對機械能守恆定律的理解,注意「守恆」和「不變」的區別

2020-12-03 教育點滴談

對機械能守恆定律的理解,注意「守恆」和「不變」的區別。

高一的學生在學習機械能守恆定律以後,資料書上會編一些習題,讓學生判斷各種情形下,物體的機械能是否滿足守恆條件。但是,有些資料書上所給的習題答案,把「守恆量」和「不變量」混淆,認為只要機械能在過程的前後保持不變,就認為是滿足機械能守恆定律的條件的,其實,這樣是不嚴謹的,也可以說就是錯誤的。「守恆量」和「不變量」是有區別的,今天,我們通過進一步理解機械能守恆定律,來區分「守恆量」和「不變量」。

首先,我們來看看什麼是機械能守恆定律,並且對其再進一步理解。在只有重力或彈力做功的物體系統內,動能與勢能可以相互轉化,而總的機械能保持不變,這叫做機械能守恆定律。我們該如何理解這一定律呢,從其課本的定義來看,要滿足機械能守恆定律,其實只有唯獨的一個條件:物體系統內只有重力或彈力做功。

就是說,物體系統內物體可以受許多力,但是只有重力或彈力做功,而除重力和彈力外的其他力都不做功,並且重力或彈力還必須做功,只有這樣才能發生動能和勢能的相互轉化,才有在考察其機械能總量時有守恆這一說,否則說守恆是沒有意義的。下面我們通過舉一些實際的例子來看一看。

水平面上勻速運動的物體。對於水平面上勻速運動的物體,其勢能不變,動能也不變,總機械能保持不變,但是不能稱之為機械能守恆。因為,水平面上勻速運動的物體,雖然受到重力的作用,但重力沒有做功,並沒有發生動能和勢能的相互轉化,無所謂守恆一說,只能說其前後的機械能保持不變。還有,如水平面內做勻速圓周運動的物體,或者是水平面內做勻速圓錐擺運動的物體,都是這種情況,應該說其機械能不變,而不能稱之為機械能守恆。

沿斜面上升或下滑的物體,物體受到的拉力和摩擦力平衡。有些資料書上,設置的題目是這樣的,讓物體在一個拉力的作用下沿斜面運動,但是拉力和物體受到的摩擦力平衡,這樣的情形下,物體的動能和勢能發生了相互轉化,而且其機械能總量保持不變。但是,在這個問題中,我們不能認為機械能是守恆的,因為,除重力做功之外,還有拉力和摩擦力做功,只不過是拉力做的正功和摩擦力做的負功抵消了,只能說物體的機械能不變而非守恆。

因此,「守恆量」和「不變量」是有區別的,同學們在判斷機械能是否守恆時,要嚴格按照機械能守恆定律的條件來判斷,不要把「不變」當作「守恆」。如果大家希望讀到更多關於教育類的文章,敬請關注,進入主頁查看。

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