高中物理教材机械能守恒定律的表述和理解 怎么理解人品守恒定律

高中物理教材机械能守恒定律的表述和理解

傅斌2011年12月28日
在笔者执教高中物理的过程中,发现很多学生对于机械能守恒定律的条件不能正确理解,其根本原因是因为课本表述有严重错误,误导了学生。
在讨论这个问题之前,让我们先打一个比方。某家庭有几个成员,他们手中有三种钱币:美元、英镑、瑞郎。家长规定:家庭成员不准接受家庭以外的人赠予的钱,也不准把钱借给家庭成员以外的人,且家庭成员之间交换钱币的过程中不能有遗失(比如掉进耗子洞里)。显然,如果严格遵守这些规定,则该家庭的钱币的总和将保持不变。
进入正题。
物理学这样定义机械能:动能和势能的总和。(这里的势能仅指重力势能和弹性势能。)
所谓机械能守恒,是说物体系统中的动能、重力势能和弹性势能在相互转换的过程中总和不变。
所谓机械能守恒定律,是说必须满足什么条件,机械能总和才能不变。
对于机械能守恒定律,高中课本这样表述:在只有重力和弹力做功的情形下,物体的动能和势能发生相互转化,但机械能的总和不变。
大学课本这样表述:在一过程中若非保守力不做功,又每一对内外保守力不做功,则质点系机械能守恒。(《普通物理学教程·力学》,高等教育出版社,2005年6月第二版。)
根据高中学生的认知能力,笔者认为应这样表述:在某个过程中,若只有物体系统内的重力和弹簧(橡皮筋)的弹力做功,则系统的动能、重力势能和弹性势能可以发生相互转化,但系统机械能的总和不变。
比较第二种表述和第三种表述,可知它们是等价的。但第二种表述需先学习保守力和非保守力的概念,很难被高中生接受。
比较第一种表述和第三种表述,可知第一种表述有两个重要的缺陷:
1、会使人误以为“势能属于某个物体”。
我们知道:任何势能都属于相互作用的物体(质点)系统。例如铁球和地球组成的系统有重力势能,大量分子组成的物体有分子势能,弹性体具有的弹性势能本质上是分子势能(也可以粗略地说成弹性体各部分相互作用而有势能),带电体组成的系统有电势能。
2、会使人误以为“任何弹力做功都不会改变物体系统的机械能”。
实际上,只有像弹簧、橡皮筋这样能发生明显形变的物体做功时,才伴随着弹性势能的改变,从而发生弹性势能和动能、重力势能的转换。
高中物理教材机械能守恒定律的表述和理解 怎么理解人品守恒定律
因此,笔者认为,高中课本的表述有科学性错误,应当修正。
笔者采用以下三种模型说明机械能守恒的条件。
一、由重物和地球组成的系统。
以自由落体和抛体运动为例,因为在定义这两种运动时就规定不考虑空气阻力,显然在任何一段时间内都只有重力做功。则重力势能和动能相互转换而总和不变。
二.由水平光滑导轨上的滑块及一端固定的水平弹簧组成的系统。如下图。


当滑块以某一初速度接触弹簧后,如果不考虑空气阻力,则在弹簧被压缩又恢复的过程中,只有弹簧的弹力做功。于是弹性势能和动能相互转化而总和不变。
三.由水平地面上的竖直放置的弹簧、地球、重物组成的系统。
如下图。

让重物从某高度落下,在它接触弹簧后,如果不考虑空气阻力,只有重力和弹簧的弹力做功,则动能、重力势能和弹性势能相互转换而总和不变。(如果让滑块沿光滑轨道滑下或滑上,弹簧置于轨道一端,结论不变)。
我们可以这样理解:如果物体系统内的机械能没有转移到系统外,系统外的机械能也没有转移到系统内,且过程中没有产生其他形式的能量(常见通过摩擦产生内能,或导体切割磁力线产生电能),则系统机械能应当守恒。这当然就要求系统外的任何力不做功,且系统内的非保守力也不做功。
通过以上分析,我们知道,判断某个过程一个物体系统机械能是否守恒,既可以分析各力做功情况是否符合定律的要求,也可以看有无其他形式的能量产生。
对于重物通过滑轮、轻绳连接的问题,如果用第二种方法,就可以避开绳的张力做功问题,迅速判断。如下图。


欢迎争论。

  

爱华网本文地址 » http://www.413yy.cn/a/25101013/184657.html

更多阅读

路由器和猫怎么连接 路由器和猫的区别

路由器和猫怎么连接,网络人总结路由器和猫怎么连接四个步骤,网络人总结的路由器和猫怎么连接从连线到路由器设置,两个方面四个步骤即解决路由器和猫怎么连接问题。 现在人口比较多的家庭都会有几台电脑同时使用,办公室电脑、宿舍电脑,

天干地支的月份和时辰怎么计算 时辰天干地支

最佳答案干支纪年法首先,将天干、地支编号如下:天干:甲、乙、丙、丁、戊、已、庚、辛、壬、癸4 5 6 7 8 9 10 1 2 3地支:子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3如

对于房地产营销的理解和认识 三项机制的认识和理解

对于房地产营销的理解和认识首先,我了解了房地产营销的含义,房地产营销,是指房地产开发经营企业开展的创造性适应,动态变化着的房地产市场的活动以及由这些活动总和形成的房地产商品服务和信息从房地产开发经营者流向房地产购买者的社

现代教育思想和理论的探索和理解 理论探索杂志

本帖最后由 三阳开泰 于 2015-3-18 07:54 编辑现代教育思想和理论的探索和理解教 育 教 学 新 理 念 的 阐 释http://www.360doc.com/article/4091167_62986403.html一、教育教学新理念产生的理论支柱“理念”的涵义:理,指理性、理论

声明:《高中物理教材机械能守恒定律的表述和理解 怎么理解人品守恒定律》为网友装逼做作死的快分享!如侵犯到您的合法权益请联系我们删除