从不同角度理解机械能守恒定律

1、从不同角度理解机械能守恒定律前言：在只有重力或弹力做功的情形下，物体的动能和势能（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，这个结论叫做机械能守恒定律。它是力学中的一条重要定律，是更普遍的能量守恒定律的一种特殊情况。解决某些力学问题时，从能量的观点来分析，应用机械能守恒定律求解，往往比较简便，应用机械能守恒定律解题，首先要对它的本质有深入、全面的理解，下面将从三个不同的角度理解机械能守恒定律。一、从守恒的角度理解在所研究的过程中，任选两个不同的状态，研究对象的机械能必定相等，即。通常我们关心的是一个过程的首、末两状态，此式也可理解成首、末两状态机械能相等，但应注意的是，首、

2、末两状态机械能相等，不能保证研究对象在所研究过程中机械能一定守恒，只有在过程中任选一个状态，其机械能都保持恒定值时，研究对象的机械能才是守恒的。例1. 质量为m的物体沿光滑的轨道滑下，轨道的形状如图1所示，与斜轨道相接的半圆轨道半径为r，要使物体沿半圆光滑轨道恰能通过最高点，物体应从离轨道最低处多高的地方由静止开始滑下？图1解析：物体在沿光滑的轨道滑动的整个过程中，只有重力做功，故物体机械能守恒，设物体应从离轨道最低点h高的地方开始由静止滑下，取轨道的最低点处水平面为零势能面，物体在运动到半圆形轨道的最高点时速度为v，根据机械能守恒定律得要使物体恰好能通过半圆轨道的最高点，条件是由以上两式得二

3、、从转化的角度理解在所研究的过程中，研究对象（或系统）动能的增加量等于势能（包括重力势能和弹性势能）的减少量；反之，研究对象（或系统）动能的减少量等于势能的增加量，即。例2. 如图2所示，跨过定滑轮的轻绳两端各系一个物体，b物体的质量是a物体质量的一半，在不计摩擦阻力的情况下，a物体自h高度处由静止开始下落，且b物体始终在平台上，若以地面为参考平面，当物体a的动能与其重力势能相等时，物体a离地面的高度是多少？图2解析：若选a为研究对象，在下落过程中，除重力做功外，还有绳子对它的拉力做负功，机械能不守恒，若以a、b系统（包括绳）作为研究对象，绳子拉力对a做负功与对b做正功的代数和为零，对系统而言

4、只有重力做功，系统的机械能守恒，如果从能量转化的观点理解这一系统的机械能守恒，应是a物体减少的重力势能等于系统增加的动能，即当a物体的动能和重力势能相等时有根据题意有由式求得三、从转移的角度理解系统某一部分机械能减少了多少，其它部分的机械能就增加了多少；反之亦然，可用表示，这种表述形式适用于某一系统机械能守恒的表述。也可理解为系统内某一物体动能（或势能）减少了多少，该物体的势能（或动能）以及系统内其它物体的机械能就要增加多少。简单地说，在所研究的系统内，机械能有减就有增，减少的量值应与增加的量值相等。例3：如图所示，有一根轻杆ab，可绕o点在竖直平面内自由转动，在ab端各固定一质量为m的小球，oa和ob的长度分别为2a和a，开始时，ab静止在水平位置，释放后，ab杆转到竖直位置，a、b两端小球的速度各是多少？abo 图3解析：以轻杆两端的小球a、b组成的系统为研究对象，在转动的过程中系统机械能守恒。a摆到最低点时，其重力势能减少了，动能增加了，在此过程中，b球的动能、势能分别增加了和。根据机械能守恒定律能量转移的观点有，a减少的重力势能应等于a增加的动能和b增加的动能和重力势能之和，列出表达式为根据a、b的角速度相同，有，即所以a摆到最下端时的速度