谈高中物理中机械能守恒定律的描述
机械能守恒定律知识点总结
机械能守恒定律知识点总结机械能守恒定律是高中物理中一个非常重要的定律,它描述了在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能与势能可以相互转化,而总的机械能保持不变。
下面我们来详细总结一下机械能守恒定律的相关知识点。
一、机械能的概念机械能包括动能、重力势能和弹性势能。
动能:物体由于运动而具有的能量,表达式为$E_{k}=\frac{1}{2}mv^2$,其中$m$是物体的质量,$v$是物体的速度。
重力势能:物体由于被举高而具有的能量,表达式为$E_{p}=mgh$,其中$m$是物体的质量,$g$是重力加速度,$h$是物体相对于参考平面的高度。
弹性势能:物体由于发生弹性形变而具有的能量,与弹簧的劲度系数和形变程度有关。
二、机械能守恒定律的内容在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能与势能可以相互转化,而总的机械能保持不变。
三、机械能守恒定律的表达式1、初状态的机械能等于末状态的机械能,即$E_{k1} + E_{p1} =E_{k2} + E_{p2}$。
2、动能的增加量等于势能的减少量,即$\Delta E_{k} =\Delta E_{p}$。
四、机械能守恒定律的条件1、只有重力或弹力做功。
2、受其他力,但其他力不做功或做功的代数和为零。
需要注意的是,“只有重力或弹力做功”不能简单地理解为“只受重力或弹力”。
例如,物体在光滑水平面上做匀速圆周运动,虽然受到绳子的拉力,但拉力始终与速度方向垂直,不做功,所以物体的机械能守恒。
五、机械能守恒定律的应用1、单个物体的机械能守恒分析物体的受力情况,判断机械能是否守恒。
确定初末状态,选择合适的表达式列方程求解。
例如,一个物体从高处自由下落,我们可以根据机械能守恒定律$mgh_1 =\frac{1}{2}mv^2 + mgh_2$来求解物体下落某一高度时的速度。
2、多个物体组成的系统的机械能守恒分析系统内各个物体的受力情况,判断机械能是否守恒。
确定系统的初末状态,注意研究对象的选择和能量的转化关系。
高中物理机械能及守恒定律专题及解析
高中物理机械能及守恒定律专题及解析高中物理机械能及守恒定律专题及解析一、机械能的概念及计算公式机械能是指一个物体同时具有动能和势能的能量,它是物体运动时的总能量。
机械能可以通过以下公式计算:机械能 = 动能 + 势能其中,动能的公式为:动能 = 1/2 ×质量 ×速度²势能的公式为:势能 = 质量 ×重力加速度 ×高度二、机械能守恒定律的表述及应用机械能守恒定律指的是,在一个封闭系统中,如果只有重力做功,没有其他非保守力做功,那么该系统的机械能守恒,即机械能的总量不会发生变化。
这一定律可以通过以下实验进行验证:将一个小球从一定高度上自由落下,当小球下落到一定高度时,用一个弹性绳接住小球,使其反弹上升,然后再次自由下落。
实验结果表明,当小球反弹的高度恰好等于初始下落高度时,机械能守恒定律成立。
在实际应用中,机械能守恒定律常常用于解决与能量转换和效率有关的问题。
例如,我们可以利用机械能守恒定律计算斜面上物体的滑动速度或滑动距离,来评估机械装置的效率。
此外,机械能守恒定律还可以用于解决弹簧振子、单摆等周期性运动问题。
三、机械能守恒定律的应用实例分析1. 斜面上物体滑动问题假设一个物体从斜面的顶端自由滑下,忽略空气阻力和摩擦力,那么当物体滑到斜面的底端时,动能和势能的变化可以用机械能守恒定律来表达。
设物体的质量为m,斜面的高度差为h,斜面的倾角为θ。
假设物体在斜面上的速度为v,那么动能和势能的变化可以表示为:动能的变化:ΔK = K(终) - K(始) = 1/2 × m × v² - 0 = 1/2 × m ×v²势能的变化:ΔU = U(终) - U(始) = m × g × h × sinθ - 0 = m × g× h × sinθ根据机械能守恒定律,动能的变化等于势能的变化,即:1/2 × m × v² = m × g × h × sinθ通过求解上述方程,可以得到物体在斜面上的滑动速度v的数值。
高中物理必修2机械能守恒定律 教材分析
机械能守恒定律教材分析(一)机械能动能、重力势能和弹性势能统称为机械能.(二)动能与势能的相互转化1.重力势能可以转化为动能物体自由下落或沿光滑斜面滑下时,重力对物体做正功,物体的重力势能减少.减少的重力势能到哪里去了?我们发现,在这些过程中,物体的速度增加了,表示物体的动能增加了.这说明,物体原来具有的重力势能转化成了动能.2.动能也可以转化为重力势能原来具有一定速度的物体,由于惯性在空中竖直上升或沿光滑斜面上升,这时重力做负功,物体的速度减小,表示物体的动能减少了.但这时物体的高度增加,表示它的重力势能增加了.这说明,物体原来具有的动能转化成了重力势能.3.弹性势能与动能之间也能相互转化.图5-8-1小孩松手后橡皮条收缩,弹力对模型飞机做功,弹性势能减少,飞机的动能增加.不仅重力势能可以与动能相互转化,弹性势能也可以与动能相互转化.被压缩的弹簧具有弹性势能,当弹簧恢复原来形状时,就把跟它接触的物体弹出去.这一过程中,弹力做正功,弹簧的弹性势能减少.而物体得到一定的速度,动能增加.射箭时弓的弹性势能减少,箭的动能增加,也是这样一种过程.4.结论:从上面的讨论可知,通过重力或弹力做功,机械能可以从一种形式转化成另一种形式.(三)机械能守恒定律动能与势能的相互转化是否存在某种定量的关系?这里以动能与重力势能的相互转化为例,讨论这个问题.1.定律的推导我们讨论物体只受重力的情况.如自由落体运动或各种抛体运动;或者虽受其他力,但其他力并不做功,如物体沿图5-8-2所示光滑曲面滑下的情形.一句话,在我们所研究的情形里,只有重力做功.图5-8-2 物体沿光滑曲面滑下在图5-8-2中,物体在某一时刻处在位置A,这时它的动能是E k1,重力势能是E p1,总机械能是E1=E k1+E p1.经过一段时间后,物体运动到另一位置B,这时它的动能是E k2,重力势能是E p2,总机械能是E2=E k2+E p1.以W表示这一过程中重力所做的功.从动能定理知道,重力对物体所做的功等于物体动能的增加,即W=E-E k1k2另一方面,从重力的功与重力势能的关系知道,重力对物体所做的功等于重力势能的减少(见本章第4节“重力势能”).即W=E-E p2p1从以上两式可得E-E k1=E p1-E p2k2移项后,有E+E p2=E k1+E p1k2即E2=E1可见,在只有重力做功的物体系统内,动能与重力势能可以互相转化,而总的机械能保持不变.同样可以证明,在只有弹力做功的物体系统内,动能和弹性势能可以互相转化,总的机械能也保持不变.2.定律的内容:在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能和势能可以互相转化,而总的机械能保持不变.3.定律适用条件只有重力做功或系统内弹力做功.4.对定律的理解(1)定律的研究对象(必包括地球)既可以是某一物体,也可以是某几个相互作用的物体构成的系统.如是由两个相互作用的物体构成的系统,一个物体机械能的增加,必定等于另一个物体机械能的减少,系统机械能总量保持不变.(2)对研究对象的受力分析注重于重力(弹力)之外的力,分析它们是否做功.(3)对研究对象进行状态分析必须选定参考系与零势能参考面,区分初、末状态,但在分析状态时不必考虑物体运动的具体路径.(四)应用机械能守恒定律解题的基本步骤1.根据题意,选取研究对象(物体或系统).2.明确研究对象的运动过程,分析对象在过程中的受力情况,弄清各力做功情况,判断是否符合机械能守恒的条件.3.恰当地选取参考平面,确定研究对象在过程的起始状态和末了状态的机械能(包括动能和重力势能).4.根据机械能守恒定律列方程,进行求解.。
人教版高中物理必修二第七章-机械能守恒定律-知识点归纳
第七章《机械能守恒定律》知识点总结一、功1概念:一个物体受到力的作用,并在力的方向上发生了一段位移,这个力就对物体做了功。
功是能量转化的量度。
2条件:. 力和力的方向上位移的乘积3公式:W=F S cos θW ——某力功,单位为焦耳(J )F ——某力(要为恒力),单位为牛顿(N ) S ——物体运动的位移,一般为对地位移,单位为米(m )θ——力与位移的夹角4功是标量,但它有正功、负功。
某力对物体做负功,也可说成“物体克服某力做功”。
当)2,0[πθ∈时,即力与位移成锐角,功为正;动力做功; 当2πθ=时,即力与位移垂直功为零,力不做功; 当],2(ππθ∈时,即力与位移成钝角,功为负,阻力做功; 5 功是一个过程所对应的量,因此功是过程量。
6功仅与F 、S 、θ有关,与物体所受的其它外力、速度、加速度无关。
7几个力对一个物体做功的代数和等于这几个力的合力对物体所做的功。
即W 总=W1+W2+…+Wn 或W 总= F 合Scos θ8 合外力的功的求法:方法1:先求出合外力,再利用W=Flcos α求出合外力的功。
方法2:先求出各个分力的功,合外力的功等于物体所受各力功的代数和。
1概念:功跟完成功所用时间的比值,表示力(或物体)做功的快慢。
2公式:tW P =(平均功率) θυc o s F P =(平均功率或瞬时功率)3单位:瓦特W4分类:额定功率:指发动机正常工作时最大输出功率实际功率:指发动机实际输出的功率即发动机产生牵引力的功率,P 实≤P 额。
5分析汽车沿水平面行驶时各物理量的变化,采用的基本公式是P=Fv 和F-f = ma 6 应用:(1)机车以恒定功率启动时,由υF P =(P 为机车输出功率,F 为机车牵引力,υ为机车前进速度)机车速度不断增加则牵引力不断减小,当牵引力f F =时,速度不再增大达到最大值m ax υ,则f P /max =υ。
(2)机车以恒定加速度启动时,在匀加速阶段汽车牵引力F 恒定为f ma +,速度不断增加汽车输出功率υF P =随之增加,当额定P P =时,F 开始减小但仍大于f 因此机车速度继续增大,直至f F =时,汽车便达到最大速度m ax υ,则f P /max =υ。
高中物理机械能守恒定律知识点
高中物理机械能守恒定律知识点一、机械能1.由物体间的相互作用和物体间的相对位置决定的能叫做势能.如重力势能、弹性势能、分子势能、电势能等.(1)物体由于受到重力作用而具有重力势能,表达式为 EP=一mgh.式中h 是物体到零重力势能面的高度.(2)重力势能是物体与地球系统共有的.只有在零势能参考面确定之后,物体的重力势能才有确定的值,若物体在零势能参考面上方高 h处其重力势能为EP=一mgh,若物体在零势能参考面下方低h处其重力势能为 EP=一mgh,“一”不表示方向,表示比零势能参考面的势能小,显然零势能参考面选择的不同,同一物体在同一位置的重力势能的多少也就不同,所以重力势能是相对的.通常在不明确指出的情况下,都是以地面为零势面的.但应特别注意的是,当物体的位置改变时,其重力势能的变化量与零势面如何选取无关.在实际问题中我们更会关心的是重力势能的变化量.(3)弹性势能,发生弹性形变的物体而具有的势能.高中阶段不要求具体利用公式计算弹性势能,但往往要根据功能关系利用其他形式能量的变化来求得弹性势能的变化或某位置的弹性势能.2.重力做功与重力势能的关系:重力做功等于重力势能的减少量WG=ΔEP 减=EP初一EP末,克服重力做功等于重力势能的增加量W克=ΔEP增=EP末—EP初特别应注意:重力做功只能使重力势能与动能相互转化,不能引起物体机械能的变化.3、动能和势能(重力势能与弹性势能)统称为机械能二、机械能守恒定律1、内容:在只有重力(和弹簧的弹力)做功的情况下,物体的动能和势能发生相互转化,但机械能的总量保持不变.2.机械能守恒的条件(1) 做功角度:对某一物体,若只有重力(或弹簧弹力)做功,其他力不做功(或其他力做功的代数和为零),则该物体机械能守恒.(2)能转化角度:对某一系统,物体间只有动能和重力势能及弹性势能的相互转化,系统和外界没有发生机械能的传递,机械能也没有转变为其他形式的能,则系统机械能守恒.3.表达形式:EK1+Epl=Ek2+EP2(1)我们解题时往往选择的是与题目所述条件或所求结果相关的某两个状态或某几个状态建立方程式.此表达式中EP是相对的.建立方程时必须选择合适的零势能参考面.且每一状态的EP都应是对同一参考面而言的.(2)其他表达方式,ΔEP=一ΔEK,系统重力势能的增量等于系统动能的减少量.(3)ΔEa=一ΔEb,将系统分为a、b两部分,a部分机械能的增量等于另一部分b的机械能的减少量。
高中物理必修二第七章-机械能守恒定律知识点总结
机械能知识点总结一、功1概念:一个物体受到力的作用,并在力的方向上发生了一段位移,这个力就对物体做了功。
功是能量转化的量度。
2条件:. 力和力的方向上位移的乘积3公式:W=F S cos θW ——某力功,单位为焦耳(J )F ——某力(要为恒力),单位为牛顿(N ) S ——物体运动的位移,一般为对地位移,单位为米(m )θ——力与位移的夹角4功是标量,但它有正功、负功。
某力对物体做负功,也可说成“物体克服某力做功”。
当)2,0[πθ∈时,即力与位移成锐角,功为正;动力做功; 当2πθ=时,即力与位移垂直功为零,力不做功; 当],2(ππθ∈时,即力与位移成钝角,功为负,阻力做功; 5功是一个过程所对应的量,因此功是过程量。
6功仅与F 、S 、θ有关,与物体所受的其它外力、速度、加速度无关。
7几个力对一个物体做功的代数和等于这几个力的合力对物体所做的功。
即W 总=W 1+W 2+…+Wn 或W 总= F 合Scos θ8 合外力的功的求法:方法1:先求出合外力,再利用W =Fl cos α求出合外力的功。
方法2:先求出各个分力的功,合外力的功等于物体所受各力功的代数和。
二、功率1概念:功跟完成功所用时间的比值,表示力(或物体)做功的快慢。
2公式:tW P =(平均功率) θυc o s F P =(平均功率或瞬时功率)3单位:瓦特W4分类:额定功率:指发动机正常工作时最大输出功率实际功率:指发动机实际输出的功率即发动机产生牵引力的功率,P 实≤P 额。
5分析汽车沿水平面行驶时各物理量的变化,采用的基本公式是P =Fv 和F-f = ma6 应用:(1)机车以恒定功率启动时,由υF P =(P 为机车输出功率,F 为机车牵引力,υ为机车前进速度)机车速度不断增加则牵引力不断减小,当牵引力f F =时,速度不再增大达到最大值m ax υ,则f P /max =υ。
(2)机车以恒定加速度启动时,在匀加速阶段汽车牵引力F 恒定为f ma +,速度不断增加汽车输出功率υF P =随之增加,当额定P P =时,F 开始减小但仍大于f 因此机车速度继续增大,直至f F =时,汽车便达到最大速度m ax υ,则f P /max =υ。
高中物理必修二第七章—7.8机械能守恒定律
⑵W=-3.2 J
例题13:在一个半径为R的半圆形轨道上端固定一个 小定滑轮,一根轻绳跨过定滑轮两端分别系着质量 分别为m1、m2可视为质点的小物块,如图所示。 释放轻绳,m1将从半圆形光滑轨道的顶端沿轨道由 静止下滑。求m1经过轨道最低点时的速度。
⑴试推导出第二宇宙速度的表达式。
⑵若要发射一颗距离地面的高度h=R的卫星,求该卫
星的发射速度。
(1)v2
2gR;(2)v0
3gR 2
强调:卫星在某轨道运行的线速度为v,则在该轨
道处脱离地球的速度为运行速度的√2倍。
资料:第三宇宙速度的推导,地球以30km/s的速度绕
太阳运动,地球上的物体也随着地球以这个速度绕太阳
A、子弹射入木块过程中,A、B系统的机械能守恒
B、子弹射入木块过程中,A、B系统的机械能不守恒
C、木块压缩弹簧的过程中,B、C系统的机械能守恒
D、木块压缩弹簧的过程中, A、B、C组成的系统机 械能守恒。
例题4:如图所示,小球自a点由静止自由下落,到b 点时与弹簧接触,到c点时弹簧被压缩到最短,若 不计弹簧质量和空气阻力,在小球由a→b→c的运 动过程中:( AD )
⑵守恒是针对某个特定的系统而言的。当过程中外界 (即外力)对系统(或系统对外界)做的总功不为零时, 即有能量的进、出系统时,系统的机械能就不守恒。
⑶守恒是机械能守恒,不是能量守恒。当过程中系统的 内力做功,使机械能与其它形式的能量有相互转化时, 系统机械能将不守恒。
⑷下列情况机械能不守恒:系统内有滑动摩擦力、电磁 力做功;系统内有动力装置(人、机械)做功;系统内 物体之间发生有动能损失的非弹性碰撞。
A.物体在A点具有的机械是:12 mv 2 mgH
什么是机械能守恒定律?
什么是机械能守恒定律?
机械能守恒定律是物理学中的一个基本定律,它表述的是在一个系统内,如果没有外力做功,那么系统的动能和势能的总和保持不变。
换句话说,机械能守恒定律表明,在只有重力或弹力做功的系统中,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。
这个定律可以用一个公式来表示:Ek0+Ep0=Ek1+Ep1,其中Ek0和Ep0表示初始状态的动能和势能,而Ek1和Ep1表示最终状态的动能和势能。
机械能守恒定律适用于很多情况,例如轻绳、轻杆模型、轻质弹簧、抛体等。
它是一个理想化的物理模型,因为在实际情况中,摩擦力等会消耗能量,导致机械能不守恒。
但在忽略摩擦力等能量损失的情况下,机械能守恒定律可以用来描述和分析机械系统的运动状态和能量变化。
机械能守恒定律的发现和应用对于物理学的发展有着重要的意义,它是物理学中一个基本的工具,可以帮助我们更好地理解和描述物体的运动状态和能量变化。
同时,它也是许多工程技术和科学研究的基石,为我们的生活和工作带来了许多便利和进步。
高中物理必修三机械能 能量守恒定律讲义
高中物理必修三机械能能量守恒定律讲义一、概述本讲义主要介绍了高中物理必修三中的机械能和能量守恒定律。
通过研究这一部分的内容,我们将了解机械能的概念以及能量守恒定律的应用。
二、机械能1. 机械能的定义机械能是指物体在运动过程中所具有的动能和势能的总和。
动能是物体由于运动而具有的能量,势能是物体由于位置关系而具有的能量。
2. 动能动能的定义为$E_k = \frac{1}{2} mv^2$,其中$E_k$表示动能,$m$表示物体的质量,$v$表示物体的速度。
3. 势能势能可以分为重力势能和弹性势能两种。
- 重力势能的定义为$E_p = mgh$,其中$E_p$表示重力势能,$m$表示物体的质量,$g$表示重力加速度,$h$表示物体的高度。
- 弹性势能的定义为$E_p = \frac{1}{2} kx^2$,其中$E_p$表示弹性势能,$k$表示弹簧的劲度系数,$x$表示弹簧的变形量。
三、能量守恒定律能量守恒定律是指在一个孤立系统中,能量总量保持不变。
这意味着物体在运动过程中,动能的增加必然伴随着势能的减少,反之亦然。
四、应用实例能量守恒定律在实际生活中有着广泛的应用。
以下是一些相关实例:1. 坠落物体:当物体从高处坠落时,重力势能减少而动能增加。
2. 弹簧振动:弹簧在振动过程中,动能和弹性势能相互转化。
3. 滑雪:滑雪过程中,重力势能转化为动能。
五、总结通过本讲义的研究,我们了解到了机械能的概念和能量守恒定律的应用。
能量守恒定律在物理学中起着重要的作用,并可以应用于各种实际问题的解决中。
以上就是高中物理必修三中关于机械能和能量守恒定律的讲义内容总结。
参考资料:- 高中物理必修三教材。
高中物理中的机械能守恒定律
高中物理中的机械能守恒定律在高中物理的学习中,机械能守恒定律是一个非常重要的知识点,它不仅在解决物理问题时有着广泛的应用,还能帮助我们更好地理解自然界中的能量转化规律。
什么是机械能守恒定律呢?简单来说,就是在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能与势能可以相互转化,而总的机械能保持不变。
这个定律反映了能量在不同形式之间的转化关系,但总量始终不变。
为了更深入地理解机械能守恒定律,我们先来分别认识一下机械能的两种主要形式:动能和势能。
动能,它与物体的质量和速度有关。
质量越大、速度越快,物体所具有的动能就越大。
比如一辆快速行驶的重型卡车,它具有很大的动能,一旦发生碰撞,产生的破坏力是巨大的。
动能的表达式是:$E_k =\frac{1}{2}mv^2$,其中$m$是物体的质量,$v$是物体的速度。
势能又分为重力势能和弹性势能。
重力势能与物体的质量、高度以及重力加速度有关。
一个放在高处的重物,具有较大的重力势能。
当它下落时,重力势能会逐渐转化为动能。
重力势能的表达式为:$E_p = mgh$,其中$m$是物体的质量,$g$是重力加速度,$h$是物体相对于参考平面的高度。
弹性势能则与物体的形变程度有关。
比如一个被压缩或拉伸的弹簧,就具有弹性势能。
那么,机械能守恒定律在什么情况下成立呢?首先,要满足只有重力或弹力做功。
这意味着没有摩擦力、空气阻力等其他力做功。
例如,一个自由下落的物体,在下落过程中只有重力做功,它的重力势能逐渐减小,转化为动能,但机械能的总量保持不变。
再比如,一个弹簧振子在水平方向上振动,只有弹簧的弹力做功,振子的动能和弹性势能相互转化,机械能也守恒。
机械能守恒定律为我们解决物理问题提供了很大的便利。
当我们遇到一个涉及动能和势能转化的问题时,如果能够判断机械能守恒,就可以列出相应的守恒方程,从而快速求解。
让我们通过一个具体的例子来看看如何应用机械能守恒定律。
假设有一个质量为$m$的小球,从高度为$h_1$的地方自由下落到一个光滑的弧形轨道上,然后到达高度为$h_2$的地方。
机械能守恒定律公式高中
机械能守恒定律公式高中
一、机械能守恒定律
1、机械能守恒定律:指在物理系统中,机械能量不会消失,而是在物
体之间转化形式并被保存下来,由此可知机械能量总和是保持不变的,即机械能量守恒定律。
2、机械能守恒定律:机械能定义为物体因受到力而产生的运动状态,
当物体上受力时,物体的机械能会发生转化,例如动能、位能等形式
的能量,而机械能守恒定律就是指机械能量总和在单一物理系统中是
保持稳定的,也就是说,产生的能量和消耗的能量是相等的,不会出
现能量消失和出现的现象。
二、机械能守恒定律的应用
1、电器机械能损耗:电器在传递电能的过程中,会有磁铁吸力和制动
器的阻力,这就会使得电器机械能产生损耗,而根据机械能守恒定律,损耗的机械能转化为其他形式的能量,如噪声、摩擦损耗、热损耗等。
2、滑行损耗:当机械设备在运行过程中,尤其是滑动体的受力情况下,会产生滑行损耗,而根据机械能守恒定律,滑行损耗会转化为热能,
这就是导致机械设备热量损耗的原因之一。
三、机械能守恒定律的实验
1、机械能守恒定律实验:使用小铁球悬挂在木棍上,并在球上加载相
同的重量,先将小铁球每组向两边移动相同的距离,再将铁球放生,
此时木棍由水平位置发生摆动,根据机械能守恒定律,得出了摆动速度不变的定律。
2、弹性碰撞实验:将实体固定静止,将另外一个实体放入某一方向,给予足够的动能,使它发生弹性碰撞,实验得出动能和弹性能之间的关系,即 manifesting 了守恒定律。
因而可以确认两个物体在弹性碰撞中,机械能守恒定律成立。
高中物理之机械能守恒定律知识点
高中物理之机械能守恒定律知识点机械能包括动能;重力势能;弹性势能。
在不牵涉到弹力做功的情况下,物体所具有的机械能就是动能和重力势能的和。
机械能守恒的应用分为两种情况:判断一个物体的机械能是否守恒有两种方法:(1)物体在运动过程中只有重力做功,物体的机械能守恒。
(2)物体在运动过程中不受媒质阻力和摩擦阻力,物体的机械能守恒。
四类题型(1)阻力不计的抛体类包括竖直上抛;竖直下抛;斜上抛;斜下抛;平抛,只要物体在运动过程中所受的空气阻力不计。
那么物体在运动过程中就只受重力作用,也只有重力做功,通过重力做功,实现重力势能与机械能之间的等量转换,因此物体的机械能守恒。
(2)固定的光滑斜面类在固定光滑斜面上运动的物体,同时受到重力和支持力的作用,由于支持力和物体运动的方向始终垂直,对运动物体不做功,因此,只有重力做功,物体的机械能守恒。
(3)固定的光滑圆弧类在固定的光滑圆弧上运动的物体,只受到重力和支持力的作用,由于支持力始终沿圆弧的法线方向而和物体运动的速度方向垂直,对运动物体不做功,故只有重力做功,物体的机械能守恒。
(4)悬点固定的摆动类和固定的光滑圆弧类一样,小球在绕固定的悬点摆动时,受到重力和拉力的作用。
由于悬线的拉力自始至终都沿法线方向,和物体运动的速度方向垂直而对运动物体不做功。
因此只有重力做功,物体的机械能守恒。
系统的机械能守恒由两个或两个以上的物体所构成的系统,其机械能是否守恒,要看两个方面(1)系统以外的力是否对系统对做功,系统以外的力对系统做正功,系统的机械能就增加,做负功,系统的机械能就减少。
不做功,系统的机械能就不变。
(2)系统间的相互作用力做功,不能使其它形式的能参与和机械能的转换。
系统内物体的重力所做的功不会改变系统的机械能系统间的相互作用力分为三类①刚体产生的弹力:比如轻绳的弹力,斜面的弹力,轻杆产生的弹力等。
②弹簧产生的弹力:系统中包括有弹簧,弹簧的弹力在整个过程中做功,弹性势能参与机械能的转换。
高中物理机械能守恒定律公式
高中物理机械能守恒定律公式
机械能守恒定律是经典力学中的重要定律之一,它指出在不受外力和摩擦力的作用下,系统总机械能守恒,即机械能在系统内的变化量为零。
直白点说,即一个系统中,机械能的总和不会改变,其中机械能包括动能和势能两种形式。
机械能守恒定律通常可以用以下公式来表示:
机械能守恒定律公式:E1 = E2,其中E1和E2分别表示系统
在不同时刻的机械能总和。
在等式两边分别表示体积为V、密度为ρ、速度为v的液体通过一个高度为h的虹吸管时,根据
机械能守恒定律,液体的动能和势能之和保持不变,所以有以下公式。
v1^2 / 2g + ρgh1+v1^2 / 2g = v2^2 / 2g + ρgh2+v2^2 / 2g
其中v1和v2分别表示液体流经两端的流速,h1和h2分别表
示液体在不同时刻的液位高度。
机械能守恒定律适用于各种不同的物理模型。
例如,当一个物体沿斜面运动时,放置在物体上的所有重物的重力势能将被转化为物体的动能。
在这种情况下,机械能守恒定律可以表示为:
mgh = 1/2 mv^2
其中m是物体的质量,g是重力加速度,h是物体下降的高度,v是物体的速度。
此外,在弹簧振动中,机械能由弹性势能和动能组成,而在摆动运动中,机械能由重力势能和动能组成。
总结起来,机械能守恒定律适用于各种不同的物理模型和实际情况中。
掌握机械能守恒定律及其相关公式,能够帮助我们更好的理解自然界中的物理现象和科技技术中的现象,为我们的科学研究和工程设计提供更好的基础。
高中物理中的机械能守恒定律
高中物理中的机械能守恒定律在高中物理的学习中,机械能守恒定律是一个极其重要的知识点,它不仅在解决物理问题时有着广泛的应用,还能帮助我们更深入地理解自然界中的能量转化规律。
首先,让我们来明确一下什么是机械能。
机械能包括动能和势能,动能大家都比较熟悉,就是物体由于运动而具有的能量,其大小与物体的质量和速度有关,公式为 E_k = 1/2 mv²,其中m 是物体的质量,v 是物体的速度。
势能则分为重力势能和弹性势能,重力势能是物体由于被举高而具有的能量,与物体的质量、高度以及重力加速度有关,表达式为 E_p = mgh ,这里的 h 是物体相对参考平面的高度。
弹性势能是物体由于发生弹性形变而具有的能量,常见于弹簧被拉伸或压缩的情况。
机械能守恒定律的内容是:在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能与势能可以相互转化,而总的机械能保持不变。
这里需要强调的是,“只有重力或弹力做功”这个条件非常关键。
如果有其他力做功,比如摩擦力,那么机械能就不守恒了。
那为什么会有机械能守恒这一现象呢?从本质上来说,这是因为重力和弹力是保守力。
保守力做功与路径无关,只与初末位置有关。
以重力为例,一个物体从高处下落,无论它是直线下落还是曲线下落,重力做的功都是一样的,都等于重力势能的减少量。
正是由于这种特性,才保证了在只有重力做功的情况下机械能守恒。
为了更好地理解机械能守恒定律,我们来看几个具体的例子。
假设一个自由落体的物体,从高处h 处自由下落。
在下落的过程中,重力势能逐渐减少,而动能逐渐增加。
根据机械能守恒定律,重力势能的减少量等于动能的增加量。
开始时,物体的速度为0 ,动能为0 ,重力势能为 mgh ;当物体下落到某一高度 h' 时,此时的重力势能为mgh' ,速度为 v ,动能为 1/2 mv²。
因为机械能守恒,所以有 mgh =mgh' + 1/2 mv²。
再比如一个竖直放置的弹簧,上面有一个物体。
“机械能守恒定律”浅析
“机械能守恒定律”浅析机械能守恒定律有两种表达方式。
其一是在只有重力和弹力做功的物体系统内,动能和势能(重力势能和弹性势能)可以相互转化,而总得机械能保持不变。
其二是对于一个物体系统来说,如果没有外力做功,只有保守力做功,系统内物体的动能和势能可以相互转化,但总的机械能不变。
对于这一定律,根据我的教学经验,现分析如下:1机械能守恒定律为学习能量转化和守恒定律奠定了基础能量转化和守恒定律是物理学中一条重要定律,自然界中的一切物理变化、化学变化、生物变化都存在着能量转化。
转化中满足守恒定律。
所以,这一定律贯穿于自然科学的各个领域,是认识自然、应用自然的一条重要规律。
但是,能量转化和守恒定律学起来比较抽象,不像机械能守恒定律那样,可以通过具体实例来说明。
通过对机械能守恒定律的学习,使学生初步知道能量转化和守恒的含义,通过认知意识的迁移,就能较顺利的掌握能量转化和守恒定律。
同时,学习机械能守恒定律也为今后学习动量守恒,角动量守恒奠定了基础。
2机械能守恒是各种能量间转化和守恒的一个简单情况物理运动除了机械运动外,还有热运动,电运动和原子核运动等多种形式。
正像机械能是用来描述机械运动的能量一样,内能、电能和原子能则分别用来描述热运动、电运动和原子核运动的能量,所以,能量可作为物质运动的一般量度。
各种不同形式的能量的转化在自然界中是无时无刻不在进行着的。
就物理运动而言,有机械能和内能间的转化,有机械能和电能间的转化,有原子能和电能间的转化等。
尽管各种不同形式的能量之间进行着转化,但是对于一个不受外界影响的物体系统,它所具有的各种不同形式能的总和是恒定的,能量只能从一个物体转移给另一个物体,或从一种形式转变成另一种形式。
能量既不会创生,也不会消失。
机械能守恒定律,只是上述各种能量转化和守恒的一种简单情况。
3正确理解定律中机械能总量“不变”的含义机械能守恒定律告诉我们:“系统内各物体所具有的动能和势能可以相互转化,但机械能的总量保持不变。
高中物理必修2-机械能守恒定律
机械能守恒定律知识集结知识元机械能守恒定律知识讲解一、机械能1.内容:物体的动能和势能(包括:重力势能和弹性势能)之和.2.表达式:E=E k+E p.3.机械能的理解:(1)机械能是状态量;标量,单位为焦耳;数值有正负(2)相对性:势能具有相对性(须确定零势能参考平面),同时,动能也具有相对性(与所选参考系有关),故机械能具有相对性.二、机械能守恒定律1、内容:在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能与势能可以互相转化,而总的机械能保持不变.2、表达式:E k+E p=Ek+Ep.3、适用对象:系统.4、适用条件:只有系统内的重力或弹力做功,其他力不做功或做功的代数和为0.5、解题的基本步骤:(1)明确所选取的研究对象(物体或系统)(2)分析研究对象的受力情况及各力做功情况,判断是否符合机械能守恒的条件.(3)恰当地选取参考平面,确定研究对象在研究过程的初、末状态的机械能(包括动能和势能).(4)根据机械能守恒定律列方程,进行求解.例题精讲机械能守恒定律例1.下列说法正确的是()A.物体所受合力不为零,则其速度一定不为零B.物体所受合力不为零,则其速度方向一定发生变化C.合外力对物体做了功,物体的速度一定发生变化D.合外力对物体不做功,物体的机械能一定不变例2.下列说法正确的是()A.物体处于平衡状态时,机械能一定守恒B.物体的机械能守恒时,一定只受重力作用C.不计空气阻力,小孩沿滑梯匀速滑下过程中机械能守恒D.不计空气阻力,被投掷出的铅球在空中运动过程中机械能守恒例3.关于机械能守恒,下列说法正确的是()A.做自由落体运动的物体,机械能一定守恒B.人乘电梯加速上升的过程,机械能守恒C.物体必须在只受重力作用的情况下,机械能才守恒D.物体以g的加速度竖直向上做匀减速运动例4.如图所示,一根长为L,重为G的均匀软绳悬于O点,若将其下端向上提起使绳双折,至少要做功()A.GLB.C.D.例5.如图所示,质量相同的两物体a和b,用不可伸长的轻绳跨接在同一光滑的轻质滑轮两侧,b在水平粗糙桌面上。
高中物理知识点之:机械能守恒定律
高中物理知识点之:机械能守恒定律机械能守恒定律是高中物理的一大难点,高中物理对机械能问题的考察,通常是机械能守恒与不守恒两种情况。
下面具体了解一下机械能守恒定律,希望对同学们的学习有帮助。
一、概念在只有重力或系统内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,但机械能的总量保持不变。
这个规律叫做机械能守恒定律。
守恒条件:系统内只有重力、弹力作用,或虽有非重力、非弹力作用,但这些力不做功,则系统的机械能守恒,否则机械能不守恒。
二、表达式在只有重力或系统内弹力做功的物体系统内,物体的动能和势能可以相互转化,但机械能保持不变。
其数学表达式可以有以下两种形式:2.△Ek=-△Ep三、机械能不守恒应选择动能定理或功能关系对于涉及机械能的物理过程,若系统内物体间有非重力、非弹力做功,比如摩擦力、电场力、安培力等力做功,或系统外物体的力对系统内物体做功,则系统的机械能不守恒。
对此问题,一般运用动能定理或功能关系分析求解。
当大家通过认真审题发现该物理题中系统内是否有非重力、非弹力作用或他们是否做功,不能明确判定时也可运用动能定理分析求解。
多过程问题中,若不涉及中间状态量的分析求解,可将整个运动过程视为整体运用动能定理。
合力的功等于研究对象动能的增量;还需注意的一点是:克服某力做的功与某力的功等值反号。
四、结合牛顿动力学求解对于涉及力与运动的问题,若机械能守恒,且不涉及时间、加速度、力,可直接运用机械能守恒定律分析求解,若涉及时间、加速度、力,笔者建议借助牛顿第二定律、匀变速直线运动规律等方程来求解。
对于系统的运动过程,可运用机械能守恒定律或动能定理;对于某个。
如何理解“机械能守恒定律”
师路心语第50卷第4期2021年4月如何理解“机械能守恒定律”许培喜许茂林(安徽省定远中学安徽滁州233200)文章编号:l〇〇2-218X(2021)04-0028-02“机械能守恒定律”是物理学中一个重要定律,它 既是高中物理教学的重点,也是难点。
笔者根据人教版高中物理教材对“机械能守恒定律”的叙述,就如何理解谈谈自己的看法。
一、"谁”的机械能守恒定律中所言机械能是一个力学系统的机械能,即这一定律是人们对一个力学系统的机械能在系统内物体运动过程中变化规律的研究而得出的结论,离开一个力学系统,无所谓“机械能守恒定律”,说机械能守恒一定是在说某个系统机械能守恒。
二、 机械能守恒在“哪”发生系统机械能守恒一定是在系统内物体运动的过程中发生。
就是说,系统内物体没有运动过程,就无机械能守恒而言。
系统机械能守恒必对应着系统内物体运动过程。
力F,、F2作为两条邻边,构成一个平行四边形,平行四边形的对角线与合力f基本重合。
略微的差别,我们认为是实验误差引起的。
经过验证,通过作辅助线,画出平行四边形后,大 部分小组赞同小组4得出的结论。
师从四个小组进行的猜想与验证,我们可以排 除分力与合力的关系是勾股定理的关系,但构成三角形(图2)和平行四边形的方法与实验验证相符。
那究竟哪个猜想是我们所要探究的规律呢?学生思考、比较、讨论,教师引导得出结论。
经过多次实验,可以得出,两个力合成时,以这两 个力的有向线段为邻边作平行四边形,这两个邻边所夹的对角线就代表合力的大小与方向。
这就是平行四边形定则(如图4)。
矢 F量三角形是平行四边形的 〜、、、、、、一条邻边平移后得到的,F二者的本质完全相同,平行四边形定则是所有矢量 S4的合成普遍适用的规律。
l i********************中图分类号:G632.41 文献标识码:B三、机械能守恒典型案例案例1将细线一端固定在天花板上,另一端与 小球相连接构成单摆,如图1所示。
高中物理机械能守恒定律知识点总结
高中物理机械能守恒定律知识点总结(一)一、功1.公式和单位:,其中是F和l的夹角.功的单位是焦耳,符号是J.2.功是标量,但有正负.由,可以看出:(1)当0°≤<90°时,0<≤1,则力对物体做正功,即外界给物体输送能量,力是动力;(2)当=90°时,=0,W=0,则力对物体不做功,即外界和物体间无能量交换.(3)当90°<≤180°时,-1≤<0,则力对物体做负功,即物体向外界输送能量,力是阻力.3、判断一个力是否做功的几种方法(1)根据力和位移的方向的夹角判断,此法常用于恒力功的判断,由于恒力功W=Flcosα,当α=90°,即力和作用点位移方向垂直时,力做的功为零.(2)根据力和瞬时速度方向的夹角判断,此法常用于判断质点做曲线运动时变力的功.当力的方向和瞬时速度方向垂直时,作用点在力的方向上位移是零,力做的功为零.(3)根据质点或系统能量是否变化,彼此是否有能量的转移或转化进行判断.若有能量的变化,或系统内各质点间彼此有能量的转移或转化,则必定有力做功.4、各种力做功的特点(1)重力做功的特点:只跟初末位置的高度差有关,而跟运动的路径无关.(2)弹力做功的特点:对接触面间的弹力,由于弹力的方向与运动方向垂直,弹力对物体不做功;对弹簧的弹力做的功,高中阶段没有给出相关的公式,对它的求解要借助其他途径如动能定理、机械能守恒、功能关系等.(3)摩擦力做功的特点:摩擦力做功跟物体运动的路径有关,它可以做负功,也可以做正功,做正功时起动力作用.如用传送带把货物由低处运送到高处,摩擦力就充当动力.摩擦力的大小不变、方向变化(摩擦力的方向始终和速度方向相反)时,摩擦力做功可以用摩擦力乘以路程来计算,即W=F·l.(1)W总=F合lcosα,α是F合与位移l的夹角;(2)W总=W1+W2+W3+¡为各个分力功的代数和;(3)根据动能定理由物体动能变化量求解:W总=ΔEk.5、变力做功的求解方法(1)用动能定理或功能关系求解.(2)将变力的功转化为恒力的功.①当力的大小不变,而方向始终与运动方向相同或相反时,这类力的功等于力和路程的乘积,如滑动摩擦力、空气阻力做功等;②当力的方向不变,大小随位移做线性变化时,可先求出力对位移的平均值=2F1+F2,再由W=lcosα计算,如弹簧弹力做功;③作出变力F随位移变化的图象,图线与横轴所夹的¡°面积¡±即为变力所做的功;④当变力的功率P一定时,可用W=Pt求功,如机车牵引力做的功.二、功率1.计算式(1)P=tW,P为时间t内的平均功率.(2)P=Fvcosα5.额定功率:机械正常工作时输出的最大功率.一般在机械的铭牌上标明.6.实际功率:机械实际工作时输出的功率.要小于等于额定功率.方恒定功率启动恒定加速度启动式过程过程分析设牵引力为F阶段一:v↑⇒F=v(P↓⇒a=m(F-F阻↓阶段二:F=F阻⇒a=0⇒P=F·vm=F阻·vm阶段一:a=m(F-F阻不变⇒F不变⇒v↑⇒P=F·v↑,直到P=P额=F·vm′阶段二:v↑⇒F=v(P额↓⇒a=m(F-F阻↓阶段三:F=F阻时⇒a=0⇒v达最大值vm=F阻(P额运动规律加速度逐渐减小的变加速直线运动(对应下图的OA段)⇒以vm匀速直线运动(对应下图中的AB段)以加速度a做匀加速直线运动(对应下图中的OA段)⇒匀加速运动能维持的时间t0=a(vm′⇒以vm匀速直线运动,对应下图中的BC段vt图象三、动能1.定义:物体由于运动而具有的能.2.公式:Ek=21mv2.单位:焦耳(J),1J=1N·m =1kg·m2/s2.4.矢标性:动能是标量,只有正值.四、动能定理1.内容:所有外力对物体做的总功等于物体动能的变化量,这个结论叫做动能定理.2.表达式:w=Ek2-Ek1变化的大小由外力的总功来度量.4.适用条件:动能定理既适用于直线运动,也适用于曲线运动;既适用于恒力做功,也适用于变力做功.5.动能定理中涉及的物理量有F、s、m、v、W、Ek等,在处理含有上述物理量的力学问题时,可以考虑使用动能定理.无需注意其中运动状态变化的细节6.应用动能定理解题的一般思路(1)确定研究对象和研究过程.注意,动能定理一般只应用于单个物体,如果是系统,那么系统内的物体间不能有相对运动.(2)对研究对象进行受力分析.(研究对象以外的物体施于研究对象的力都要分析,含重力)(3)写出该过程中合外力做的功,或分别写出各个力做的功(注意功的正负).如果研究过程中物体受力情况有变化,要分别写出该力在各个阶段做的功.(4)写出物体的初、末动能.(5)按照动能定理列式求解.五、机械能1.重力做功的特点:重力做功与路径无关,只与初、末位置的高度差h有关.重力做功的大小WG=mgh,若物体下降,则重力做正功;若物体升高,则重力做负功(或说物体克服重力做功).2.重力势能(1)概念:物体的重力势能等于物体的重力和高度的乘积.(2)表达式:Ep=mgh,(3)重力势能是标量,且有正负.其正、负表示大小.物体在参考平面以下,其重力势能为负,在参考平面以上,其重力势能为正.六、机械能守恒定律1.内容:在只有重力(或弹簧的弹力)做功的情况下,动能和势能发生相互转化,但总量保持不变,这个结论叫做机械能守恒定律.2.机械能守恒的条件:(1)只有重力或系统内弹力做功.(2)受其他外力但其他外力不做功或做功的代数和为零.3.表达式:(1)Ek+Ep=Ek′+Ep′,表示系统初状态机械能的总和与末状态机械能的总和相等.(2)ΔEk=-ΔEp,表示系统(或物体)机械能守恒时,系统减少(或增加)的重力势能等于系统增加(或减少)的动能,在分析重力势能的增加量或减少量时,可不选参考平面.(3)ΔEA增=ΔEB减,表示若系统由A、B两部分组成,则A部分物体机械能的增加量与B 部分物体机械能的减少量相等.4.判断机械能是否守恒方法:(1).利用机械能的定义判断(直接判断):若物体在水平面上匀速运动,其动能、势能均不变,机械能不变.若一个物体沿斜面匀速下滑,其动能不变,重力势能减少,其机械能减少.(2).用做功判断:若物体或系统只有重力(或弹簧的弹力)做功,虽受其他力,但其他力不做功,机械能守恒.(3).用能量转化来判断:若物体系统中只有动能和势能的相互转化而无机械能与其他形式的能的转化,则物体系统机械能守恒.(4).对一些绳子突然绷紧、物体间非弹性碰撞等,除非题目特别说明,否则机械能必定不守恒.七.功能关系1.合外力对物体做功等于物体动能的改变.W合=Ek2-Ek1,即动能定理.2.重力做功对应重力势能的改变.WG=-ΔEp=Ep1-Ep2重力做多少正功,重力势能减少多少;重力做多少负功,重力势能增加多少.3.弹簧弹力做功与弹性势能的改变相对应.WF=-ΔEp=Ep1-Ep2弹力做多少正功,弹性势能减少多少;弹力做多少负功,弹性势能增加多少.4.除重力弹力以外的力的功与物体机械能的增量相对应,即W=ΔE.5.克服滑动摩擦力在相对路程上做的功等于摩擦产生的热量:Q=Wf=f·s相四、能量转化和守恒定律能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到另一个物体,而在转化和转移的过程中,能量的总量保持不变.高中物理机械能守恒定律知识点总结(二)机械能守恒定律:1、内容:只有重力(和弹簧弹力)做功的情形下,物体动能和重力势能(及弹性势能)发生相互转化,但机械能的总量保持不变。
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谈高中物理中机械能守恒定律的描述
浙江省萧山中学张国明
笔者从教高中物理已经有27年了,对机械能守恒定律的内容,每次教学后总想对定律的描述加以进一步的说明,但是,越想说明问题越是感到说不清定律。
最后往往变成只能意会,不能言传的结果。
近几年不同版本的教材中,对机械能守恒定律的典型描述有:
1、人民教育出版社物理室编,全日制普通高级中学教科书(试验修订本-必修2000年第二版)/物理/第一册/第八章/六、机械能守恒定律:在只有重力做功的情况下,物体的动能与重力势能相互转化,但是机械能的总量保持不变。
这个结论叫做机械能守恒定律。
这似乎把机械能守恒定律描述的太简单了,而在实际应用中,机械能守恒定律的应用范围更加广泛,对象更加复杂。
2、人民教育出版社、课程教材意见所、物理课程教材研发中心编著/经全国中小学教材审定委员会2004年初审通过/普通高中课程标准实验教材/物理/2/必修(2006年11月第二版)/第七章/8、机械能守恒定律:在只有重力做功或弹力做功的物体系统内,动能和势能可以相互转化,而总机械能保持不变。
这叫做机械能守恒定律。
其中的“或”,似乎只能两种做功中的一种,重力或弹力是系统内的呢还是系统外,描述的内容让人感到飘忽不定。
对于机械能守恒定律的这些描述,总觉得不够完整,问题在什么地方呢?问题肯定在于,历史上并没有形成适合于中学教学的机械能守恒定律描述。
我们先来简单回顾一下物理学史中,有关能量发展的过程。
早在力学初步形成时,就已经有了能量守恒的萌芽,例如,伽利略研究斜面问题和摆的运动,斯梯芬(Stevin,1548—1620)研究杠杆原理,惠更斯研究完全弹性碰撞等都涉及能量守恒问题。
17世纪法国哲学家笛卡儿已经明确提出了运动不灭的思想。
以后德国哲学家莱布尼兹(Leibniz,1646—1716)引进活力(Visviva)的概念,首先提出活力守恒原理,他认为用mv2度量的活力在力学过程中是守恒的,宇宙间的“活
力”的总和是守恒的。
D.伯努利(DanielBernoulli,1700—1782)的流体运动方程实际上就是流体运动中的机械能守恒定律。
1801年,戴维发现电流的化学效应;1820年奥斯忒发现了电流的磁效应;1821年,塞贝克发现了温差电现象;至19世纪20年代,力学的理论著作强调“功”的概念,把它定义成力对距离的积分,并澄清了它和“活力”概念之间的数学关系,提供了一种机械“能”的度量,这为能量转换建立了定量基础。
1831年,法拉第发现了电磁感应现象;1835年哈密顿(W.R.Hamilton,1805—1865)发表了《论动力学的普遍方法》一文,提出了哈密顿原理。
至此能量守恒定律及其应用已经成为力学中的基本内容。
1840年,焦耳发现了电流的热效应;1842年,迈尔表述了能量守恒定律,并计算了热功当量的数值,建立了力与热的联系;1843年,焦耳测定了热功当量的数值,确立了力与热的联系;1847年,亥姆霍兹在理论上概括和总结了能量守恒定律。
通过大量是实验,到1847年,已经形成了完整的能量守恒定律。
期间,机械能守恒定律往往被演化为各种方程和原理。
我认为物理学发展中,对机械能守恒定律的描述受到以下几个方面的限制:
1、功的概念以及正确定义远远迟于对机械能转化的研究,因而,在功的定义确立之前,是不可能归纳出完整的机械能守恒定律的。
2、功的概念确立前后,各种能量之间的转化相继被发现,做功与能量转化的原理应运而生,并不断总结出新的规律。
科学家们甚至还来不及给机械能守恒下完整的定论,更加完整的能量守恒定律似乎已经展现在人们眼前了。
尽管在物理学发展的过程中,机械能转化与守恒的研究有着较长的历史,但在物理学的规律中,没有必要专门在能量转化中划出一块机械能守恒的内容,哈密顿原理已经把人们常见的能量之间转化的规律包容在一起了,因此,机械能守恒定律完全可作为能量守恒定律的一种特殊情况。
3、机械能转化的研究和其它能量之间转化的研究是胶着在一起的。
这些研究的结果有的在功的定义确立之前,有的在功的定义确立之后。
因此,机械能守
恒定律的正确描述,只能与上面的许多实验结果处于同一时期,这说明,机械能的转化,只能作为各种能量之间转化的一种特殊情况。
4、能量守恒定律的描述。
能量守恒与转化定律的发现受康德哲学的影响,其中:1、康德意识到,事物本身与人所看到的事物是不同的,人类永远无法确知事物的真正面貌。
2、康德认为因果律是人类理性的结果,既反对绝对的因果关系,也推翻了休谟因果律并不存在的观点。
这些思想与大量的实践结合,科学家们淡化了因果律在定律中的体现,其中,没有界定对象、范围,不加任何条件,以叙事的形式说明能量守恒定律,大大增加了定律的包容性,形成了:能量既不会消灭,也不会创生,他只会从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到另一个物体,而在转化和转移过程中,能量的总和保持不变。
这个规律叫做能量守恒定律。
这一定律不仅符合人们所认识、并证实的自然规律,并且,其中的总能量表达的不确定性和无法证明的特点,以及无形的能量依附在有形的物体中,将人们常用的因果律隐含在其中,也给了伪科学、甚至迷信思想一个重要的理论支持,符合不同阶层人们的心理,被人们广泛认为是人类发现的最伟大的定律。
5、机械能守恒定律的描述。
它并不是研究结果的精确描述,而是教学需要而进行的准确描述。
按照当前我们对机械能的认识,如果简化因果律,参照能量守恒定律的描写,它就成了:在只有机械能相互转化的系统中(特殊性),机械能既不会消灭,也不会创生,他只会从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到另一个物体,而在转化和转移过程中,机械能的总和保持不变。
这个规律叫做机械能守恒定律。
这样的描述明显不符合人们的要求,如果这样,教学中,机械能守恒定律将成为能量守恒定律的累赘。
机械能守恒定律要体现它的特殊性,必须界定范围、发生的事件,并明确其中的条件,即必须突显其中的因果律,这只有在确立了功的定义后才可能。
在人们认识功的概念以后,人们不仅能够确切写出各种机械能的表达式,还
知道做功是能量转化的唯一原因,因此,机械能守恒定律的描述,必须以此来显示其中的因果律,即必须用做功来说明条件,能量守恒来说明结果这样的表达形式。
从当前我们对能量守恒的认识来看,机械能的转化一定是对一个系统而言的,一个独立的物体不存在机械能的转化问题。
这样,我们可以将机械能守恒定律描述为:外力不做功、除重力和弹力以外其它内力做功为零的物体系统,动能和势能可以相互转化,系统的总机械能一定保持不变,这就是机械能守恒定律。
6、受到中学物理教学实际的限制。
一方面,我国中学物理教学往往存在着这样的定势,总要从定理、定律的字里行间的分析,尽可能地挖掘其中所有具有牵连的含义,来说明定理和定律的重要性,以此来编写大量的选择题,而学生在长期的选择题的训练中,慢慢形成了让人们哭笑不得的、只判断“对或错”的思维方法,使学生学习的知识与知识所符合的实际相去越来越远,可能这就是我们教育问题的重要原因之一。
教材编写为了迎合教师的教学,也努力使定律和定理的描述朝向一个固定的模式——简捷明了,正确完整,越想越美。
对不太符合中学教学实际的规律,只要是定律,总不太愿意放弃,一些物理规律似乎冠上“定律”之名,就能引起教学过程的重视。
所以,在教材编写中,机械能转化与守恒,总是以“定律”的身份出现在重要的位置上,让大家引起重视。
另一方面,作为定律,其描述就必须完整,这样就必须将机械能守恒定律描述为以下形式:外力不做功、除重力和弹力以外其它内力做功为零的物体系统,动能和势能可以相互转化,系统的总机械能一定保持不变,这就是机械能守恒定律。
但是,这样的描述明显高于高中物理的教学要求,不符合教学实际。
其中,学生在研究能量转化时,必须辨别清楚:系统内外、内力与外力、外力与内力做功的等等。
到这里,我们大概可以知道,高中物理的各种版本中,对机械能守恒定律的描述,似乎都存在着不足之处,常常使人感到疑惑。
其中,不是编者不理解机械能守恒定律,而是编者们碰到了两难的问题:既要保持定律的完整性,也必须照顾高中物理教学的要求。
如果保持定律的完整性,那么,描述的定律将超出中学
物理的教学范围;假如降低教学难度,那么,定律的相应描述就不完整。
因此,在编写中,都采取了尽可能两全的方法,既努力控制教学的难度,使其符合中学教学的要求,正是由于这一矛盾,从而产生了对机械能守恒定律描述的尴尬。
在人们认识了能量的转化与守恒后,大家都必须遵守一个准则,那就是,对机械能转化与守恒的学习,是为了能更好地理解能量守恒定律,因而,不能偏重了对机械能守恒定律的描述,而冲淡了能量守恒定律。
那么,如何解决上述矛盾呢?
本人觉得,当前教材中对机械能转化与守恒内容的编写是正确的,但可以将教材中的机械能守恒定律,看成是能量守恒定律的一种特殊情况,不再单独设立定律,将“机械能守恒定律”的词条用“机械能的转化与守恒”来替代。
以探究个案的形式来研究机械能转化与守恒,有效能够制教学难度,让学生在探究中了解知识,把机械能转化的研究作为整个能量转化与守恒研究的有机过度,将机械能与其他能有机地关联起来,最后形成一个能量守恒的观点,真正理解能量守恒定律。
在教材编写中,应当根据教学内容与要求,即使去掉“定律”两字又何妨。