機械能是由三部分能量組成的——重力勢能、彈性勢能、動能。三者具有一個共同特征:“相對性”——總是相對于某一其他物體而言:重力勢能相對于零勢面而言,彈性勢能相對于勢能零點而言,動能相對于參考系而言。因此機械能并不是某個物體獨有的,而是物體與其參考物所共有的能量,這就是機械能的“系統性”特征。
之前研究的是單個物體和地球之間組成系統的機械能守恒,如:國際空間站在萬有引力作用下圍繞地球做勻速圓周運動。今天來看這樣一個情況:空間站被幾個飛碟通過彈簧給捕捉、挾持了,組成一個整體,稱之為“系統”。這個多質點的系統與地球間機械能守恒嗎?如何去判斷呢?
回顧一對兒概念“内力與外力”:什麼是内力呢?飛碟和空間站之間的彈力,這種成對兒産生于系統内部,并且等大反向的力叫做内力,内力對于機械能是否有影響?顯然沒有!因為它們做功的效果相反,一個做功 5J,一個做功-5J,代數和為0.就像班裡一個同學給了另一個同學一塊兒糖,咱們班含糖量變不變?是不變的;能夠影響機械能的力是哪個力呢?是“外力”并且其對系統做功,就像從外面給班内抛入一塊兒糖,含糖量是不是就要增加?為了使機械能守恒不變,對外力要做以下幾點要求:1、隻受保守力作用;2、除保守力外,還受其他力作用,但這些力不做功;3、除保守力外,還受其他力作用,且這些力在做功,但做功的代數和為0。這就是多質點組成的系統與地球機械能守恒的條件。
利用多質點系統機械能守恒條件解題步驟①利用條件判斷:系統機械能是否守恒;
②先整體:對系統列機械能守恒定律;
③後隔離:對系統内某一質點(機械能不守恒)列動能定理;
④聯立方程組:解方程。
多質點系統機械能守恒題型分類①利用機械能守恒求解鉸鍊類問題
解析 M下落過程中,繩的拉力對M做負功,M的機械能減少;m上升過程,繩的拉力對m做正功,m的機械能增加,A錯誤;對M、m組成的系統,機械能守恒,易得B、D正确;M減少的重力勢能并沒有全部用于m重力勢能的增加,還有一部分轉變成M、m的動能,所以C錯誤.m物體就是人生赢家,來!感受一下開挂的人生:它的重力勢能、動能無償的就增大了,相當于在那兒啥都不幹,别人就給錢給錢給錢。但是往往一個成功的人背後肯定站着一個無私付出的人,它就是M,M啥都幹了,重力一直在做功,但是别人還從它的口袋裡拿錢拿錢拿錢,重力勢能在不斷的減少。
解析 Q球從水平位置下擺到最低點的過程中,受重力和杆的作用力,杆的作用力是Q球運動的阻力(重力是動力),對Q球做負功;P球是在杆的作用下上升的,杆的作用力是動力(重力是阻力),對P球做正功.所以,由功能關系可以判斷,在Q球下擺過程中,P球重力勢能增加、動能增加、機械能增加,Q球重力勢能減少、機械能減少;由于P球和Q球整體隻有重力做功,所以系統機械能守恒.本題的正确答案是B、C.
解析 圓環受到重力、支持力和彈簧的彈力作用,支持力不做功,故環的機械能與彈簧的彈性勢能總和保持不變,故全過程彈簧的彈性勢能變化量等于環的機械能變化量,C正确,圓環的機械能不守恒,A錯誤.彈簧垂直杆時彈簧的壓縮量最大,此時圓環有向下的速度,故此時彈性勢能比末狀态的彈性勢能小,即:最終狀态彈簧被拉長,且彈性勢能達到最大,此時圓環的動能為零,所以彈性勢能是先增加後減小最後又增大,B、D錯誤.
②利用機械能守恒求解鍊條類問題
因為在高中階段不研究任意形狀物體的重心問題,所以在計算鍊條及相似物體的重力勢
能時,采取的方法如下:
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