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1、因瞬时功损失机械能的物理过程 先看一个实例:例 如图1,质量均为m的A、B两球,以轻弹簧连结后放在光滑水平面上。A被有水平速度V0、质量为m/4的泥丸击中并粘合,求弹簧能具有的最大势能。(典型误解) 当A和B的速度都达到u时,、间距离最近,此时弹簧有最大势能。从图所示状态由动量守恒得:从,由机械能守恒得:解得。(分析) 从图所示状态的过程中,泥丸与碰撞粘合(尚未参与作用),是一个完全非弹性碰撞模型,部分机械能经由瞬间内力作功转化为内能,所损失的机械能设为,则:;可见,从图的状态的物理过程,不能再看作一个机械能守恒的过程。因此,本题正确的解必须考虑由的瞬间过程,从中得出所损失的机械能,代入的能量
2、守恒方程,即:,才能求到合理答案。当然,只要考虑了从的瞬间过程,得出在状态时泥丸及的共同速度。然后,再研究从的过程,则既满足动量守恒的条件,又满足机械能守恒的条件。也可解得正确结果。 由此可见,在子弹穿过木块;碰撞粘合。两物通过相互作用连结在一起等瞬间过程中,表面上常因看不到物体有明显位移,因而容易忽略瞬间内力作功的过程。事实上,因有内力瞬时做功,导致能量的转化(常常反映为机械能向其它形式能量转化),全过程中的机械能便不再守恒这便是我们在解此类习题中务必要注意的情况。再看一个实例:例 如图,质量千克的小球用0.8米长的细线悬于固定点。现将小球沿圆周拉到右上方的点,此时小球离最低处点的高度是1.
3、2米。松手让小球无初速下落,试求它运动到最低处时对细线的拉力。(典型误解) 球从到的过程中,只有重力做功,机械能守恒,所以有:在处,对小球又有:由此解得牛(分析) 球从下落到图中的位置时,线从松驰状态开始张紧(易知图中),因线张紧,之后小球才从起开始作圆弧运动到达。从机械能确实守恒,则米秒。既然在处开始转化为圆弧运动,意味着小球只保留了速度的切向分量而损失了法向分量,也就是说损失了动能。这是因为在线张紧的瞬间,线上拉力对小球作了瞬时功,造成了动能转化为内能。这样,就到的全过程而言,因在处有线对小球作瞬时功,所以不满足“仅有重力作功”这个条件,故全过程中机械能不守恒。懂得了以上道理,便知道小球在处以线速度开始作圆弧运动。在这之后,满足了“仅有重力做功”的条件,机械能守恒。则从有;而在处对小球有,由此解得正确答案应为T3.5mg35牛。在本问题中,我们再次看到了因有瞬时功而造成机械能损失的情况。同样,在那个瞬间,因为我们看不到物体明显的位移(小球在位置时在线的方向没有明显位移),所以极易疏忽这个隐含的重要变化,因而常常会导致解题失误。所以,碰到象本题中细线突然张紧的情况;象上题中两物碰撞粘合的情况;或者其他一些广义上的完全非弹性碰撞的情况,请注意上
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