在离地面高h的地方,以的速度斜向上抛出一石块,的方向与水平成角,若空气阻力不计,求石块落至地面的速度大小.(看例题课件)
设石块的质量为m,因空气阻力不计,石块在整个运动过程只受重力,只有重力做功,石块机械能保持守恒.
现取地面为零重力势能面.
石块在抛出点的机械能:
石块在落地点的机械能:
据
列出等式
可得:
从以上解答可看出,应用机械能守恒定律解题简洁便利,显示出很大的优越性,不仅
适合于直线运动,也适合于做曲线运动的物体,分析以上解题过程,还可归纳出
1.应用机械能守恒定律解题的基本步骤[高考资源网]
(l)根据题意,选取研究对象(物体或相互作用的物体系)
(2)分析研究对象在运动过程中所受各力的做功情况,判断是否符合机械能守恒的条件.
(3)若符合定律成立的条件,先要选取合适的零势能的参考平面,确定研究对象在运
动过程的初、末状态的机械能值.
(4)根据机械能守恒定律列方程,并代人数值求解.
2.在应用机械能守恒定律时,要注意其他力学定理、定律的运用,对物体的整个过程
进行综合分析.再举一例.
如图所示,光滑的倾斜轨道与半径为R的圆形轨道相连接,质量为。的小球
在倾斜轨道上由静止释放,要使小球恰能通过圆形轨道的最高点,小球释放点离圆形轨道[Ks5u.com]
最低点多高?通过轨道点最低点时球对轨道压力多大?(看例题课本)
小球在运动过程中,受到重力和轨道支持力,轨道支持力对小球不做功,只有重力做功,小球机械能守恒.
取轨道最低点为零重力势能面.
因小球恰能通过圆轨道的最高点C,说明此时,轨道对小球作用力为零,只有重力提供向心力,根据牛顿第二定律可列
得
在圆轨道最高点小球机械能
在释放点,小球机械能为
根据机械能守恒定律 列等式:
解设
同理,小球在最低点机械能
小球在B点受到轨道支持力F和重力
根据牛顿第二定律,以向上为正,可列
据牛顿第三定律,小球对轨道压力为6mg.方向竖直向下.
在较复杂的物理现象中,往往要同时应用动量守恒定律和机械能守恒定律,明确这两个定律应用上的差异,可正确运用它们,客观反映系统中物体间的相互作用,准确求出有关物理量.
【例】 在光滑的水平面上,置放着滑块A和B,它们的质量分别为和,B滑块与一轻弹簧相连,弹簧的另一端固定在竖直的墙上,滑块A以速度与静止的滑块B发生正碰后粘合一起运动并压缩弹簧,如图所示,求此过程中弹簧的最大弹性势能(看例课课件)[高考资源网]
滑块A与B碰撞瞬间,对于滑块A、B组成的物体系,所受合外力为零,动量守恒,得
在滑块A、B粘合一起运动压缩弹簧时,只有弹簧的弹力做功,A、B滑块和弹簧组成的系统机械能守恒,弹簧弹性势能最大时,滑块A、B动能为零.动能全部变为弹簧的弹性势能,则
两式联立解,可得[ks5u.com]
(四)总结、扩展
1.在只有重力和弹力做功的情况下,可应用机械能守恒定律解题.也可以用动能定理解题,这两者并不矛盾.前者往往不深究过程的细节而使解答过程显得简捷,但后者的应用更具普遍性.
2.动量守恒定律和机械能守恒定律的比较
(l)两个定律的研究对象都是相互作用的物体组成的系统.两个定律的数学表达公式中的物理量都是相对于同一参照系的.
(2)两定律研究的都是某一物理过程,注重的是运动过程初、末状态的物理量,而不深究运动过程中各物体间的作用细节.
(3)两定律的成立条件不同,动量是否守恒,决定系统所受合外力是否为零,而不管内外力是否做功.而机械能是否守恒,决定于是否有重力和弹力以外的力做功,而不管这些力是内力还是外力.
(4)动量守恒定律的数学表达公式是矢量式,要使运算简便,可先定正方向,把矢量运算变为代数运算,机械能守恒定律的数学表达公式是标量式,但要先选定零重力势能面,才能列出具体的机械能守恒公式.
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