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高中物理经典课件机械能守恒定律
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目录
机械能守恒定律基本概念
动能定理与机械能守恒关系
重力场中机械能守恒问题探讨
弹性碰撞中机械能守恒现象研究
非保守力作用下系统机械能变化情况分析
典型例题解析与思路拓展
机械能守恒定律基本概念
01
物体具有的动能和势能之和称为机械能。
机械能定义
机械能可以分为动能和势能两大类,其中势能又可以分为重力势能和弹性势能。
机械能分类
只有重力或弹力做功的物体系统内,动能与势能可以相互转化,而总的机械能保持不变。
机械能守恒定律的数学表达式为E1=E2,即系统初状态的机械能等于末状态的机械能。
表达式
守恒条件
系统内力
物体系统内各物体间的相互作用力称为内力。在机械能守恒定律中,内力做功不影响系统机械能的变化。
系统外力
物体系统以外的物体对系统内的物体施加的力称为外力。在机械能守恒定律中,外力做功将改变系统机械能的大小。如果外力做功为零,则系统机械能守恒。
动能定理与机械能守恒关系
02
动能定理定义
合外力对物体所做的功等于物体动能的变化。
动能定理表达式
$W_{合}=DeltaE_k=frac{1}{2}mv^2-frac{1}{2}mv_0^2$,其中$W_{合}$是合外力做的功,$DeltaE_k$是动能变化量,$m$是物体质量,$v$是物体末速度,$v_0$是物体初速度。
动能定理意义
揭示了物体动能变化与合外力做功之间的定量关系。
弹性势能
物体由于发生弹性形变而具有的能量,表达式为$E_{弹}=frac{1}{2}kx^2$,其中$k$是弹簧劲度系数,$x$是弹簧形变量。
重力势能
物体由于被举高而具有的能量,表达式为$E_p=mgh$,其中$m$是物体质量,$g$是重力加速度,$h$是物体相对于参考平面的高度。
动能与势能转化
在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能与势能可以相互转化,而总的机械能保持不变。
机械能守恒定律
在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能与势能可以相互转化,而总的机械能保持不变。表达式为$DeltaE_k+DeltaE_p=0$或$E_{k1}+E_{p1}=E_{k2}+E_{p2}$。
机械能守恒条件
只有重力或弹力做功,其他力不做功或做功的代数和为零。
机械能守恒在动能定理中应用
在解决某些复杂问题时,可以先应用动能定理求出某个过程的动能变化量,再结合机械能守恒定律求出其他相关物理量。例如,在求解弹性碰撞、天体运动等问题时,可以运用此方法简化计算过程。
重力场中机械能守恒问题探讨
03
在斜面滑行过程中,如果存在摩擦力,则机械能不守恒。
机械能不守恒情况
物体沿斜面下滑时,重力势能转化为动能和摩擦生热。
重力势能和动能转化
物体在斜面上滑行时,其机械能损失等于摩擦力所做的功,即ΔE=fs,其中ΔE为机械能损失,f为摩擦力,s为物体在斜面上滑行的距离。
定量关系
在复杂场景下,需要分析物体经历的多个过程,判断每个过程中重力势能的变化。
多过程分析
功能关系
定量计算
根据功能关系,重力势能的变化等于重力所做的功。
通过计算物体在重力作用下移动的距离和重力的大小,可以定量计算出重力势能的变化。
03
02
01
弹性碰撞中机械能守恒现象研究
04
在完全弹性碰撞中,两个物体碰撞前后的总动量保持不变。
碰撞前后动量守恒
完全弹性碰撞中,两个物体碰撞前后的总动能也保持不变。
碰撞前后动能守恒
完全弹性碰撞的恢复系数等于1,表示碰撞后两物体能够完全恢复原状。
恢复系数等于1
非完全弹性碰撞中,两个物体碰撞前后的总动量仍然保持不变。
动量仍然守恒
与完全弹性碰撞不同,非完全弹性碰撞中两个物体碰撞前后的总动能不守恒,会有部分动能转化为内能。
动能不守恒
非完全弹性碰撞的恢复系数小于1,表示碰撞后两物体不能完全恢复原状。
恢复系数小于1
在碰撞过程中,由于物体间的相互作用力做功,使得部分动能转化为内能,从而造成能量损失。
能量损失原因
能量损失可以通过计算碰撞前后两物体的动能差来得到。具体地,能量损失等于碰撞前的总动能减去碰撞后的总动能。
能量损失计算
能量损失的大小与物体的材料、形状、碰撞速度等因素有关。一般来说,材料越硬、形状越规则、碰撞速度越大,能量损失就越小。
影响因素
非保守力作用下系统机械能变化情况分析
05
03
摩擦力对系统机械能守恒影响
在只有重力或弹力做功的系统中,摩擦力做功会导致机械能不守恒。
01
摩擦力做功与路径有关
摩擦力做功与物体运动路径长度成正比,因此摩擦力会导致系统机械能减少。
02
滑动摩擦力与静摩擦力区别
滑动摩擦力做功会导致机械能转化为内能,而静摩擦力则不会引起机械能变化。
空气阻力与速度关系
空气阻力与物体运动速度的平方成正比,因此速度越大,空气阻力对机械能影响越显著。
电磁力对系统机械
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