对机械能守恒定律中弹力的理解

对机械能守恒定律中弹力的理解
〔关键词〕物理教学;机械能守恒定律;弹力;
做功;动能;势能
12(A)—0054—01
在机械能守恒定律中,弹力可以理解为弹簧的弹力、绳子的弹力、杆的弹力、支持面的弹力、连续物体之间的弹力.首先我们要明确机械能守恒定律研究的对象一定是系统,可分为四种情况:单个物体与地球组成的系统;多个物体与地球组成的系统;单个物体与弹簧(或绳、杆等)、地球组成的系统;多个物体与弹簧(或绳、杆等)、地球组成的系统.
一、弹簧的弹力
如图所示,在光滑水平面上运动的小球碰到一个一端固定的弹簧,把弹簧压缩后,又被弹回来,问在这个过程中机械能是否守恒?
本题中,在弹簧、小球和地球组成的系统中,墙壁对弹簧的弹力为系统的外力,不做功.小球的重力、地面对小球的支持力和弹簧对小球的弹力为系统的内力,只有弹簧对小球的弹力做功,动能与势能相互转化,系统机械能守恒.
二、绳子的弹力
如图所示,一根不可伸长的柔软轻绳跨过光滑定滑轮,绳两端各系一小球a和b,a球质量为m,静置于地面.b球质量为3m,用手托住,高度为h,此时轻绳刚好拉紧.从静止开始释放b后,a可能达到的最大高度为()
A. h
B. 1.5h
C. 2h
D. 2.5h
本题中,选a、b两小球、轻绳和地球组成的系统为研究对象,滑轮对轻绳的弹力为外力,不做功.两小球的重力和轻绳的弹力为内力,都做功,动能和势能相互转化,系统机械能守恒.(解题过程略)
三、杆的弹力
如图所示,一质量不计的直角形支架两端分别连接质量均为m的小球A和B.支架的两直角边长度分别为L和2L,支架可绕固定轴O在竖直平面内无摩擦转动,开始时OA边处于水平位置,由静止释放,则OA边转动到处于竖直位置时,A球的速度大小为多少?
本题中,选取两小球、支架和地球组成的系统为研究对象,固定轴O对支架的支持力为外力,不做功.两小球的重力和支架的弹力为内力,都做功,动能与势能相互转化,系统机械能守恒.(解题过程略)
四、支持面的弹力
如图所示,质量为M的光滑斜面,高为h,放在光滑水平面上,斜面顶端有一质量为m(可视为质点)的物块由静止释放,则物块滑到斜面底端时,它们的速度各是多少?
本题中,选取物块m、斜面M和地球组成的系统为研究对象,它们不受任何外力.物块和斜面的重力、地面对斜面的支持力、斜面和物块间的弹力为内力,只有物块的重力与斜面和物块间的弹力做功,势能转化为动能,系统机械能守恒.(解题过程略)
五、连续物体之间的弹力
如图所示,总长为L的光滑匀质铁链,跨过一个光滑的轻小滑轮,开始时底端相齐,当略有拉动时,其一段下落,则铁链刚脱离滑轮的瞬间速度为多大?
本题中,选取铁链和地球组成的系统为研究对象,以每个链扣为一个质量单元,各链扣的重力和链扣间的弹力做功,势能和动能相互转化,系统机械能守恒.(解题过程略)。