机械能的概念及动能与势能的转化问题

机械能的概念及动能与势能的转化问题 1.怎样理解“机械能”这个概念, 动能和势能统称为机械能，机械能是和物体的机械运动紧密联系的能量。 一个物体具有机械能时，可以现为只有动能，没有势能。例如，在水平地面上运动的物体，它的动能为200J，势能为零，这个物体的机械能为200J+0，等于200J。 一个物体具有机械能时，也可以表现为只有势能，没有动能。例如，被举在空中静止的杠铃，它的动能为零，重力势能为6000J，那么这个杠铃具有的机械能是6000J+0，为6000J。 一个物体既有动能，又有势能，它的机械能等于它的动能与势能之和，比如，在空中飞行的一颗子弹，它的动能是5000J，势能是150J，那么这颗子弹的机械能是5150J。 一切物体可以既具有动能又具有势能，也可以只具有动能或只具有势能。机械能大小的决定因素:质量、速度、高度、形变量。 2.怎样分析物体动能和势能的变化, 物体的动能是由它的质量和速度两个因素决定的， 注意:(1)一个物体的动能与其质量的大小，运动的速度的大小有关。分析问题时不能只考虑其中一个因素。 (2)对于一个物体而言，当速度不变时，质量越大其动能越大;当质量不变时，速度越大动能越大。改变物体的质量和速度都可以改变物体动能的大小。 (3)若物体做的是匀速运动，则表示该物体的速度大小不变，若该物体的质量又一定，则表明该物体的动能大小不变。 对于同一个物体来说，可能通过它的速度是否改变来判定它的动能是否变化。物体的速度不变，它的动能不变，物体的速度变大，它的动能增加;物体的速度变小，它的动能减少。物体的速度是零，它的动能也是零。 物体的重力势能是由它的质量和高度两个因素决定的，对于同一个物体来说，可以通过它的高度是否改变来判定它的重力势能是否变化。高度不变，物体的重力势能不变，高度增大，它的重力势能变大;高度减小，它的重力势能减小，初中阶段是以地面做为高度的计算起点，则地面上物体的重力势能为零。 3.动能和势能相互转化的问题 (1)在动能和势能的相互转化过程中，机械能是否一定保持不变, 在动能和势能的转化过程中，若不考虑转化过程中的能量损失，则机械能的总量保持不变;在转化过程中若有能量损失(如克服阻力做功)或其他形式能的补充，则机械能的总量将发生变化。 在做滚摆的实验时，可以看到滚摆从高处旋转下降，越转越快，它的重力势能转化成了动能;到达最低点后，滚摆转而上升，它越转越慢，滚摆的动能又转化成重力势能。但滚摆不能回到原来的高度上，这表明滚摆的机械能减小了。这是因为滚摆与绳之间有摩擦，滚摆在运动中还受到了空气阻力，由于克服阻力做功，使滚摆的一部分机械能转化成其它能(内能)，它的机械能总量就减小了，不再保持不变。 (2)在分析物体的动能和势能的转化过程中，机械能是否守恒，应注意题设条件。如一小孩从光滑的斜面上滑下，速度越来越快，到斜面底端时:动能______，势能______，机械能总量______(选填“增大”、“减小”或“不变”)。 在这里“光滑”的即认为可以不考虑摩擦，因此在能量的转化中不考虑摩擦及能量的损失，小孩在下滑时，减少的势能全部转化成小孩的动能，机械能的总量不变。所以应是:动能增加，势能减少，机械能总量不变。 又如，一小孩从斜面上匀速下滑，到斜面底端时，动能______，势能______，机械能总量______。 由于小孩从斜面上“匀速”下滑，到底端时速度不变，因此动能不变，而由于高度降低，势能减少，因而机械能的总量减少。在题目中虽没明确说明摩擦的存在，但小孩从斜面上“匀速”下滑，就隐含了存在摩擦这个条件。因此，在转化中必然有一部分机械能消耗在克服阻力做功上，而引起机械能总量的减少。