资源描述
用机械能守恒定律解连接体问题
在用机械能守恒定律解连接体问题时,一定要注意下面几个问题
一、 何选取系统
应用机械能守恒定律必须准确的选择系统.系统选择得当,机械能守恒;系统选择不得当,机械能不守恒。对机械能不守恒的系统应用机械能守恒定律必然得出错误的结果。
例1、如图1所示,长为2L的轻杆OB,O端装有转轴,B端固定一个质量为m的小球B,OB中点A固定一个质量为m的小球A,若OB杆从水平位置静止开始释放转到竖直位置的过程中,求(1)A、B球摆到最低点的速度大小各是多少?(2)轻杆对A、B球各做功多少?(3)轻杆对A、B球所做的总功为多少?
析与解:有学生分别选A、B球及地球为一系统,有机械能守恒定律得到:
由上两式得:
上述解法其实是不对的,错在何处呢?是系统选择错误。事实上,小球A(B)与地球单独组成的系统机械能并不守恒,这是因为轻杆往下摆的过程中,轻杆分别对A、B球做了功(注意轻杆可以产生切向力,不象轻绳,只能产生法向力)。对机械能不守恒的系统应用守恒定律求解,当然出错。那么,应该选择什么系统呢?应选A、B球及地球所组成的系统,机械能是守恒的。
(1) 选A、B及地球为一系统,此系统中只有动能和重力势能发生转化,系统机械能守恒,有: ①
②
由①②式可得:
(2)由上不难得到:
即A、B间的轻杆对B球做正功,对A球做负功。
轻杆对A球做功为:
同理可得,轻杆对B球做功为:
(3)轻杆对A、B所做总功为0。
体会:从(2)不难看出轻杆对小球B做了正功,对A球做了负功。从(3)可得到,A、B两球及轻杆这一系统,并没有机械能与其他形式能量的转化,故机械能守恒。A、B间轻杆的作用之一是实现了A球与B球之间机械能的传递。
二、 如何选取物理过程
机械能守恒定律也是一条过程规律,在使用时必须选取具体的物理过程,确定初、末状态。选取物理过程必须遵循两个基本原则,一要符合求解要求,二要尽量使求解过程简化。有时可选全过程,而有时则必须将全过程分解成几个阶段,然后再分别应用机械能守恒定律求解。
例2:如图2所示,质量均为m的小球A、B、C,用两条长均为L的细线相连,置于高为h的光滑水平桌面上。,A球刚跨过桌面。若A球、B球下落着地后均不再反弹,则C球离开桌边缘时的速度大小是多少?
析与解:本题描述的物理过程是:A球下落带动B、C球运动。A球着地前瞬间,A、B、C三球速率相等,且B、C球均在桌面上。因A球着地后不反弹,故A、B两球间线松弛,B球继续运动并下落,带动小球C,在B球着地前瞬间,B、C两球速率相等。故本题的物理过程应划分为两个阶段:从A球开始下落到A球着地瞬间;第二个阶段,从A求着地后到B球着地瞬间。
在第一个阶段,选三个球及地球为系统,机械能守恒,则有:①
第二个阶段,选B、C两球及地球为系统,机械能守恒,则有:
②
由①②解得:
三、 利用机械能守恒定律的另一表达式解题。
在运用机械能守恒定律时,必须选取零势能参考面,而且在同一问题中必须选取同一零势能参考面。但在某些机械能守恒的问题中,运用求解不太方便,而运用较为简单。运用的一个最大优点是不必选取零势能参考面,只要弄清楚过程中物体重力势能的变化即可。
例3:如图3所示,一固定的斜面,,另一边与地面垂直,顶上有一定滑轮,一软弱的细线跨过定滑轮,两边分别与A\B连接,A的质量为4m,B的质量为m,开始时将B按在地面上不动,然后放开手,让A沿斜面下滑而B上升,物块A与斜面间无摩擦,设当A沿斜面下滑s距离后,细线突然断了,求物块B上升的最大距离H。
析与解:取A、B及地球为系统:
①
对B:②
③
由①②③得:
展开阅读全文