任何規(guī)律都要建立在一定的概念基礎(chǔ)之上。對一個(gè)力學(xué)規(guī)律的深刻理解并能用來指導(dǎo)實(shí)踐,也離不開對基本概念的透徹理解。學(xué)習(xí)動(dòng)能定理,有兩個(gè)基本概念必須搞清楚??功與(動(dòng))能。
(一)功
力對物體所做的功,等于力的大小,位移大小以及力與位移夾角的余弦這三者的乘積,即
思考題:洛侖茲力為什么對物體不做功?向心力為什么對物體不做功?在靜止斜面上滑行的物體,支持力對物體做功嗎(光滑水平上放著的劈性物體A斜面上放置的物體B,B由于重力而下滑,A對B的支持力做功嗎)?
思考題:分析靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力做功情況,它們一定做負(fù)功嗎?請舉例說明。
(4)、合力對物體所作的功有兩種求法:
思考題:證明上面兩種方法是等價(jià)的。
(5)做功定義式只適用于恒力做功。如果是力時(shí)刻變化,一般情況下,上面做功定義式不適用。
思考題:如果力的方向不變,而大小隨位移均勻變化(力是位移的一次函數(shù)),那么在這個(gè)變力作用下物體運(yùn)行一段位移,其做功如何計(jì)算?
思考題:在實(shí)際運(yùn)用中,通常使用功率一詞,功率的定義是功和完成這些功所用時(shí)間的比值,即,功率的單位為瓦(特)。根據(jù)定義或查找資料回答問題:
1、功率的物理意義是什么?
2、功率還有其他單位嗎?它們之間的換算關(guān)系如何?
3、請參照速度的相關(guān)定義和理解要點(diǎn)分析功率;
4、瞬時(shí)功率,為力與速度的夾角。請利用簡單運(yùn)動(dòng)模型推導(dǎo)之。也可以參照教材的推導(dǎo)。
(二)能和動(dòng)能
能(量)是物理學(xué)中一個(gè)極其重要的概念或者說是核心概念。能,是大家耳熟能詳?shù)母拍,但?shí)際上又是十分抽象的概念。能量的形式有很多,如太陽能、電能、風(fēng)能、核能、化學(xué)能、動(dòng)能、勢能……等等。
(三)動(dòng)能定理
動(dòng)能定理的內(nèi)容:(合外)力在一個(gè)過程中對物體做的功,等于物體在這一過程中的動(dòng)能變化。
思考題:利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)模型,簡單地推導(dǎo)動(dòng)能定理的表達(dá)式。
幾點(diǎn)說明:
(一)動(dòng)能定理揭示了功與能的關(guān)系,即做功過程對應(yīng)著能量轉(zhuǎn)化的過程(能量轉(zhuǎn)化思想是重要的思想,在以后的學(xué)習(xí)中或者思考問題中經(jīng)常運(yùn)用到。能量轉(zhuǎn)化思想其實(shí)就是能量守恒思想);
(二)在一些物理問題的計(jì)算中,動(dòng)能定理的運(yùn)用范圍比牛頓第二定律廣泛。具體表現(xiàn)在:
1、動(dòng)能定理既適用于恒力作用過程(勻變速過程),也適用于變力作用過程(非勻變速過程)。
2、動(dòng)能定理既適用于物體做直線運(yùn)動(dòng)情況,也適用于物體做曲線運(yùn)動(dòng)情況。
3、動(dòng)能定理的研究對象既可以是單個(gè)物體,也可以是幾個(gè)物體所組成的一個(gè)系統(tǒng)。
4、動(dòng)能定理的研究過程既可以是針對運(yùn)動(dòng)過程中的某個(gè)具體過程,也可以是針對運(yùn)動(dòng)的全過程。
5、由于動(dòng)能的具體數(shù)值與運(yùn)動(dòng)參考系有關(guān),因此動(dòng)能定理亦是。
6、動(dòng)能定理運(yùn)用于某一具體的過程或者全過程,只需要知道初末的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),無須詳細(xì)知曉運(yùn)動(dòng)過程的具體細(xì)節(jié)。
更簡單地說,牛頓第二定律針對一個(gè)運(yùn)動(dòng)過程問題的計(jì)算來說,只適用于勻變速運(yùn)動(dòng)問題;而動(dòng)能定理的運(yùn)用更廣泛的多。更要注意到,功是力在一段位移下的累積效果,知曉位移的情況下,采用動(dòng)能定理計(jì)算辦法,可能是條捷徑。
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