判断系统机械能守恒的方法
判断系统机械能守恒的方法
河南省南阳市社旗一高牟长华
摘要：从系统的受力情况、系统受力的做功情况，对系统机械能守恒条件进行了总结，介绍了判断系统机械能守恒的方法，应用判断守恒方法解析具体的例题；对系统所受内力的做功情况进行了分析。
关键词：系统机械能守恒内力
在高中物理教材中机械能守恒定律的内容是“在只有重力、弹力做功的情形下，物体的动能和势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变。
”此表述不够全面，容易误导学生认为如果有除了重力、弹力的其他力做功的话，则机械能不守恒。
在教学过程中应加以扩展，通过设计的专题使学生对机械能守恒定律有更深入的认识。
物理学中把势能和动能统称机械能，势能存在于具有相互作用的物体之间，也就是说势能应该是相互作用的两个物体共同所有，比如重力势能是物体和地球共有，弹性势能是弹簧和使之发生形变的物体
共有。
在讨论势能时必须是多个物体组成的系统，所以在讨论机械能时也应该选一个系统作为研究对象。
如在讨论重力势能时就要选物体和地球为系统，在讨论弹性势能时就要选发生弹性形变的物体和使之发生形变的物体为系统。
对一个系统的受力情况，可以根据施力物体和受力物体是否在所选的系统内，把系统受的力分为外力和内力。
施力物体在所选系统外，而受力物体在系统内，相对系统来说此力就可叫外力，如果施力物体和受力物体都在所选系统内，则此力叫内力。
在讨论重力势能和弹性势能的时候，重力和弹力就是系统所受的内力。
在判断系统机械能是否守恒时可以通过系统内能量的转化来判断，也可以分析内力、外力的做功情况来判断系统的机械能是否守恒。
现把分析内力、外力的做功情况来判断系统的机械能是否守恒的方法介绍如下：
一、系统机械能守恒条件
如果系统所受的外力满足其中一条，则系统机械能有可能守恒，判断机械能是否守恒不光分析系统所受外力情况，还要看所受内力情况。
如果系统所受外力满足以上条件之一，而系统所受内力又满足以下其中一条，则系统机械能就守恒。
用系统所受内力、外力的做功情况来判断系统的机械能守恒时，外力和内力要同时满足以上条件，机械能才守恒。
二、应用举例
例1 如图1所示，在光滑水平地面上匀速运动的物体其机械能是否守恒
图1
解析：在此题中说物体的机械能是一种习惯说法，其实应该是物体和地球组成的系统的机械能。
选物体和地球为研究系统，对其进行受力分析：
外力：不受外力作用；
内力：重力，支持力；
支持力不做功，由机械能守恒条件可判断系统机械能守恒。
例2 如图2所示，在粗糙水平地面一物体在水平F作用下做匀速直线运动的物体其机械能是否守恒
解析：选物体和地球为研究系统，对其起进行受力分析：
外力：受摩擦力、拉力F作用；
内力：重力、支持力；
由机械能守恒条件可判断系统机械能不守恒。
例3 如图3所示，物体在斜面上受到平行斜面向下的拉力作用，沿斜面向下运动。
已知拉力
的大小恰好等于物体所受的摩擦力，则物体在运动过程中机械能是否守恒？
解析：如果选斜面、物体、地面三者来组成研究系统则：
内力：摩擦力、支持力N、重力G；
外力：沿斜面向下的拉力F；
由机械能守恒条件可判断系统机械能不守恒。
如果选物体、地面来组成系统则：
内力：重力G、支持力N；
外力：拉力F、摩擦力（它俩做功大之和为零）；
由机械能守恒条件可判断系统机械能守恒。
可见系统机械能守恒与否与所选那些物体为研究系统有关。
三、对内力做功的理解
内力都存在所选取系统之内，由力的相互性可知，必是成对出现的。
如图4所示，光滑滑轮两端用轻绳挂着两个质量不相等的物体，在两物体运动过程中，机械能守恒，但内力做功了，内力对做负功，而对绳子的拉力对绳子做正功，同理与也是一个做正功一个做负功，且绝对值相同，所以内力做功为零。
所以运动过程中机械能守恒。
那么内力做功一定为零吗
图4
如图5所示，A木块以初速度V滑上静止在光滑水平面上的B木块，最后A、B以共同速度运动，此过程中选A、B、地面为系统，则AB间的摩擦力是内力，由于A相对于地面滑动的距离大于B相对于地面滑动的距离，所以AB间相互摩擦力做功不为零，系统机械能不守恒。
可见，一般情况下内力是摩擦力时内力做功不为零。
遇到此类型题用系统能量转化来判断是否守恒更容易，本题中系统机械能有一部分转化为内能，所以机械能不守恒。
图5
机械能是否守恒的判断是教学难点，也是重点，运用其守恒为解决力学问题开辟了新的途径。
避开了运用牛顿运动定律的复杂性，通过练习一定量的习题，使学生对系统机械能守恒有更深入的认识，能准确判断系统机械能是否守恒，从而正确解题。
应用以上方法判断系统机械能是否守恒时，思路清晰，容易判断。
机械能守恒条件的判定方法及注意事项(物理天地)
机械能守恒条件的判定方法及注意事项王 佃 彬（河北省唐山市丰南区第一中学 063300）机械能守恒定律是高中物理中的一个重要守恒定律，是高考的重点内容，考查的特点是应用范围广，能力要求高，而灵活应用机械能守恒定律解题的前提是如何判断物体或系统是否满足守恒定律。
一．判定方法：1.用做功判定：⑴对物体：机械能守恒的条件是只有重力对 物体做功。
⑵对系统：机械能守恒的条件是只有重力或弹簧弹力对物体做功。
例1.一物体从某一高度自由落下，落在直立于地面的轻弹簧上，如图1所示，在A 点，物体开始与弹簧接触，到B 点时，物体速度为零，然后被弹回。
下列说法中正确的是：A .物体与弹簧作用过程中，物体的机械能守恒；B .物体与弹簧作用过程中，物体与弹簧组成的系统机械能守恒；C .物体从A 下降到B 的过程中，物体的动能和重力势能之和不断减小； .D 物体从A 下降到B 的过程中，物体的动能不断减小。
解析：物体与弹簧作用过程中，由于弹簧弹力对物体做功，所以物体的机械能不守恒，A错。
在该过程中，对物体和弹簧组成的系统，只有重力和弹簧弹力对系统做功，所以系统机械能守恒，B 正确。
物体从A 下降到B 的过程中，物体的机械能（动能和重力势能之和）减小量转化为弹簧的弹性势能，C 正确。
当物体受力平衡（弹簧弹力和物体重力大小相等）时，动能最大，所以从从A 下降到B 的过程中，物体的动能先增大后减小，D 错。
答案：B 、C 。
2.用能量转化判定：若组成系统的物体间只有动能和重力势能（或弹性势能）相互转化，系统跟外界没有发生机械能转变成其他形式的能，系统的机械能守恒。
例2.如图2所示，一辆小车静止在光滑的水平面上，小车立柱上固定一条长为L 栓有小球的细绳，小球由和悬点在同一水平面处释放（绳刚拉直），小球在下摆过程中，不计一切阻力，下列说法正确的是：A .小球机械能守恒；B .小球机械能减小；C .小球和小车的总机械能守恒； .D 小球和小车的总机械能减小。
用DIS验证机械能守恒定律的三种方法
用DIS 验证机械能守恒定律的三种方法一、用斜轨法验证机械能守恒定律◆实验目的用斜轨法验证机械能守恒定律。
◆实验原理位于倾斜轨道上的小车，忽略轨道的摩擦力，因只有重力对其做功，所以机械能守恒。
取低处光电门传感器(接数据采集器第二通道)为零势点，设两光电门之间的高差为h ，则：在两光电门传感器处小车的机械能分别为：mgh mv E +=21121，22221mv E =若1L 为两光电门问的距离，2L 为轨道两支脚之间的距离，S 为轨道一个支脚调高高度：'S 为本支脚平衡摩擦后高度，则公式中2'1/)(*L S S L h -= 本实验中，“I ” 型挡光片的宽度为0．02m ，小车的质量为0.2345kg ，L1=0.50m ，L2=1.OOm ，S=0.037m ，S'=0.013m ，所以h=0.012m 。
两光电门传感器处机械能损耗的计算公式为：]2/)/[)(2121E E E E n +-= ◆实验器材朗威DISLab 、计算机、DISLab 力学轨道及附件、天平等。
◆实验装置图见图22．1。
◆实验过程与数据分析l 、将力学轨道调节水平，把一侧调高3.7cm ，按0.5米间距安装两光电门；2、将两光电门接入数据采集器第一、二通道；3、打开“计算表格”，点击“自动记录”中的“开始”，让小车自由向下滑动5～6次，点击停止；4、点击“公式”，输入变量和计算公式，得到计算结果；5、由结果可见：六次实验中机械能损失仅在1.90％～2.90％之间；6、进一步改进实验手法，精细调节力学轨道垫高的角度，平衡摩擦力，可大幅度提高实验精度，得到图22-3所示的计算结果，机械能的损失已控制在千分之一以内；7、由此可得出结论：在只有重力做功的情况下，机械能守恒。
二、用气垫导轨法验证机械能守恒定律◆实验器材朗威DISLab、计算机、气垫导轨、天平等。
◆实验目的用气垫导轨法验证机械能守恒定律。
机械能守恒的条件以及判断方法
机械能守恒的条件以及判断方法
在只有重力或弹力做功的物体系统内，物体系统的动能和势能发生相互转化，机械能守恒。
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。
机械能守恒定律是动力学中的基本定律，即任何物体系统如无外力做功，系统内又只有保守力做功时，则系统的机械能(动能与势能之和)保持不变。
机械能守恒条件是：只有系统内的弹力或重力所做的功。
即忽略摩擦力造成的能量损失,所以机械能守恒也是一种理想化的物理模型。
根据机械能守恒定律，当重力以外的力不做功，物体(或系统)的机械能守恒。
显然，当重力以外的力做功不为零时，物体(或系统)的机械能要发生改变。
重力以外的力做正功，物体(或系统)的机械能增加，重力以外的力做负功，物体(或系统)的机械能减少，且重力以外的力做多少功，物体(或系统)的机械能就改变多少。
最新高考物理二轮复习：机械能守恒定律题型归纳
2019届高三二轮复习机械能守恒定律题型归纳类型一、机械能守恒的判断判断机械能守恒时，对单个物体就看是否只有重力做功，并非只受重力，虽受其它力，但不做功或做功代数和为零。
对两个或几个物体组成的系统，判断其机械能守恒时，就看是否只有重力或系统内弹力做功，若有其它外力或内力做功（如内部有摩擦等），则系统机械能不守恒。
例1、如图，滑块a 、b 的质量均为m ，a 套在固定直杆上，与光滑水平地面相距h ，b 放在地面上，a 、b 通过铰链用刚性轻杆连接。
不计摩擦，a 、b 可视为质点，重力加速度大小为g 。
则A. a 落地前，轻杆对b 一直做正功B. aC. a 下落过程中，其加速度大小始终不大于gD. a 落地前，当a 的机械能最小时，b 对地面的压力大小为mg【答案】BD【解析】因为杆对滑块b 的限制，a 落地时b 的速度为零，所以b 的运动为先加速后减速，杆对b 的作用力对b 做的功即为b 所受合外力做的总功，由动能定理可知，杆对b 先做正功后做负功，故A 错。
对a 、b 组成的系统应用机械能守恒定律有：212a mgh mv =，a v =B 正确；杆对a 的作用效果为先推后拉，杆对a 的作用力为拉力时，a 下落过程中的加速度大小会大于g ，即C 错；由功能关系可知，当杆对a 的推力减为零的时刻，即为a 的机械能最小的时刻，此时杆对a 和b 的作用力均为零，故b 对地面的压力大小为mg ，D 正确。
【总计升华】本题综合性很强，对分析推理能力要求较高，难度较大。
从知识层面看，本题考查了受力分析、牛顿第二定律、功、动能定理、机械能守恒定律。
而分析滑块b 的速度变化，是解决本题的关键。
考点：机械能守恒定律；运动的合成与分解举一反三【变式】如图所示，12m m ，滑轮光滑，且质量不计，在1m 下降阶段（不计空气阻力）的过程中，下列说法正确的是（ ）A ．1m 的机械能守恒B ．2m 的机械能守恒C ．1m 和2m 的机械能减少D ．1m 和2m 的机械能守恒【答案】D【解析】1m 、2m 除受重力外，分别还有绳的拉力，在1m 下降时，拉力对1m 做负功，在2m 上升时，拉力对2m 做正功，故1m 2m 、机械能不守恒，A 、B 错。
机械能守恒的条件以及判断方法
机械能守恒的条件以及判断方法机械能守恒是一个基本的物理原理，在研究物理学中经常会用到。
机械能守恒的条件是指在某个物理系统中，机械能总和保持不变的条件。
机械能包括动能和势能两部分，当这两者的总和保持不变时，即可称为机械能守恒。
本文将介绍机械能守恒的条件及其判断方法。
1. 封闭系统机械能守恒的条件要求物理系统是一个封闭的系统，即系统内任何因素与外部环境无法发生物质和能量的交换，系统内物质的总量和能量的总量都是不变的。
机械能守恒只适用于封闭系统。
2. 可逆过程机械能守恒的条件在物理过程中只适用于可逆过程，即从初始状态到最终状态的物理过程是可逆的。
这意味着物理过程是完全可预测的，且没有任何能量损失或熵增。
3. 摩擦力为零机械能守恒的条件要求物理系统中不存在能量损失，而摩擦力是造成能量损失的主要原因之一。
为了保证机械能守恒的条件成立，需要在物理系统中排除任何形式的摩擦力，或者将摩擦力降至极小值。
4. 势能和动能的变化能量互相平衡机械能守恒的条件还要求物理系统中，势能和动能的变化能量互相平衡。
这意味着当一个物理系统中的物体从一个位置转移到另一个位置时，这个物体的势能和动能会发生变化，但它们的总和必须始终保持不变。
判断一个物理系统是否为封闭系统，只有满足这一条件，机械能守恒才能成立。
通常情况下，我们可以通过对物理系统进行分析，来判断系统是否存在物质和能量的交换。
判断物理过程是否为可逆过程。
可逆过程是少见的，因此我们可以首先考虑一些比较简单的物理过程，比如自由落体运动或简谐振动等。
这种类型的运动通常满足可逆过程的条件，因此机械能守恒的条件也可以满足。
接下来，判断摩擦力是否为零。
如果物理系统中存在摩擦力，那么机械能守恒的条件就无法成立。
在这种情况下，我们需要对物理系统中的摩擦力进行分析，找出摩擦力的来源，并通过一些方法减少摩擦。
判断势能和动能的变化能量是否互相平衡。
为了判断这一点，我们需要具体分析物理系统中的势能和动能，以及它们随时间的变化情况。
人教版高一物理物理必修2第七章机械能：7.8 机械能守恒的判断方法
A. 摩擦力对物体做的功等于物体
动能的增加量
B.物体在加速阶段摩擦力对物体做的功不等于物体机械 能的增加量
C.全过程中摩擦力对物体做的功等于物体机械能的增加 量
D.电机多做的功等于物体增加的机械能与物体和传送带 增加的内能之和
训练1.如图所示，质量为m=1kg的物体在长为L=3m的
水带平由传电送动带机上 带以 动初 ，速始度终保v0=持1m以/速s由度左v端=2滑m/上s匀传速送运带动，，传物送体
与传送带间的动摩擦因数μ=0.1，对于将物体从左端传到
右端的过程中，
v0
（1）摩擦力对物体做的功为
（2）产生的热量Q
（3）电动机多做的功为:
答案（1）1.5J（2）0.5J（3）2J
（1）摩擦力对物体做的功为: （2）系统产生的热量Q: （3）电动机多做的功为:
答案（1）42.5J（2）37.5J（3）80J
3、Patience is bitter, but its fruit is sweet. (Jean Jacques Rousseau , French thinker)忍耐是痛苦的，但它的果实是甜蜜的。10:516.17.202110:516.17.202110:5110:51:196.17.202110:516.17.2021
热量为Q2，则应有（ A）
A.W1<W2，Q1=Q2 A F
机械能守恒的判断方法
机械能守恒的判断方法
机械能守恒是指在没有外界做功的情况下，一个系统的总机械能保持不变。
判断方法如下：
1. 确定系统的边界：首先需要确定系统的边界，即确定哪些物体或物质是系统内的一部分，而哪些是外界的一部分。
2. 分析能量的转化：对于系统内的物体或物质，需要分析能量的转化方式，包括机械能的转化和其他形式能量的转化。
机械能包括动能和势能，因此需要考虑物体的速度和位置。
3. 排除外界做功：如果在系统内有外力或外部物体对系统做功，则机械能不守恒。
因此需要排除外界对系统的功。
4. 比较初始和最终状态：比较系统在初始状态和最终状态的机械能，如果两者相等，则机械能守恒。
需要注意的是，机械能守恒只适用于没有外界做功的情况，如果有外力对系统做功，则机械能不守恒。
此外，这个判断方法仅适用于封闭系统，如果系统有能量的输入或输出，则不能判断机械能是否守恒。
机械能守恒的三个条件
机械能守恒的三个条件:
(1)只受重力作用，例如在不考虑空气阻力的情况下的各种抛体运动，物体的机械能守恒。
(2)受其他力，但其他力不做功，只有重力或弹力做功。
例如物体沿光滑的曲面下滑，受重力、曲面的支持力的作用，但曲面的支持力不做功，物体的机械能守恒。
(3)其他力做功，但做功的代数和为零。
机械能守恒的本质
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。
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。
教材中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），也是更普遍的能量守恒定律的一种特殊情况。
单个物体及系统的机械能守恒
一、单个物体的机械能守恒判断一个物体的机械能是否守恒：物体在运动过程中只有重力做功，物体的机械能守恒。
所涉及到的题型有四类：（1）阻力不计的抛体类。
（2）固定的光滑斜面类。
（3）固定的光滑圆弧类。
（4）悬点固定的摆动类。
（1）阻力不计的抛体类（2）固定的光滑斜面类（3）固定的光滑圆弧类（4）悬点固定的摆动类二、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。
3）其它力做功：比如炸药爆炸产生的冲击力，摩擦力对系统对功等。
在前两种情况中，轻绳的拉力，斜面的弹力，轻杆产生的弹力做功，使机械能在相互作用的两物体间进行等量的转移，系统的机械能还是守恒的。
虽然弹簧的弹力也做功，但包括弹性势能在内的机械能也守恒。
但在第三种情况下，由于其它形式的能参与了机械能的转换，系统的机械能就不再守恒了。
归纳起来，系统的机械能守恒问题有以下四个题型：（1）轻绳连体类（2）轻杆连体类（3）在水平面上可以自由移动的光滑圆弧类。
（4）悬点在水平面上可以自由移动的摆动类。
（1）轻绳连体类这一类题目，系统除重力以外的其它力对系统不做功，系统内部的相互作用力是轻绳的拉力，而拉力只是使系统内部的机械能在相互作用的两个物体之间进行等量的转换，并没有其它形式的能参与机械能的转换，所以系统的机械能守恒。
例：如图，倾角为 的光滑斜面上有一质量为M的物体，通过一根跨过定滑轮的细绳与质量为m的物体相连，开始时两物体均处于静止状态，且m离地面的高度为h，求它们开始运动后m着地时的速度？（2）轻杆连体类这一类题目，系统除重力以外的其它力对系统不做功，物体的重力做功不会改变系统的机械能，系统内部的相互作用力是轻杆的弹力，而弹力只是使系统内部的机械能在相互作用的两个物体之间进行等量的转换，并没有其它形式的能参与机械能的转换，所以系统的机械能守恒。
机械能守恒问题的解题技巧
机械能守恒问题的解题技巧机械能守恒是物理学中的一个重要原理，用于解决与能量转化和守恒相关的问题。
本文将介绍机械能守恒问题的解题技巧，帮助读者更好地掌握它。
一、了解机械能守恒原理机械能守恒原理指出，在无外力做功的封闭系统中，刚体所具有的动能和势能之和保持不变。
这意味着系统内能量的转化只会导致动能和势能的相互转换，而总能量是守恒的。
二、确定系统边界在解决机械能守恒问题之前，我们首先要明确定义我们所关注的系统。
该系统可能是一个简单的物体，也可能是多个物体的集合。
确切地界定系统边界是解题的基础。
三、计算初始机械能与最终机械能在问题给出的初始条件下，计算系统的初始机械能。
机械能由动能和势能两部分组成，动能可通过物体的质量和速度来计算，势能可通过物体的高度和重力加速度来计算。
同样地，根据问题给出的最终条件，计算系统的最终机械能。
通过比较初始和最终机械能的差异，我们可以得出能量转化的结论。
四、考虑能量转化方式在机械能守恒问题中，能量可以通过多种方式进行转化，例如势能转化为动能，动能转化为势能，或者机械能转化为其他形式的能量损失。
根据问题的描述和给定条件，确定能量的转化方式，并正确计算每种转化的量。
这样一来，我们就能更好地理解能量在系统内的转换过程。
五、利用机械能守恒方程求解问题在确定了系统的边界、计算了初始和最终机械能，并考虑了能量转化方式之后，我们可以利用机械能守恒的方程来解决问题。
根据机械能守恒原理，系统的初始机械能等于最终机械能，即初始机械能 = 最终机械能通过代入相应的数值和符号，我们可以求解出未知量，解决问题。
六、注意能量损失在实际情况下，机械能守恒往往不完全成立。
系统可能会存在能量损失，例如由于摩擦力的作用导致能量转化为热能。
在解题过程中，我们应该注意这些能量损失，并根据问题描述进行相应的修正。
这样可以使解题结果更为准确和合理。
七、多练习，熟能生巧机械能守恒问题涉及到多个概念和计算步骤，因此多做练习是掌握解题技巧的重要方法。