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高观点下的高中物理:修订间差异

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第277行:
==== 狭义功 ====
==== 保守力与非保守力 ====
 
===== 保守力 =====
 
====== 定义 ======
在物理系统里,假若一个粒子,从起始点移动到终结点,由于受到作用力,且该作用力所做的功不因为路径的不同而改变,则称此力为保守力。
 
假若一个物理系统里,所有的作用力都是保守力,则称此系统为保守系统。
 
比如重力,引力势能,电势能等。
 
====== 性质 产生原因 势能 ======
保守力的功与物体运动所经过的路径无关,只与运动物体的起点和终点的位置有关,当然也与保守力场的性质有关。
 
势能(位能)定义:相互作用的物体间由于所在的位置不同而具有的能量。
 
以重力势能为例,物体和地球间有万有引力,物体下落时,它们发生了相对运动,而且万有引力还对物体做了功,物体动能发生变化,那么这个动能从何而来呢,就是由他们之间的势能转化而来。
 
由于地球质量远远大于物体,地球几乎不受影响,所以我们平时一般都说某个物体的重力势能,其实重力势能是物体和地球所共有的。
 
势能可以理解为是一种储存起来的一种能量,处于一定的势态,所以才用“势”。
 
由于保守力所做的功与运动物体所经过的路径无关,因此,如果物体沿闭合路径绕行一周,则保守力对物体所做的功恒为0,也就是说势能与其他形式能量的转化为零,(功是能量转化的量度,功为零,能量转化为零),于是系统间的势能就不变。
 
也就是说,当相对位置确定时时,它们之间的势能就是确定的、唯一的。也正因为此,才使势能的概念具有实际意义。
 
====== 判断方法 ======
 
充要条件就是场矢量的旋度为零,我们也称为无旋场,例如静电场就是无旋场,因此是保守场。
 
1、对于一维运动,凡是位置X单值函数的力都是保守力。例如服从胡克定律的弹性力<math>f=f(x)=-k(x-x_0)</math>是X的单值函数,故它是保守力。
 
2、对于一维以上运动,大小和方向都与位置无关的力,如重力<math>G=mg</math>,是保守力。
 
3、若在空间中存在某个中心<math>O</math>,物体(质点)<math>P</math>在任何位置上所受的力<math>F</math>都与<math>\widevec{OP}</math>方向相同(排斥力),或相反(吸引力),其大小是距离<math>r=\left|\widevec{OP}\right|</math>的单值函数,则这种力叫做“有心力”,例如万有引力就是有心力,凡有心力都是保守力。
 
===== 非保守力 =====
 
====== 定义 ======
凡做功与路径有关的力称为非保守力。
 
常见的摩擦力,物体间相互做非弹性碰撞时的冲击力都属于非保守力。
 
非保守力具有沿任意闭合路径做功不等于零的特点。非保守力包括耗散力和非耗散力两类。
 
在力学范围内接触的非保守力大多数是耗散力,所以长期以来耗散力就成了非保守力的同义词。
 
====== 耗散力 非耗散力 ======
耗散力是指对系统或物体做负功,而使之总机械能减少的力。
 
如摩擦力。除空气阻力外,爆炸力,内燃机气缸中气体对活塞的推力都是耗散力。
 
耗散力之所以命名为“耗散”,是由于这种力所做的功一般是跟机械运动转化为非机械运动(如热运动)紧密联系在一起。
 
事实上,并不存在耗散力这种说法,因为即使耗散成了内能,它仍然增加的是分子势能、分子动能等等。
 
只是因为人们无法在研究时将所有分子的能量都一一计算,只能采用统计的手段,把它认为成另一种能量。
 
更重要的原因是:人们无法直接使用分子动能与势能。
 
非耗散力指能对系统或物体做正功,而且做功与路径有关的力。如磁力。
 
做功多少和物体运动路径有关的力叫非保守力。
 
非保守力做功就不能由物体的始末位置决定,而和物体的运动路径有关。
 
例如,人推车是克服摩擦力做功,摩擦力是非保守力,人推车对车做的功并不与车向哪个方向运动有关。
 
又如,空气对运动物体的阻力,其方向随着物体运动的方向改变而改变,它的大小随物体运动速度增大而增加。
 
非保守力不像保守力,对于两个位置之间,力对物体做功没有确定的值,从而相应的两个位置之间没有一定的能量差。
 
所以非保守力和物体系的势能没有联系。物体在有非保守力作用时,其动能与势能之和(机械能)不再守恒。
====== 判定方法 ======
做功多少只由始末位置所决定,而跟路径无关的力叫做保守力。做功多少和物体运动路径有关的力叫非保守力。
 
==== 功能原理和机械能守恒定律 ====
功能原理:系统的机械能等于系统内势能、动能和非保守力所做功以及系统所受外力做的功的总和,
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