能量守恒定律

力学A 档L3近3年考频 4 次

常见题型:choice、fill、short

能量守恒定律 - 功和能

考法聚焦

典型例题

例题 1

如图所示,光滑水平面上有一质量为m=1kg的滑块,左侧与劲度系数k=100N/m的轻弹簧相连,弹簧另一端固定。滑块在水平向右的恒力F=10N作用下从弹簧原长位置静止开始运动。求滑块向右运动过程中,当滑块速度达到最大时,弹簧的弹性势能Ep为多少?

解答

解:滑块速度最大时,F = kx,得 x = F/k = $\frac{10}{100}$ = 0.1m。
从开始到速度最大,由动能定理:Fx - ($\frac{1}{2}$)kx² = ($\frac{1}{2}$)mv²,解得 v = √[(2Fx - kx²)/m] = √[(2×10×0.1 - 100×0.01)/1] = √(2-1) = 1 m/s。
此时弹性势能 Ep = ($\frac{1}{2}$)kx² = 0.5×100×0.01 = 0.5 J。
(也可直接由能量守恒:Fx = Ep + ($\frac{1}{2}$)mv²,得 Ep = Fx - ($\frac{1}{2}$)mv² = 1 - 0.5 = 0.5 J)

解析:

本题为L3综合应用,涉及恒力做功、弹簧弹力做功、动能与弹性势能转化。滑块速度最大时,加速度为零,即合力为零,此时弹簧弹力等于恒力F。由此可求出弹簧伸长量x,再根据能量守恒定律(或功能关系),恒力F做的功等于弹簧弹性势能增加量与滑块动能增加量之和。但速度最大时动能并非零,需利用平衡条件求出此时速度。

要点:

  • 速度最大条件:合力为零,弹力等于恒力
  • 正确应用动能定理或能量守恒,注意区分恒力做功与弹力做功

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