一道物理题,小球从粗糙斜面滑下,学生直接写 mgh 等于二分之一 mv 平方,算出的速度比答案大了一截。步骤没错,错在没看斜面有没有摩擦。
条件就一句话
机械能守恒的条件是:系统内只有重力或者弹力做功,其他力不做功,或者做功的代数和为零。注意这里说的是其他力做功为零,不是合外力为零。匀速上升的电梯,合外力为零,但拉力做了功,机械能一直在增加。
哪些情况一定不守恒
有滑动摩擦力做功,机械能转化成内能,不守恒。空气阻力明显时也一样,雨滴匀速下落,动能不变,重力势能减少,机械能一直在掉。用绳子拉物体加速上升,拉力做正功,机械能增加。这些场景要用动能定理,把重力之外那些力的功算进去。
系统怎么选很关键
单个物体和地球组成的系统,看重力做功;物体、弹簧和地球组成的系统,弹力也算内力,机械能守恒。把弹簧漏在系统外,弹力就成了外力做功,结论立刻变。判断时先画圈,把研究对象圈清楚,再逐个力看做功情况。绳子突然绷紧、物体撞上弹簧这类过程也要当心,瞬间有非弹性碰撞,机械能会损失,不能对整个过程用一个守恒式,只能分段处理,碰前碰后各算各的。
做题时的判断顺序
先查摩擦和空气阻力,再确认没有外力拉推,也没有非弹性碰撞,三条都过了才能写守恒式。粗糙斜面上真要做,就用能量守恒:初态机械能减去摩擦产生的热量等于末态机械能。机械能守恒的条件记起来不难,难的是每道题都愿意停下来检查一遍。
列式时还有个常见错误:把高度差算成斜面长度。物体沿斜面下滑,高度差是斜面长度乘 sin 角度,直接代斜面长度,结果会偏大。数字代错,守恒式写得再漂亮也没用,做完用动能定理回代一遍,两边对得上才踏实。另外,判断其他力时,支持力垂直于运动方向,不做功,可以不管;摩擦力和空气阻力做负功,拉力推力做正功,逐个标出来最稳妥。
实验题也常考这个点。打点计时器验证机械能守恒,重物拖着纸带下落,纸带和限位孔之间有摩擦,减小的重力势能总比增加的动能略大。题目问原因,答摩擦阻力和空气阻力做负功,别只说实验误差不可避免就完了。判断守恒不守恒,先看有没有耗散力,比背结论管用。