高考對機械能守恒定律的應用多數(shù)情況下考查的是兩個物體組成的系統(tǒng),這兩個物體一般由細繩或輕桿連接在一起。解決這類問題的關鍵從以下兩個方面著手:
1、判斷機械能是否守恒
(1)用做功來判斷:分析物體或系統(tǒng)受力情況(包括內力和外力),明確各力做功的情況,若對物體或系統(tǒng)只有重力或彈簧彈力做功,沒有其它力做功或其他力做功的代數(shù)和為零則機械能守恒。
(2)用能量轉化來判定:若物體系統(tǒng)中只有動能和勢能的相互轉化而無機械能與其他形式的能的轉化,則物體系統(tǒng)機械能守恒。
(3)對一些繩子突然繃緊,物體間非彈性碰撞等問題,除非題目特別說明,機械能必定不守恒。
【關鍵點撥】系統(tǒng)所受的合外力為零時,系統(tǒng)機械能不一定守恒。
如當物體在做豎直向上、向下等各方向勻速直線運動時,所受的合外力為零,但機械能不守恒。
2、求解方法
求解這類問題的方法首先是找到兩物體的速度關系從而確定系統(tǒng)動能的變化,其次找到兩物體上升或下降的高度關系從而確定系統(tǒng)重力勢能的變化,然后按照系統(tǒng)動能的變化等于重力勢能的變化列方程求解,其中尋找兩物體的速度關系是求解問題的關鍵,按兩物體連接方式和速度關系一般可以分為以下三種:
(1)速率相等的連接體:如圖甲所示,A、B在運動過程中速度大小相等,根據(jù)系統(tǒng)減少的重力勢能等于系統(tǒng)增加的動能列方程求解。
(2)角速度相等的連接體:如圖乙所示,一輕質細桿的兩端分別固定著A、B兩小球,O點是一垂直紙面的光滑水平軸,A、B在運動過程中角速度相等,其線速度的大小與半徑成正比,根據(jù)系統(tǒng)減少的重力勢能等于系統(tǒng)增加的動能列方程求解。
(3)某一方向分速度相等的連接體:如圖丙所示,A放在光滑斜面上,B穿過豎直光滑桿PQ下滑,將B的速度v沿繩子和垂直繩子方向分解,如圖丁所示,其中繩子的分速度vx與A的速度大小相等,根據(jù)系統(tǒng)減少的重力勢能等于系統(tǒng)增加的動能列方程求解。