物体的动能和势能之和称为物体的机械能,势能可以是引力势能、弹性势能等。
只有在重力(或弹簧的弹力)做功的情形下,物体的重力势能(或弹性势能)和动能发生相互转化,但总机械能保持不变。
守恒条件
只有重力或弹力做功
表达式
首先
(胡克定律的表达式为f=kx,其中k是劲度系数,x是物体的形变量。在国际单位制中,f的单位是牛,x的单位是米,它是形变量(弹性形变),k的单位是牛/米。劲度系数在数值上等于弹簧伸长(或缩短)单位长度时的弹力)
动能为
1)系统的初、末状态机械能守恒
机械能守恒的证明
、
的差,即
……(1)
时的速度。由质点运动微分方程的切向投影式得:
为F沿曲线切向的分量。对上式两边乘以dS得:
进行积分,并代入(1)式,可得:
和点的动能。由此可见,质点在势力场中运动时,机械能保持恒量。故势力场又称保守力场,有势力又称保守力。
和 运动时,有势力F沿二路径所作的功相等。
守恒方法
(1)做功条件分析法:
当发生动能与重力势能的转化时,只有重力做功,当发生动能与弹性势能的转化时,只有弹力做功,其他力均不做功,则系统的机械能守恒。
(2)能量转换分析法:
若只有系统内物体间动能和重力势能及弹性势能的转化,系统跟外界没有发生机械能的传递,机械能也没有转化成其他形式的能(如没有内能的增加,比如温度升高),则系统的机械能守恒。
(3)增减情况分析法:
若系统的动能与势能均增加或均减少,则系统的机械能不守恒:若系统的动能或势能不变,而势能或动能却发生了变化,则系统的机械能不守恒:若系统内各个物体的机械能均增加或均减少,则系统的机械能也不守恒。
注意:在判断机械能是否守恒时,一定要先选定系统(看清题目说定的系统)。
有两种情况:
1.如果将产生弹力的的东西(比如说弹簧,下同)算作系统内的,那么机械能守恒。
2.如果将弹簧算作系统外的,那么机械能不守恒。此时弹簧的弹力对物体做功,使物体(系统)的动能和重力势能有所改变。
例如,弹簧悬挂的小球。(高中物理练习中经常出错的问题)
如果将小球和弹簧看成一个整体系统,则系统机械能是守恒的。
小球的机械能是不守恒。(平常大家说某物体的机械能,实质上是把物体与地球当做一个系统,是一种简便说法。 因为重力势能是物体与地球所共有的。)
另外,对一些绳子突然绷紧、物体间碰撞等问题机械能一般不守恒,除非题目中有特别说明或暗示。