第4章 能量守恒定律.pptVIP

第一篇 力学 第4章 能量守恒定律 第一篇 力学 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 大学物理（第二版）  第 一 篇 力 学  第 4 章 能量守恒定律 课件制作者：梅玉雪 第四章 能量守恒定律 概述 4.1 功和功率 在SI中，功的单位：焦尔（J） （4）功和参考系 在SI中，功率的单位：瓦特(W) 4.2 动能和动能定理 二、刚体的转动动能及其动能定理 刚体的转动动能其与力矩的功: 4.3 势能 4.3 势能 二、弹性势能 3、弹性势能 三、引力势能 3、引力势能 四、保守力和非保守力 4.4 能量守恒定律及其应用 4.4 能量守恒定律及其应用 第4章 小结 势能： 第一篇 力学 4.4 能量守恒定律其应用 4.2 动能和动能定理 4.1 功和功率 4.3 势能 本章讨论力对空间的积累效应:功、动能、势能、动能定理、能量守恒定律及其应用。 深入理解以上概念，搞清它们是属于质点、还是属于系统？与参考系的选择有无关系？ 搞清规律的内容、来源、对象、适用条件、与参考系的 关系等。 如： ▲ 功的计算是否依赖参考系？ ▲ 势能是否与参考系的选择有关？ ▲ 机械能守恒是否与惯性系的选择有关？ ▲ 摩擦生热是否与参考系选择有关？ 要求： 一、功的定义 物体在力的作用下，经过一段位移，物体的运动状态发生改变，我们说力对物体做了功。 1、恒力的功： θ a b θ 2、变力的功： a b 总功 当 →0 时， 元功 在直角坐标系中 在自然坐标系中 说明 等于各分力的功的代数和。 (1)功是标量，有正负; (2)功是过程量, 功的值一般与质点运动的路径有关； (3)合力的功 4.1 功和功率 功与参考系有关，具有相对性 举例 以车厢为参考系，摩擦力不做功。以地面为参考系，摩擦力做功。一般情况下，约定以地面为参考系。 4.1 功和功率 力在单位时间内所做的功，称为功率。 平均功率 ?t? 0 瞬时功率 4.1 功和功率 例4-1 质量为m的物体放在水平桌面上，物体和桌面的摩擦系数为μk。物体在外力作用下沿半径为R的圆由a到b移动了半个圆，求在这一过程摩擦力的功。 o a b 根据功的定义 物体由a到b的过程中摩擦力的功为 m R 解： 4.1 功和功率 4.1 功和功率 例4-2 设作用于质量m=2kg的物体上的力F=6t(N),如果物体由静止出发沿力的作用方向作直线运动，求在头2秒的时间内，这个力做了多少功？ 解： O x 设t时刻物体位于x处 m F=6t dx x 分离变量并积分得 则 一、质点的动能及其动能定理 1、质点的动能 设质点在合力 的作用下由a到b，质点的 速度由v1 变为v2 ,合力对质点所做的功为 若v1= 0 , 则 说明：当质点以v的速度运动时，所具有的做功本领为 a b 所以定义质点的动能： 2、质点的动能定理 结论：合力对质点所做的功等于质点动能的变化量， 称为质点的动能定理。 (1) Ek 是状态量, A 是过程量，两者皆与参考系有关 (2) 动能定理只适用于惯性系。 说明： (3) 质点系的动能定理 注意：内力虽成对出现，但内力功的和不一定为零 （?各质点位移不一定相同）。 4.2 动能和动能定理 1、刚体的转动动能 刚体绕定轴转动时，其上任一质点的动能为 刚体的转动动能为 刚体绕定轴转动的转动动能等于刚体的转动惯量与角速度平方的乘积的一半,与质点的平动动能形式上相似。 4.2 动能和动能定理 2.刚体的转动动能定理：刚体在转动过程中合外力矩对刚体所做的功等于刚体转动动能的变化量。 类比质点动能定理 4.2 动能和动能定理 可以把动能看作是物体所具有的一种做功的本领 利用动能做功的例子 在中国三峡水电站安装 世界最大的水力发电机定子 例4-3 (教材P56 ) 自看 一、重力势能 势能：物体由于相对位置的变化所具有的能量。 1、重力的功： 2、重力做功的特点： 当质点由a→c→b时，重力的功为 水平基准面 重力做功与路径无关，只与质点的始末位置有关，当物体绕行一周回到出发点时，重力做功为零。 元功 则 A=－(Ep2－EP1)=－ΔEP 结论：重力的功等于重力势能增量的负值。 3、重力势能 （令h=0时 ） 说明： （1）重力势能是物体和地球所组成的系统所共有。 （2）势能零点可以任意选取，某一点的势能值是相对的。 （3） 两点间重力势能的差值具有绝对意义， 与参考系的选择无关。 x 弹簧振子：