系统机械能守恒定律
机械能守恒定律
系统的动能与势能之和A非保内 = E(Q) E(P)
此式表明，在系统从一个状态变化到另一个状态
的过程中，其机械能的增量等于外力所作功和系统 的非保守内力所作功的代数和。此规律称为系统的 功能原理。
三、机械能守恒定律 ( law of conservation of mechanical energy)
例 1：求使物体脱离地球引力作用的最小速度。
解：根据机械能守恒定律有
mM 1 2 mv 2 G 0 2 R
v2 2GM R 2 gR 11 .2 10 m s
3 -1
例 2：求使物体不仅摆脱地球引力作用, 而且脱离 太阳引力作用的最小速度。 解：根据机械能守恒定律有
1 2
α
Q
P
1 2 f d l mgs sin mv 0 2
f
α
N
v0 0
而摩擦力的大小为
f N mgcos
mg
所以 即有
Q
P
Q f d l mg cos dl mgs cos
P
1 2 mg s cos mg s sin mv 0 2
1 2 mv 2
相对地球的动能
Ek
脱离地球引力所需动能
Ek 2
1 2 mv2 2
所以从地面发射时所需最小动能为
Ek3 Ek Ek2
由此可得第三宇宙速度
v 3 v v 2 (12 .4 10 ) (11 .2 10 ) m s 16 .7 10 m s
C
解得
v 2( g ssin g scos ) 1 3 -1 -1 2 (9.8 2.0 0.48 2.0 ) m s 1.8m s 2 2
机械能守恒定律：机械能=动能 重力势能 弹性势能(条件系统只有内部的重力或弹力做功)
机械能守恒定律：机械能=动能+重力势能+弹性势能(条件:系统只有内部的重力或弹力做功). 守恒条件：(功角度)只有重力,弹力做功；(能转化角度)只发生动能与势能之间的相互转化。
“只有重力做功”不等于“只受重力作用”。
在该过程中，物体可以受其它力的作用，只要这些力不做功，或所做功的代数和为零，就可以认为是“只有重力做功”。
列式形式：E 1=E 2(先要确定零势面) P 减(或增)=E 增(或减) E A 减(或增)=E B 增(或减)mgh 1 +121212222mV mgh mV =+ 或者 ∆E p 减 = ∆E k 增5. 如图所示在一根细棒的中点C 和端点B ，分别固定两个质量、体积完全相同的小球，棒可以绕另一端A 在竖直平面内无摩擦地转动. 若从水平位置由静止释放，求两球到达最低位置时线速度的大小. 小球的质量为m ，棒的质量不计. 某同学对此题的解法是:设AB=L ，AC=L2，到最低位置时B 球和C 球的速度大小分别为v 1、v 2.运动过程中只有重力对小球做功，所以每个球的机械能都守恒.：C 球有21122Lmv mg =，1v (m/s) B 球有 2212m v m g L =,2v =(m/s) 你同意上述解法吗？若不同意，请简述理由并求出你认为正确的结果. 5. (10分)解： 不同意，因为在此过程中，细棒分别对小球做功，所以每个小球的机械能不守恒. 说出“不同意”得3分，说出理由得2分 但对棒、小球组成的系统，机械能守恒：mgL+mg L 2=12m 2C v +12m 2B v （2分） 又v B =2vC , （1分）可解得： v C =15gL 5, v B =215gL5（2分） 17．质量不计的直角形支架两端分别连接质量为m 和2m 的小球A 和B 。
支架的两直角边长度分别为2l 和l ，支架可绕固定轴O 在竖直平面内无摩擦转动，如图所示。
开始时OA 边处于水平位置，由静止释放，则 （ ） A ．A 球的最大速度为gl )12(632- B ．A 球的速度最大时，两小球的总重力势能为零C ．A 球的速度最大时，两直角边与竖直方向的夹角为45°D ．A 、B 两球的最大速度之比v 1∶v 2=2∶116．质量不计的轻质弹性杆P 插在桌面上，杆端套有一个质量为m 的小球，今使小球沿水平方向做半径为R 的匀速圆周运动，角速度为ω，如图所示，则杆的上端受到的作用力大小为（C ）A. R m 2ωB. 24222R m g m ω-C.24222R m g m ω+D ．不能确定22．如图所示，轻杆长为3L ，在杆的A 、B 两端分别固定质量均为m 的球A 和球B ，杆上距球A 为L 处的点O 装在光滑的水平转动轴上，杆和球在竖直面内转动，已知球B 运动到最高点时，球B 对杆恰好无作用力．求：(1)球B 在最高点时，杆对水平轴的作用力大小．(2）球B 转到最低点时，球A 和球B 对杆的作用力分别是多大？方向如何？ 解：(1)球B 在最高点时速度为v 0，有Lvm mg 220=，得gL v 20=.此时球A 的速度为gL v 221210=，设此时杆对球A 的作用力为F A ，则 ,5.1,)2/(20mg F Lv mmg F A A ==-, A 球对杆的作用力为,5.1mg F A ='.水平轴对杆的作用力与A 球对杆的作用力平衡，再据牛顿第三定律知，杆对水平轴的作用力大小为F 0=1. 5 mg.(2)设球B 在最低点时的速度为B v ，取O 点为参考平面，据机械能守恒定律有222020)2(21212)2(21212B B v m m g L m v L m g v m m gL m v L m g +++⋅-=+-+⋅解得gL v B 526=。
机械能守恒定律深度解析
机械能守恒定律深度解析机械能守恒定律是一个重要的物理定律，用于描述系统中机械能守恒的原理。
在本文中，我们将对机械能守恒定律进行深入解析，从基本概念到实际应用进行探讨。
一、机械能的定义与表示在物理学中，机械能是指物体由于位置和速度而具有的能量形式。
它包括了动能和势能两个组成部分。
动能表示物体由于速度而具有的能量，与物体的质量和速度的平方成正比。
势能表示物体由于位置而具有的能量，与物体的质量和高度成正比。
机械能可以用以下公式表示：机械能（Em） = 动能（Ek）+ 势能（Ep）二、机械能守恒定律的表述机械能守恒定律是指在一个封闭系统中，当没有外力做功或外力做功等于零时，系统的机械能保持不变。
换句话说，如果没有能量进出系统，那么系统的机械能将保持不变。
这可以用以下公式来表示：E1 = E2其中，E1表示系统初态的机械能，E2表示系统末态的机械能。
三、机械能守恒定律的应用1. 自由落体运动自由落体是指在重力作用下，物体不受其他力的影响，只受到重力的作用而自由下落。
根据机械能守恒定律，自由落体运动中，物体的势能转化为动能，动能的增加与势能的减小成正比。
2. 弹性碰撞在弹性碰撞中，物体之间发生相互作用，能量可以在物体之间转移。
但是根据机械能守恒定律，总的机械能仍然保持不变。
这意味着碰撞前的总机械能等于碰撞后的总机械能。
3. 摩擦力和机械能守恒定律当有摩擦力存在时，机械能守恒定律不再适用。
摩擦力会将机械能转化为其他形式的能量，如热能或声能。
四、机械能守恒定律的局限性虽然机械能守恒定律在许多情况下都能够准确描述系统中机械能的转化，但在某些特殊情况下，它可能无法适用。
例如在存在非保守力或系统有多个自由度的情况下，机械能守恒定律可能会失效。
五、实例分析下面通过一个实例来进一步说明机械能守恒定律的应用。
假设有一个以一定速度v1沿平地运动的小车，其具有质量m，机械能守恒，即系统初态的机械能等于系统末态的机械能。
此时，系统末态的机械能为动能与势能之和，即E2 = 1/2 mv2^2 + mgh其中v2为小车的速度，h为小车的高度。
机械能守恒定律的三个表达式
机械能守恒定律的三个表达式
1. 机械能守恒定律的第一个表达式被表述为总机械能守恒。
对于一个完全受力，其机械能（即势能与动能的和）将始终保持恒定。
这是因为能量在其各种形式之间进行转换，但总量不会发生变化。
或者用公式来描述就是：E=Ek+Ep，在无外力作用情况下，系统的总机械能（E）等于系统的动能（Ek）和势能（Ep）之和，并且该值为常数。
2. 机械能守恒定律的第二个表达式是势能转化为动能，且两者可相互转换。
在垂直投掷运动中，物体上升时，动能逐渐转化为势能，直到到达最高点时，所有的动能都转化为势能，而下落时，势能又转化为动能。
即，它描述了能量状态的变
化过程，尤其是在势能和动能之间的转换。
公式为：动能 = 总机械能 - 势能；势能= 总机械能 - 动能。
3. 机械能守恒定律的第三个表达式是初动能加初势能等于末动能加末势能，即在整个运动过程中，无论物体如何运动，只要不受非保守力的影响，总机械能始终保持不变。
具体的数学表达是：初动能（Ek1）+初势能（Ep1）=末动能（Ek2）+
末势能（Ep2）。
这个表达式揭示了在闭合系统中，不论物质的内部状态如何变化，只需有足够的保守力在起作用，其系统的总机械能就会始终保持恒定。
机械能守恒定律
机械能守恒定律（系统的机械能守恒）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，就看除了重力、弹力之外，系统内的各个物体所受到的各个力做功之和是否为零，为零，则系统的机械能守恒；做正功，系统的机械能就增加，做做多少正功，系统的机械能就增加多少；做负功，系统的机械能就减少，做多少负功，系统的机械能就减少多少。
系统间的相互作用力分为三类：1）冈I」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，倾角为二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?分析：对M、m和细绳所构成的系统，受到外界四个力的作用。
它们分别是：M所受的重力Mg, m所受的重力mg,斜面对M的支持力N，滑轮对细绳的作用力F。
M、m的重力做功不会改变系统的机械能，支持力N垂直于M的运动方向对系统不做功，滑轮对细绳的作用力由于作用点没有位移也对系统不做功，所以满足系统机械能守恒的外部条件，系统内部的相互作用力是细绳的拉力，拉力做功只能使机械能在系统内部进行等量的转换也不会改变系统的机械能，故满足系统机械能守恒的外部条件。
机械能守恒定律
常见形式：轻绳连接、轻杆连接、弹簧连接（物体+弹
簧或物体+弹簧+物体）、叠加。
4、机械能是否守恒的判断方法
（1）用做功来判断：只有重力或系统内弹力做功
（2）用能量转化来判断：对单个物体或者物体系：
只有动能和势能的相互转化而无其他形式能的转化，
则物体系机械能守恒。
5、机械能不守恒的情况：
（1）、除重力和弹力之外的力对物体做功，（如滑动摩
擦力、空气阻力做功做功）物体的机械能不守恒。除重力
和弹力之外的那些力做正功，机械能要增加；除重力和弹
力之外的那些力做负功，机械能要减少，而且增加或减少
的数值，等于除重力和弹力之外的那些力做功的数值，
（2）、绳子在被绷紧的瞬间，物体的机械能不守恒。
物体沿绳子方向的速度突变为零。
机械能守恒定律
机
械
能
动能
+
= 重力势能
+
弹性势能
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、机械能守恒定律的三种表达形式：
（1）守恒的观点： Ek 初 EP初 Ek 末 EP末
即初状态的动能与势能之和等于末状态的动能与势能之
和
（2）转化的观点：
Ek EP
即动能（势能）的增加量等于势能（动能）的减少量
（3）转移的观点：
E A增 EB减
即A物体机械能的增加量等于B物体机械能的减少量
3、机械能守恒的条件
（1）、单个物体：若
时机械能守恒
（2）、对于物体系：若
系统内弹力
，
则物体和轻绳（轻杆、弹簧）组成的系统机械能守恒，
机械能守恒定律
机械能守恒定律引言机械能守恒定律是物理学中一个基本的定律，它描述了在没有外力做功的情况下，一个物体的机械能保持不变。
机械能守恒定律是经典力学的重要定律之一，对于分析物体的运动和相互作用具有重要意义。
本文将详细介绍机械能守恒定律的原理、应用以及相关的例子。
定义和原理机械能是物体在运动过程中所具有的能量，包括动能和势能。
机械能守恒定律指出，一个系统的总机械能在没有外力做功的情况下保持不变。
换句话说，系统的总机械能在运动的过程中始终保持恒定。
机械能守恒定律可以通过能量守恒定律和功的定义来推导得出。
根据能量守恒定律，系统的总能量在任意时刻都保持不变。
根据功的定义，功是力对物体做的功，即力乘以位移。
在没有外力做功的情况下，系统的总功为零。
因此，系统的总能量保持不变。
应用机械能守恒定律在物理学中有广泛的应用。
下面将介绍一些常见的应用场景。
1. 自由落体问题自由落体是指物体在重力作用下自由地运动。
根据机械能守恒定律，一个自由落体物体在运动过程中，仅受重力做功，而不受其他外力的影响。
因此，它的总机械能保持不变。
在没有空气阻力的情况下，自由落体物体的机械能由势能和动能组成，而且二者之间存在着一个转换关系。
2. 弹力问题弹力是指物体受到弹性体作用力的结果。
对于一个由弹性体支撑的物体，当物体发生变形时，弹性体会对物体施加弹力。
根据机械能守恒定律，在没有耗散的情况下，弹性体对物体做的功等于物体动能的变化量。
因此，我们可以利用机械能守恒定律来求解弹力问题。
3. 摆锤问题摆锤是指一个质量固定的物体通过绳索或杆连接到一个固定点，并在重力作用下进行摆动。
对于一个摆锤系统，机械能守恒定律可以很好地描述它的运动。
在摆锤的摆动过程中，重力对物体做功使得势能转化为动能，同时动能也会转换为势能。
系统的总机械能保持不变。
示例下面通过一些例子来具体说明机械能守恒定律的应用。
示例1：自由落体问题考虑一个物体从高处自由落下的情况。
在物体开始下落时，它具有势能，动能为零。
大学物理机械能守恒定律
弹性碰撞中，两物体之间的相互作用力是保守力，因此系统机械能守恒。通过分析碰撞前 后的速度、动量等物理量，可以求解碰撞过程中的能量转化和损失情况。
03 弹性碰撞中机械能守恒
Байду номын сангаас
完全弹性碰撞过程描述
碰撞前后动能守恒
在完全弹性碰撞中，两个物体碰撞前后的总动能保持不变。
碰撞前后动量守恒
同时，两个物体碰撞前后的总动量也保持不变。
例题3
一质量为 $m$ 的匀质球体，半径为 $R$， 绕通过其中心且与球面垂直的轴以角速度 $omega$ 转动。若在球面上挖去一个质 量为 $Delta m$ 的小球体，求剩余部分 的动能和势能变化。
06 振动系统中机械能守恒
简谐振动过程中能量转化关系
简谐振动中，动能和势能不断相 互转化，但总机械能保持不变。
在平衡位置，动能最大，势能最 小；在最大位移处，动能最小，
势能最大。
简谐振动的能量与振幅的平方成 正比。
受迫振动和共振现象中能量传递特点
受迫振动中，驱动力的频率接 近系统固有频率时，振幅显著 增大，能量传递效率提高。
共振现象是系统固有频率与外 界驱动力频率相等时发生的， 此时能量传递效率最高。
在共振现象中，系统的振幅达 到最大值，能量在驱动力和系 统之间高效传递。
典型例题分析
例题1
一弹簧振子在光滑水平面上做简谐振动，分析其在振动过程中的能 量转化关系。
例题2
一单摆受到周期性驱动力作用，分析其在受迫振动过程中的能量传 递特点。
例题3
一RLC振荡电路在共振状态下工作，分析电路中的能量转化和传递过 程。
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探求：(1) a球转至最低点时的速度大小？此时b球 的速度多大？ （2）上述过程中轻杆对a球做的功为多少？
练2、球m用轻弹簧连接（弹簧处于原长）,由水平 位置静止释放,在球摆至最低点的过程中（不计一 m A 切摩擦阻力） o (1)小球的重力势能如何变化? h (2)小球的动能如何变化？ (3)小球的机械能如何变化? (4)弹簧弹力对小球是否做功？ B (5)小球、弹簧所组成的系统机械能有没有改变？ 给予已知数据：质量为m=2kg的小球,小球到达距O 点下方 h=0.5m处的B点速度为2m/s,求 （1）此时弹簧的弹性势能为多少？ （2）小球从A点运动到B点的过程中弹簧弹力做的 功？（g=10m/s2）
§7.8系统机械能守恒定律
学习目标： 1. 理解系统机械能守恒条件的实质 2. 会处理系统中单个物体的机 械能变化问题；能判断系统中内力做功情 况 3. 会用机械能守恒定律解决 “链条” 或“液柱”类问题 教学重点： 系统机械能守恒定律的 应用 教学难点： 理解系统机械能守恒的 条件
一、系统机械能守恒条件 ①外力：只有重力做功 ②内力：系统内没有机械能与其他形式的能发生相 互转化 练1、M1＞M2,滑轮光滑轻质,阻力不计,M1离地高 度为H,在M1下降H过程中,问: (1)M2的机械能怎么变化? (2)M1的机械能怎么变化? (3)M1和M2的总机械能怎么变化? 体会总结：机械能守恒条件 对单个物体： 对多个物体组成的“系统”：
二、“链条”或“液柱”类问题 对链条、液柱之类的物体，其重心位置则是 解决此类问题的关键，通常质量分布均匀 的规则物体常以重心的位置来确定物体的 重力势能，至于零势能面的选取是任意的， 但以系统初、末态的重力势b两球固定在轻杆的两端， 杆可绕O点在竖直面内无摩擦转动，已知两物体距O点的 距离分别为2L和L，现在由图示位置静止释放，则在a下 降过程中：（ ） A．a、b各自的机械能均守恒 B．a的机械能减小，b的机械能 增加，但a、b总的机械能守恒 C．杆的弹力对a、b均不做功 D．杆的弹力对a做负功，杆的弹力 对b做正功