職高物理（高教版）：勢能 機械能守恒定律

勢能機械能守恒定律一、勢能二、機械能守恒定律

一、勢能初中我們已經(jīng)學(xué)過，被舉高的物體具有做功的本領(lǐng)，因此它具有能量。我們把地球外表附近的物體由于與地球之間存在一定的高度關(guān)系而具有的能量叫做重力勢能。高處的物體究竟具有多少能量呢？設(shè)一個質(zhì)量為m的物體，從高度為

處，豎直向下落到地面，如右圖所示。這個過程中重力做的功為W＝mgh因此可知，物體在高度

處的重力勢能Ep=mgh。重力勢能是標(biāo)量，它的SI單位跟動能一樣也是J。由重力勢能公式可知，物體距地面越高，重力勢能越大；反之，就越小。處于地平面以下的物體，公式中的h

應(yīng)為負(fù)值，其重力勢能也為負(fù)值。在這里，負(fù)號只是表示它的重力勢能比在地面處的重力勢能小。以上是把物體在地面處的重力勢能當(dāng)作零，當(dāng)然也可選擇另一水平面作為零勢能面，這時上式中的h

應(yīng)是從該面算起的高度。在計算重力勢能時，應(yīng)同時說明零勢能面的位置。一般情況下，常選地面為零勢能面。卷緊的發(fā)條、拉伸或壓縮的彈簧、拉開的弓、正在擊球的球拍、撐芉跳運發(fā)動手中彎曲的芉等，這些物體由于發(fā)生了彈性形變，而具有了做功的本領(lǐng)，我們把這種能量叫做彈性勢能。我們在初中學(xué)過，重力勢能和動能之間可以發(fā)生相互轉(zhuǎn)化。

一個質(zhì)量為m自由下落的物體，從高度為h1的A點下落到高度為h2的B點，速度從v1增加到v2，如右圖所示。在此過程中，物體的重力勢能減少了，而動能增加了?？梢宰C明，物體的重力勢能減少的量等于動能增加的量，動能與重力勢能之和保持不變。用公式可表示為：在自由落體運動中，只有重力做功，動能與重力勢能可以互相轉(zhuǎn)化，而總的機械能保持不變。在各種拋體運動中，如果忽略空氣阻力，物體的總機械能也保持不變。再如，物體在光滑斜面上運動，如右圖所示，雖然物體受重力和支持力的作用，但支持力對物體不做功，只有重力做功?？梢宰C明，在此過程中物體的機械能也保持不變。在只有彈力做功的過程中，動能和彈性勢能可以互相轉(zhuǎn)化，總的機械能也保持不變。在只有重力（或彈力）做功的情況下，物體的動能和重力勢能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，機械能的總量保持不變。這個結(jié)論叫機械能守恒定律，它是力學(xué)中的一條重要規(guī)律，也是能量守恒定律的一種形式。[例題]物體從lm高、2m長的光滑斜面頂端，由靜止開始無摩擦地滑下，到達(dá)斜面底端時的速度多大?〔不計空氣阻力〕

解

設(shè)物體的質(zhì)量為m，根據(jù)機械能守恒定律，并選取地面為零勢能面，有

分析斜面是光滑的，沒有摩擦，又不計空氣阻力，斜面對物體的支持力與物體的運動方向垂直，對物體不做功，如右圖所示。因此，物體在下滑過程中只有重力做功，機械能是守恒的。根據(jù)機械能守恒定律即可求得末速度。練習(xí)2-3

1．一個重50N的物體，從距地面12m高的地方自由下落，當(dāng)下落4m時的重力勢能是

J；落地時的重力勢能是

J；在整個下落過程，重力勢能變化了

J？答案：400；0；600。

2．一個重力為10N的物體，從4m高處由靜止自由落下，落到lm高處的機械能是_____J？答案：40。3．上海輕軌“明珠線〞某車站的結(jié)構(gòu)如以下圖所示，與站臺連接的軌道左右兩側(cè)都有一個長長的斜坡，你知道這種設(shè)計的好處嗎？假設(shè)站臺比軌道高2m，一輛以36km/h的速度在軌道上行駛的列車關(guān)掉動力后，還能否沖上