第2章3.能量守恒定律(9556KB).pptxVIP

在力 的作用下，物体发生了位移 ，则把力在位移方向的分力与位移 的乘积称为功。§2-4 能量守恒定律2-4-1 功和功率 功是度量能量转换的基本物理量，它描写了力对空间积累作用。功的定义： 质点由a点沿曲线运动到b点的过程中，变力 所作的功 。元功：国际单位：焦耳（J ）N·m合力的功：结论：合力对质点所作的功等于每个分力对质点作功之代数和 。在直角坐标系Oxyz中 在自然坐标系功和参考系功与参考系有关，具有相对性举例 以车厢为参考系，摩擦力不作功。以地面为参考系，摩擦力作功。一般情况下，通常约定以地面为参考系。功率是反映作功快慢程度的物理量。功率：单位时间内所作的功。平均功率：瓦特（W）=（J/s）瞬时功率：例1、设作用在质量为2kg的物体上的力F=6t（N）。如果物体由静止出发沿直线运动，在头2（s）内这力作了多少功？解：两边积分：?2-4-2 动能和动能定理 1．质点动能定理动能：质点因有速度而具有的作功本领。单位：（J）设质点m在力的作用下沿曲线从a点移动到b点元功：总功：质点的动能定理：合外力对质点所做的功等于质点动能的增量。 为什么我们可以把动能看作是物体所具有的一种作功的本领？利用动能作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注意动能是标量，仅是状态量v 的单值函数，也是状态量；功与动能的本质区别：它们的单位和量纲相同，但功是过程量，能是状态量。功是能量变化的量度；功和能具有普遍意义；动能定理由牛顿第二定律导出， 只适用于惯性参考系，动能也与参考系有关。i2．质点系的动能定理 一个由n个质点组成的质点系，考察第i个质点。 质点i的动能定理： 对系统内所有质点求和 质点系的动能定理：质点系动能的增量等于作用于系统的所有外力和内力作功之代数和。值得注意： 内力做功可以改变系统的总动能。 例2 如图所示，用质量为M的铁锤把质量为m的钉子敲入木板。设木板对钉子的阻力与钉子进入木板的深度成正比。在铁锤敲打第一次时，能够把钉子敲入1cm深，若铁锤第二次敲钉子的速度情况与第一次完全相同，问第二次能把钉子敲入多深？(Mm)忽略重力做功解设铁锤敲打钉子前的速度为v0，敲打后两者的共同速度为v。 铁锤第一次敲打时，克服阻力做功，设钉子所受阻力大小为： 由动能定理， 有：设铁锤第二次敲打时能敲入的深度为ΔS ，则有化简后第二次能敲入的深度为： 初始位置末了位置2-4-3 保守力与非保守力 势能（1）重力的功ac?bM 重力做功仅取决于质点的始、末位置za和zb，与质点经过的具体路径无关。 （2） 万有引力作功 设质量为M的质点固定，另一质量为m的质点在M 的引力场中从a点运动到b点。Fxmmxoabx1x2 万有引力作功只与质点的始、末位置有关，而与具体路径无关。 （3）弹性力的功由胡克定律： 弹性力作功只与弹簧的起始和终了位置有关，而与弹性变形的过程无关。作功特点：作功与路径无关，只与始末位置有关的力。保守力：重力、弹性力、万有引力、静电力非保守力：摩擦力、爆炸力保守力和非保守力的定义： 物体沿闭合路径绕行一周，这些力所作的功恒为零，具有这种特性的力统称为保守力。没有这种特性的力，统称为非保守力。acdb即：作功与路径无关证明：设保守力沿闭合路径acbda作功作功与路径无关：因为：所以：证毕什么关系 ？位置能量势能由物体的相对位置所确定的系统能量称为势能（Ep）保守力作功和位置有关作功是能量变化的量度 势能（势能函数）是由物体的相对位置决定的函数，与保守力作功有关，是状态函数。保守力的功与势能的关系：物体在保守力场中a、b两点的势能Epa与 Epb之差，等于质点由a点移动到b点过程中保守力所做的功Wab。 保守力做功在数值上等于系统势能的减少。势能的大小只有相对的意义，相对于势能的零点而言。（2）说明：（1）势能是一个系统的属性。（3）势能的零点可以任意选取。 设空间r0点为势能的零点，则空间任意一点 r的势能为：结论： 空间某点的势能Ep在数值上等于质点从该点移动到势能零点时保守力做的功。重力势能：（地面（h = 0）为势能零点）弹性势能：（弹簧自由端为势能零点）引力势能：（无限远处为势能零点）保守力势能（E p ）势能零点势能曲线E p重 力mghh = 0h0E p弹 力x = 0x0E p引 力r0r = ∞势能曲线对照表势能随位置变化的曲线～势能曲线锥体为什么上滚？跳高采用那种方式最好，为什么？保守力与势能的积分关系：保守力与势能的微分关系：因为：所以：保守力的矢量式：结论： 保守力沿各坐标方向的分量，在数值上等于系统的势能沿相应方向的空间变化率的负值，其方向指向势能降低的方向。 保守力势能（E p ）势能零点势能曲线E p重 力mghh = 0h0E p弹 力x = 0x0E p引 力