机械能守恒

首先

重力势能为与物体位置相关的能量，重力势能具有相对性。表达式为 Ep=mgh 其中，m为质量，单位千克；g为重力常数，9.8N/kg；h为高度，物体相对于势能参照面的高度(具有相对性，势能参考面选择不同，则h不同)，单位米。需要注意的是，h的数值具有相对性，但是对于一个运动过程来说，初始位置和最终位置的Δh是代数值，没有相对性。

弹性势能为

动能为

1）系统的初、末状态机械能守恒

2）系统的动能增加量等于势能减少量

（1）做功条件分析法：

当发生动能与重力势能的转化时，只有重力做功，当发生动能与弹性势能的转化时，只有弹力做功，其他力均不做功，则系统的机械能守恒。

（2）能量转换分析法：

若只有系统内物体间动能和重力势能及弹性势能的转化，系统跟外界没有发生机械能的传递，机械能也没有转化成其他形式的能（如没有内能的增加，比如温度升高），则系统的机械能守恒。

（3）增减情况分析法：

若系统的动能与势能均增加或均减少，则系统的机械能不守恒：若系统的动能或势能不变，而势能或动能却发生了变化，则系统的机械能不守恒：若系统内各个物体的机械能均增加或均减少，则系统的机械能也不守恒。

注意：在判断机械能是否守恒时，一定要先选定系统（看清题目说定的系统）。

有两种情况：

1.如果将产生弹力的的东西（比如说弹簧，下同）算作系统内的，那么机械能守恒。

2.如果将弹簧算作系统外的，那么机械能不守恒。此时弹簧的弹力对物体做功，使物体（系统）的动能和重力势能有所改变。

例如，弹簧悬挂的小球。（高中物理练习中经常出错的问题）

如果将小球和弹簧看成一个整体系统，则系统机械能是守恒的。

小球的机械能是不守恒。(平常大家说某物体的机械能，实质上是把物体与地球当做一个系统，是一种简便说法。 因为重力势能是物体与地球所共有的。）

另外，对一些绳子突然绷紧、物体间碰撞等问题机械能一般不守恒，除非题目中有特别说明或暗示。

只有重力或弹力做功

设质点Q在势力场中沿曲线

令

式中

对上式由

质点在保守力场中运动时，没有能量耗散，所以作用于质点的力所作的功只同质点的起始和终了的位置有关，而同质点运动的路径无关。例如，质点沿路径

对于在有势力场中的质点系，其机械能亦守恒，其势能可用质心的势能来计算。

机械能守恒条件是：只有系统内的弹力或重力所做的功。【即忽略摩擦力造成的能量损失,所以机械能守恒也是一种理想化的物理模型】,而且是系统内机械能守恒。一般做题的时候好多是机械能不守恒的，但是可以用能量守恒，比如说把丢失的能量给补回来，

从功能关系式中的 W_F外=△E_机 可知：更广义的机械能守恒条件应是系统外的力所做的功为零。

当系统不受外力或所受外力做功之和为零,这个系统的总动量保持不变,叫动量守恒定律。

当只有动能和势能（包括重力势能和弹性势能）相互转换时，机械能才守恒。

机械能守恒定律区别联系

1、动能和动量的区别和联系

（1）联系：动能和动量都是描述物体运动状态的物理量，都由物体的质量和瞬时速度v决定，物体的动能和动量的关系为

（2）区别：①动能是标量，动量是矢量。动能变化只是大小变化，而动量变化却有三种情况：大小变化，方向变化，大小和方向均变化。一个物体动能变化时动量一定变化，而动量变化时动能不一定变化。②跟速度的关系不同：E_k=1/2 mv²，p=mv。③变化的量度不同，动能变化的量度是合外力的功，动量变化的量度是合外力的冲量。

机械能守恒定律变力做功

2、用动能定理求变力做功

在某些问题中由于力F大小的变化或方向变化，所以不能直接由W=Fs·cosα求出变力F做功的值，此时可由其做功的结果——动能的变化来求变力F所做的功。

机械能守恒定律全程考虑

3、用动能定理对全程考虑

在用动能定理解题时，如果物体在某个运动过程中包含有几个运动性质不同的分过程（如加速、减速的过程），此时，可以分段考虑，也可对全程考虑。如能对整个过程列式则可能使问题简化。在把各个力的功代入公式：W₁ W₂ … W_n=1/2 mv_末²－1/2 mv_初²时，要把它们的数值连同符号代入，解题时要分清各过程中各个力做功的情况。

机械能守恒定律定理推论

4、机械能守恒定律的推论

根据机械能守恒定律，当重力以外的力不做功，物体（或系统）的机械能守恒。显然，当重力以外的力做功不为零时，物体（或系统）的机械能要发生改变。重力以外的力做正功，物体（或系统）的机械能增加，重力以外的力做负功，物体（或系统）的机械能减少，且重力以外的力做多少功，物体（或系统）的机械能就改变多少。即重力以外的力做功的过程，就是机械能和其他形式的能相互转化的过程，在这一过程中，重力以外的力做的功是机械能改变的量度，即W_G外=E₂－E₁。

机械能守恒定律关系总结

5、功与能关系的总结

做功的过程就是能量转化的过程，功是能量转化的量度。功和能的关系有以下几种具体体现：

（1）动能定理反映了合外力做的功和动能改变的关系，即合外力做功的过程，是物体的动能和其他形式的能量相互转化的过程，合外力所做的功是物体动能变化的量度，即W_总=E_k2－E_k1。

（2）重力做功的过程是重力势能和其他形式的能量相互转化的过程，重力做的功量度了重力势能的变化，即W_G=E_p1－E_p2。

（3）重力以外的力做功的过程是机械能和其他形式的能转化的过程，重力以外的力做的功量度了机械能的变化，即W_F外=E₂－E₁

（4）作用于系统的滑动摩擦力和系统内物体间相对滑动的位移的乘积，在数值上等于系统内能的增量。即“摩擦生热”：Q=F_滑·s相对，所以，F_滑·s相对量度了机械能转化为内能的多少。

可见，静摩擦力即使对物体做功，由于相对位移为零而没有内能产生。

弹簧小球模型机械能守恒问题

机械能守恒定律（law of conservation of mechanical energy）是动力学中的基本定律，即任何物体系统如无外力做功，系统内又只有保守力（见势能）做功时，则系统的机械能（动能与势能之和）保持不变。外力做功为零，表明没有从外界输入机械功；只有保守力做功，即只有动能和势能的转化，而无机械能转化为其他能，符合这两条件的机械能守恒对一切惯性参考系都成立。这个定律的简化说法为：质点（或质点系）在势场中运动时，其动能和势能的和保持不变；或称物体在重力场中运动时动能和势能之和不变。这一说法隐含可以忽略不计产生势力场的物体（如地球）的动能的变化。这只能在一些特殊的惯性参考系如地球参考系中才成立。如图1所示，若不考虑一切阻力与能量损失，滚摆只受重力作用，在此理想情况下，重力势能与动能相互转化，而机械能不变，滚摆将不断上下运动。