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机械能的定义和转化和守恒条件（机械能的转化和守恒定律知识点）

2023-01-09 14:24:36热河169

上一阶段，萧云老师的主要精力放在了视频课制作上。视频课有其优势，直观形象，但容量往往不大，一些善于钻研的同学希望萧云老师能够发布一些图文，讲讲月考的考点，因此有了今天的图文内容。这次咱们谈谈机械能的转化和守恒定律这个考点，希望能够对参加第三次月考的同学有所帮助。

一、能量：

如果物体能够做功,我们就说该物体具有能量。

二、动能：物体由于运动而具有的能量叫动能。

1、物体质量相同时，速度越大，动能越大。

2、物体速度相同时，质量越大，动能越大。

实际上动能的计算公式为EK=mv2，由公式可知，物体动能的大小既跟物体的质量有关，也跟物体的速度有关，而且速度对动能的影响更大（因为动能大小与速度的平方成正比）。

三、势能：包括重力势能和弹性势能

1、重力势能：物体由于被举高而具有的能量叫重力势能。

（1）质量相同时，物体的高度越高，势能越大。

（2）高度相同时，物体的质量越大，势能越大。

实际上重力势能的计算式为Ep=mgh，可见重力势能既跟物体的质量有关，也跟物体高度有关。

2、弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。

同一物体，其弹性形变程度越大，其弹性势能也就越大。

注意：物体受力后会发生形变，其中撤销外力后能恢复原状的形变叫做弹性形变。

四、物体的动能和势能的总和称为机械能，即机械能=动能+势能

五、机械能的转化和守恒

实例1：如图单摆在A点由静止摆向最低点B然后再摆向另一侧的最高点C，使分析其能量转化情况。

分析：

A到B点的过程：

重力势能变小，动能变大，同时球与空气摩擦产热，可见此阶段重力势能转化为动能和热能。

B到C点的过程：

动能变小，重力势能变大，同时球与空气摩擦产热，见动能转化为重力势能和热能。

由上可知，单摆在每一次摆动的过程中，总有一部分机械能转化为热能，故单摆随着摆动的进行，机械能将越来越小。

试想一下，单摆在没有任何空气阻力的环境中，其机械能将如何变化？

答：没有阻力，机械能不会因转化为热能而损耗，故机械能总量将保持不变。

由上分析可得结论：

物体的动能和势能可以相互转化，而且在转化过程中，如果物体不受任何阻力，那么物体的机械能总量将保持不变。这个规律叫做机械能的转化和守恒定律。

注意点：机械能守恒的条件是不受任何阻力，并不是要求不受任何外力！

在初中可以如下理解：物体若仅受重力作用，则物体的机械能总量将保持不变。

实例2：如图所示：一根轻弹簧下端固定，竖立在水平面上，其正上方A位置有一小球，小球从静止开始下落，在B位置接触弹簧的上端，在C位置小球所受的弹力大小等于重力，在D位置小球速度减小到零。试分析各阶段能量的转化：

先来分析小球从A到B的的受力情况：

如上图可知，若不考虑空气阻力，则小球仅受向下的重力作用，故小球加速运动。此时重力势能转化为动能。 F

分析小球从B到C（不含C）的情况：

由图可知，从B到C（不含C），小球虽然受到弹簧向上的弹力F的作用，但F小于G，故小球总体仍然受到向下的力的作用，故小球仍在加速。故这一阶段，小球的重力势能转化为小球的动能和弹簧的弹性势能。

分析C到D情况（不含C）：

由图可知，从C到D（不含C），小球受到弹簧向上的弹力F的作用，且F大于G，故小球总体受到向上的力的作用，故小球将减速。故这一阶段，小球的动能和重力势能转化为弹簧的弹性势能。

到D点以后反弹阶段，弹簧的弹性势能转化为小球的动能和重力势能。

由上分析可知全过程中，小球在C点时速度最大，故在C点时小球动能也最大。

下面请同学们仿照上例，来分析一下蹦极运动各阶段的能量变化，一定要注意先进行各个阶段的受力分析，再分析加减速情况，最后考虑能量转化情况。

实例3：蹦极运动

如图所示是“蹦极”的示意图，A点是弹性绳自然下垂时绳端的位置，B点是绳吊着人最终静止的位置，C点是蹦极者下降最低点．试分析各阶段能量的转化

人跳下直到下落到A点：_________________________

A点到B点

_______________________________注意该阶段小球在做_____（填“加速”或“减速”）运动

B点到C点

_______________________________注意该阶段小球在做_____（填“加速”或“减速”）运动

到C点后反弹阶段

___________________________________

全过程中，人的动能最大点为_______。

实例4：人造地球卫星

环绕地球运动的人造卫星，其动能与势能在不断地相互转化，一般人造卫星的运动轨道是椭圆形的（如图），如我国发射的第一颗人造地球卫星，它距地球的最近点（近地点）是439km，距地球的最远点（远地点）是2384km．在近地点的速度约为8.1km/s，在远地点的速度约为6.3km/s．越过远地点向近地点运动的过程中，势能逐渐_______，动能逐渐_______，到达近地点时，势能最______，动能最_______．假如没有阻力，卫星将周而复始地运行下去，机械能的总量_____．

分析：

卫星从近地点向远地点运动时（如图中A点），地球的吸引力对卫星起到减速作用，故此阶段卫星的动能减少，重力势能增大，动能转化为势能。

卫星从远地点向近地点运动时（如图中B点），地球的吸引力对卫星起到加速作用，故此阶段卫星的动能增大，重力势能减小，势能转化为动能。