【题头】 上次我们讨论了学习机械能时常见的误区一,即动能定理、机械能守恒,能量转化与守恒,它们的本质都是相同的,今天我们就来讨论学习机械能时常见的误区之二。 【误区二】 认为功能关系中的符号并不重要,对“+”“-”符号并不在意,甚至忘记了“-”号的存在,以至于在考虑问题时常常因为忽略符号问题,而出现错误。 【分析】 其实在功能关系中,符号问题是非常重要的。功和能都是标量,功中的正负号,表示是动力做功还是阻力做功;势能中的正负号,反映了其所在点与零势能点的势能大小关系(或相应的做功关系),能量变化中的正负号,表示能量是增加还是减少,这些符号其实是具有实际的物理意义的,并不是可有可无的。 (1)重力做功与重力势能的关系 通过课本上的分析可知: WG=Ep1‒Ep2=–(Ep2‒Ep1)=‒ΔEp 注意,重力做功WG与重力势能变化量ΔEp之间相隔一个负号,这与重力做正功重力势能减少;重力做负功,重力势能增加是相符的。 与此类似,弹簧弹力做功(弹性限度内)、静电力做功、包括分子力做功都满足这样的关系。 (2)合力做功与动能变化量之间的关系 根据动能定理可知: W合=ΔEk 当合力做正功时,物体在做加速运动,动能增加,动能变化量亦为正;当合力做负功时,物体在做减速运动,动能减小,动能变化量亦为负。合力做的功与动能变化量符号是相同的。 (3)系统内重力、弹力之外的力做功,与系统机械能的关系 也就是说,如果系统机械能守恒,动能减少,那么势能就要增加,势能减少动能就要增加,但机械能总量保持不变,它们之间的变化量满足关系: ΔEP =-ΔEk 注意负号的物理意义,说明他们的变化情况是相反的,一个增大对应另一个就会减少。 在只有重力、弹力做功的系统内,动能和势能之间相互转化,而系统总的机械能是不变的。如果除了系统内的重力、弹力之外的其它力也做功了,那对对机械能会有什么影响呢? 除了系统内的重力、弹力之外的其它外力做的功,等于系统机械能的变化量,外力做正功,机械能增大,外力做负功,机械能减少,它们之间满足关系式: W=ΔEk 【例题】 利用如图装置做“验证机械能守恒定律”实验。 实验中,先接通电源,再释放重物,得到图1所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C,测得他们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。已知当地重力加速度为g,打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m。从打O点到打B点的过程中,重物的重力势能变化量ΔEp= ,动能变化量ΔEk= 。 【答案】 【分析】 此题的第一空应该比第二空简单,第二空需要先用运动学的公式求出B点的速度,才能算出动能的变化量。但是,很多同学却是在第一问上犯了错误,忘了重力势能是在减小的,其变化量应该的是负值,将这一空写成了mghB ,一个小小的细节,就影响了最后的结果。 【总结】 符号问题,不容小视,矢量的正负号表示方向,标量的正负号表示大小或其它,小小的符号中蕴藏了大大的乾坤,希望大家在以后的学习中加以重视。 最后给大家整理出一个表格,帮助大家理解今天分享的内容。
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