机械能守恒讲稿.doc

PAGE PAGE 3 机械能守恒定律 什么是机械能 这个问题同学们可能不陌生，(重现概念)那就是 动能和势能（重力势能和弹性势能）统称为机械能. 5m10m 5m 10m 同学们能想到，与前面学过的动能和势能的概念一样，机械能也是一个状态量，物体在每一个时刻或在每一个位置都有一个数值，它又是标量，没有方向，它的国际制单位依然是焦耳，符号“J”.还有吗？ 我们来看看下面这个小问题,从这个我得到什么启示。 从高高的塔上掉下一个小石子，质量是100g，运动中某时刻速度的大小为6m/s，此时小石子到地面的距离是15m，离塔顶的距离是5m..如果要求以塔顶所在的水平面为重力势能参考平面，计算这个小石子在此时具有的机械能.（讲课中都g取10 m/s2） 计算结果是，小石子的动能是1.8J，重力势能是 - 5J，机械能为 - 3.2J。 这说明机械能虽然是标量，但也有正负，这一点很容易理解，因为重力势能有正负的缘故。这一点请同学们要注意。 机械能乃至能量是个极为普遍、极为重要的概念，建立它们的重大价值在于它转化时的守恒性，学习它的重要意义不仅在于会算它，更重要的是理解它的转化、掌握转化规律，下一个问题： 能量是可以相互转化的 生活中能量转化的现象很多，几乎每时每刻都在发生，比如： 1．小孩滑滑梯：动能——势能；伴随的能量转化：机械能——热能。（最简单的） 2．“蹦极运动员”在空中上下起落：动能与重力势能、弹性势能之间相互转化；伴随的能量转化：机械能——热能、声能。 3．著名的三峡水利枢纽工程的主要工作：让大量的水从高处流下，冲进水轮机，使叶轮转动，水轮机又带动发电机转子转动而发出电来。从能量的转化原理看：水的动能——水的势能——电能，伴随的能量转化：机械能——声能、热能。 在各种能量的转化中，最基本、最理想的转化过程是单纯的机械能之间的转化，而机械能总量保持不变——这就是我们常说的：“守恒”。这就需要至少不能有空气阻力和摩擦力存在，因为我们都知道，“摩擦生热”。 转化过程中，如果物体不受空气阻力或摩擦力，机械能是不是永远守恒？ 当然，这是一个非常美好的愿望，与实际/事实相符合？耳听为虚，眼见为实。我们不妨拿几个实例来算一下，做一个具体的、初步的论证。（机械能守恒与不守恒的示例） 从基本、熟悉的例子做起。 自由落体运动 给出一些数据：小球质量是1kg，下落5s后落地，先说出它的基本运动情况，再计算机械能。 注：以初始位置所在的水平面为重力势能参考平面。 下落时间t（s） 速度大小v（m/s） 下落高度h（距初始点）（m） 动能EK （J） 重力势能EP（J） 机械能E （J） 0 0 0 0 0 0 1 10 5 50 －50 0 2 20 20 200 －200 0 3 30 45 450 －450 0 4 40 80 800 －800 0 5 50 125 1250 －1250 0 想一想：如果小球在下落的过程中受空气阻力，结果会怎样？下落相同高度时，速度一定比无阻力时小，动能就小，所以，机械能不会保持不变，而应该越来越小。 例2．物体以30m/s的速度冲上固定的光滑斜面，设斜面足够长。物体的质量是1kg，斜面倾角为37?（sin37?=0.6；cos37?=0.8），上滑5s后停住，先说出它的基本运动情况，再计算它的机械能： 注：以斜面低端的水平面为重力势能参考平面。 已知：加速度a=-gsin?=-6m/s2；vt=v0+at，S=h/ sin?。 上滑时间t（s） 速度大小v（m/s） 上滑高度h（距初始点）（m） 动能EK （J） 重力势能EP（J） 机械能E （J） 0 30 0 450 0 450 1 24 16．2 288 162 450 2 18 28．8 162 288 450 3 12 37．8 72 378 450 4 6 43．2 18 432 450 5 0 45 0 450 450 同样的变化：如果斜面不光滑，情况会怎样？我想，道理与前面的一样，结论也相同，即机械能会逐渐减小。 例3．手提砖头匀速上升，砖头的机械能变吗？ 从看到的现象和概念可以分析出，速度增大，所以动能增大；高度增加则势能增大，所以机械能增大。 现在我们可以从这些具体实例得出一些初步结论。在上述实例中： 物体在运动中机械能都发生了转化； 物体的机械能总量并不总是守恒； 机械能是否守恒与物体的初状态（或者说）初速度无关，而对物体的受力情况和力做功情况有限制或要求，即：物体不能受介质阻力或摩擦力。 在排除受介质阻力或摩擦力外，对力做功情况的限制是：物体可以受重力和其他力如：支持力、绳子拉力等。但是只允许重力做功，其他力不能做功。（从对例2、3的比较得出） 当然，仅有这些是不够的，一条假设能否成为规律，还需要经过严格的理论证明，请认真学习教材