第三章功和能zh精要.ppt

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势能零点确定后,物体在任一位置 a 的势能为 势能的计算式 3)势能 是描述物体系状态(相对位置)的物理量,势能是位置状态的 单值函数。 Ep Ep x, y, z ; 定义:将质点从a点沿任意路径移到参考点时,保守力所作的功,称为质点(系统)在a点所具有的势能。 保守力的功 保守力 a b 4 在保守力场中物体从 a 点沿任意路径运动到 b 点保守力对物体所作的功等于物体势能增量的负值 5)计算势能可以任选一个你认为方便的路径。 6)势能是属于相互作用的物体系统所共有,没有相互作用的系统,无从谈势能的概念。“某物体的势能”只是习惯的说法。 势能是属于系统的,取决于系统内物体之间的相互作用和相对位置 7 若物体组同时受几种保守力的作用,则几种相关势能的代数和,称为该物体系的总势能,仍有 ,但W应理解为有关保守力所作功的代数和。 8)只有物体之间的相互作用力是保守力,才能建立势能的概念。非保守力不能引入相关的势能例如就不能引入磨擦力势能的概念 如何选择参考点: 原则上可以任意选择,但要以研究问题方便为原则 重力势能常以地面为参考点,是因为大家都住在地球上,以地面为参考点,容易有共同标准。 万有引力势能常以无穷远为参考点,势能的 表达式比较简洁。 一般规定取弹簧的自然伸长位置(无形变时)为势能零点 一.物体系或质点组的动能定理 已知质点的动能定理是 质点组: 两个或两个以上物体组成的系统 §3-4 功能原理 机械能守恒定律 对第i个质点应用质点的动能定理 有 外力: 系统以外物体 施于其的. 内力: 系统以内物体 施于其的. 第 i个质点受力 对系统内所有物体求和,得 令 有 即物体系所受的一切外力和一切内力所作的功的代数和等于物体系的动能的增量 ——质点组的动能定理. 二. 功能原理 物体系的机械能 保守内力的功等于势能增量的负值 若把与保守力相联系的物体选在系统内,物体系所受的内力 保守内力. 非保守内力 功能原理 外力的功与非保守内力的功的代数和等于物体系的机械能的增量 物体系的动能定理 说明:1功能原理说明只有外力及非保守内力才能改变系统的机械能. 例:提高杠铃的机械能靠外力,而马达的停止转动是靠非保守内力---磨擦力. 功能原理:当系统从状态‘1’变化到状态‘2’时,它的机械能的增量等于外力及非保守内力作功之总和. 2)功能原理与动能定理并无本质差别 ,区别在于功能原理引入了势能概念,而无需计算保守力的功. 动能定理则应计算包括保守内力在内的所有力的功. 3 从功能原理可以看出,功与能量密切联系,功是能量变化的度量,作功是能量传递的方式, 功是过程量,能量是状态。 三. 机械能守恒定律 如果物体系没有受外力及非保守内力作用或外力与非保守内力所作的功均为零,则有 机械能守恒定律 如果物体系没有受外力及非保守内力作用或外力与非保守内力所作的功均为零,则物体系的动能与势能可以互相转换,但它们的总和保持不变。 定律适用条件 外力与非保守内力所作的功均为零 可见系统的机械能守恒必满足:系统没有受外力及非保守内力作用;外力所作的功为零,非保守内力所作的功为零. 或者说只有保守内力作功. 运动形式:机械运动、发声、发光、发热、电磁等 能量形式:机械能、热能、光能、电能、化学能、核能等 现代科学证明: §3-5 能量守恒定律 各种形式的能量可以互相转换,在转换过程中一种形式的能量减少多少,其他形式的能量就增加多少,而能量的总和保持不变。 能量守恒定律 解 取物体与弹簧组成的系统为研究对象。保守力重力不作功,即不引起其势能变化,故不把重力的施力物体-地球包括在物体系内。作用于物体的力有弹簧的弹性力F -kx是保守内力;桌面的摩擦力Ff;重力mg;水平桌面的支承力FN。 例题3-4 弹簧振子水平放置,m 0.1kg,劲度系数k 20 N/m,物体与桌面的动摩擦因数 ,当物体m在平衡位置O 时,给以向右的速度 ,物体向右最大位移x0 0.05 m。(1)求 的值;(2)物体走过路程 x 0.03 m时速度是多少? k m O x x0 x (1)根据功的定义,当物体从平衡位置O 运动到最大位移的位置x0时,摩擦力所作的功为 因物体在竖直方向没有运动, FN mg,所以 取物体的平衡位置O 为弹性势能零点,则 k m O x x0 x 由此得 (2)设在 x 0.03 m 处,物体的速度为 ,由功能原理得 根据功能原理,有 即 动能是状态量,是标量,它只与速度的量 值有关,与速度的方向无关。 动能也具有相对性。 动能:描写物体运动状态的物理量。 外力对物体作功与物体动能变化有何关系? 二. 动能定理 物体m 在合外力 作用下,从a 点运动到b 点,合外力作的功为 a

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