机械能公式 机械能 机械能-影响因素,机械能-补充公式

机械能是动能与势能的总和,这里的势能分为重力势能和弹性势能。我们把动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。决定动能的是质量与速度;决定重力势能的是质量和高度;决定弹性势能的是劲度系数与形变量。机械能只是动能与势能的和。机械能是表示物体运动状态与高度的物理量。物体的动能和势能之间是可以转化的。在只有动能和势能相互转化的过程中,机械能的总量保持不变,即机械能是守恒的。

机械能_机械能 -影响因素

动能的大小跟哪些因素有关呢?

实验: 让钢球从斜面上静止滚下,打到一个小木块上,

推动木块做功。让同一个钢球从不同高度静止滚下,看哪次木块被推得远。换用质量不同的钢球,让它们从同一高度静止滚下,看哪个钢球把木块推得远。

同一个钢球,原来的位置越高,滚到斜面下端时速度越大,把木块推得越远。在滚下速度相同时,钢球的质量越大,把木块推得越远。

实验结果

实验结果表明,从同一高度落下的钢球质量越大,把木块推得越远,对木块做的功越多;同时,钢球质量一定时从越高的位置落下,最终速度越大,把木块推得越远,对木块做的功越多;这都表示表示钢球的动能越大。因此,运动物体的速度越大,质量越大,具有的动能就越大。

实验方法

(1)控制变量法(2)转换法(类比法)

结论


机械能实验

当物体质量相同时,物体运动速度越大,动能越大。

当物体运动速度相同时,物体质量越大,动能越大。

机械能公式 机械能 机械能-影响因素,机械能-补充公式

在宏观低速的情况下,动能计算公式E=1/2mv^2;

机械能_机械能 -补充公式

爱因斯坦在 相对论中对上式进行补充

完整的公式是

E=m0C^2/√(1-V^2/C^2)-m0C^2

m0是 静止质量

机械能_机械能 -势能定义

势能:(重力势能Ep=mgh、弹力势能:因发生弹力形变而具有的势能)


机械能
机械能
机械能

人们在打桩时,先把重锤高高举起,重锤落下就能把木桩打入地里。重锤是由于被举高而能够做功的,举高的物体具有的能量叫重力势能。物体的质量越大,举得越高,它具有的重力势能就越大。被举高的重锤具有重力势能。重锤的质量越大,被举得越高,下落时做的功越多,表示重锤的重力势能越大。(不是所有的举高都是人为的,而是相对水平面上升的高度为被举高的高度)

射箭运动员把弓拉弯,放手后被拉弯的弓能把箭射出去.被压缩的弹簧在放松后能把压在上面的砝码举起.弓和弹簧都是由于发生弹性形变而能够做功的,发生弹性形变的物体具有的能量叫弹性势能.物体的弹性形变越大,它具有的弹性势能就越大.

动能和势能统称为机械能.一个物体可以既有动能,又有势能,例如,飞行中的飞机因为它在运动而具有动能,又因为它在高处而具有重力势能,把这两种能量加在一起,就得到它的总机械能.机械能是最常见的一种形式的能量.

前面说过,一个物体能够做的功越多,表示这个物体的能量越大,因此,能量的大小可以用做功的多少来衡量.动能、势能或机械能的单位跟功的单位相同,也是焦耳.例如我们说在空中飞行的一个球的重力势能是5 焦,动能是4 焦,球的机械能则为9 焦.

物体受到外力作用而发生的形状变化,叫做形变.如果外力撤消,物体能恢复原状,这种形变叫做弹性形变.

机械能守恒首先由伽利略提出,他做出斜面实验,在斜面左端下滑的物体如果不受阻力作用它会运动到另一端的同样高度。

机械能_机械能 -本质

下面笔者从能的转化和功能关系角度来分析和理解 机械能守恒的本质:

从能量转化角度

从 能量转化角度看,只要在某一物理过程中,系统的 机械能总量始终保持不变,而且系统内或系统与外界之间没有 机械能转化为其他形式的 能,也没有其他形式的能转化为系统的 机械能,那么系统的 机械能就是守恒的,与系统内是否一定发生 动能和 势能的相互转化无关。如在光滑的水平面上做 匀速直线运动的物体。其 机械能守恒;如果系统内或系统与外界之间有其他形式的 能与 机械能的转化。即使系统 机械能总量保持不变,其 机械能也是不守恒的,如一炸弹在 爆炸时,假设外力不做 功,但系统内的 化学能( 非保守力)对系统 做功了,虽然 机械能总量保持不变,但系统内有其他形式的能(内能或电能)转化为系统的机械能,系统又克服外界 做功将 机械能转化成其他形式的 能。

从功能关系看

从功能关系看, 机械能守恒的条件是“系统外力不做功,系统内 非保守力不做功”。这一条件与系统内保守力( 重力或弹簧的 弹力)是否做功无关,因为 重力或弹簧 弹力是否做功只是决定系统内是否发生 动能和 势能的相互转化,做功与否都不会改变系统 机械能总量。

由此可知,如果 质点组(系统)内各物体所受的所有力(包括 重力和 弹力)都不 做功,则各物体的 动能和 势能均保持不变, 动能和 势能也不发生相互转化,此时 质点组(或系统)的 机械能也是守恒的。这是 机械能守恒的特例。如在 水平面上光滑的圆形轨道上做 匀速圆周运动的物体,虽然轨道对 物体提供水平方向始终指向圆心的 向心力作用,但对物体始终不做功,其 机械能总量保持不变,故系统的 机械能也是守恒的。

机械能守恒定律的表述为:在只有 重力做功的情形下,物体的 动能和 势能发生相互转化,但 机械能总量保持不变。这是 机械能守恒定律的最常见情形(即在 重力势能和 动能的相互转化中,只有 重力 做功的情况。实际上,在 重力势能和 弹性势能与 动能的相互转化中,只有 重力和弹簧的 弹力做功时,物体的 动能和系统的 势能之和保持不变,系统的机械能守恒),也是更普遍的 质量守恒定律的一种特殊情况。

机械能守恒定律可以认为是力学方面的 能量转化和守恒定律。它的条件是系统只有重力、 弹力 做功。在这样的系统中,尽管 动能和 势能在相互转化,但总的机械能恒定。这里谈 机械能守恒定律的应用。

首先, 机械能守恒是对系统而言的,而不是对单个 物体。如:地球和物体、物体和弹簧等。对于系统 机械能守恒,要适当选取 参照系,因为一个 力学系统的 机械能是否守恒与 参照系的选取是有关的。

  

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