ表示物体在力F的方向上运动的速度。使用该公式解题时,功率P的单位:瓦(W),力F的单位:牛(N),速度υ的单位:米/秒(m/s)。

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动能和势能

1、能量:物体能够对外做功,表示这个物体具有能量,简称能。

理解:

①能量表示物体做功本领大小的物理量;能量可以用能够做功的多少来衡量。

②一个物体“能够做功”并不是一定“要做功”,也不是“正在做功”或“已经做功”如:山上静止的石头具有能量,但它没有做功。也不一定要做功。

2、动能

①定义:物体由于运动而具有的能,叫做动能。

②决定动能大小的因素:

动能的大小与质量和速度有关。质量相同的物体,运动的速度越大,它的动能越大;运动速度相同的物体,质量越大,它的动能也越大。

3、重力势能

①物体由于高度所决定的能,叫做重力势能。

②决定重力势能大小的因素: 重力势能的大小与物体的质量和物体被举起的高度有关。

高度相同的物体,物体的质量越大,重力势能越大;质量相同的物体,物体的高度越高,重力势能越大。

4、弹性势能

物体由于发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能。物体的弹性形变越大,它的弹性势能就越大。

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机械能及其转化

1:机械能:动能和势能的统称。(机械能=动能+势能)单位是:J

动能和势能之间可以互相转化的。方式有:动能和重力势能之间可相互转化;动能和弹性势能之间可相互转化。

2:机械能守恒:只有动能和势能的相互转化,机械能的总和保持不变。人造地球卫星绕地球转动,机械能守恒;近地点动能最大,重力势能最小;远地点重力势能最大,动能最小。近地点向远地点运动,动能转化为重力势能。

中考、统考必考点:机械能及其转化

动能

一个物体是否有动能,就要看它是否运动,动能是否变化,就要看它的速度是否变化。

如下图,猎豹与蹬羚的动能都在变化。

重力势能

一个物体是否有重力势能,就要看它是否被举高,重力势能是否变化,就要看它的高度是否变化。

例如:在平直公路上行驶的汽车,无论它的质量大小,它的重力势能不变;火箭发射时,它的高度在变重力势能也在变。

弹性势能

一个物体是否有弹性势能,就要看它是否发生弹性形变,弹性势能是否变化,就要看它的弹性形变有没有变化。

例如:跳蹦床,床面不断形变,弹性势能也不断发生变化。