题目
保守力的特点是力所做的功仅仅依赖于受力质点的始末位置,与质点经过的路径无关,这种力称为保守力。摩擦力和万有引力是 ( )A. 保守力 非保守力B. 非保守力 保守力C. 保守力 保守力D. 非保守力 非保守力
保守力的特点是力所做的功仅仅依赖于受力质点的始末位置,与质点经过的路径无关,这种力称为保守力。摩擦力和万有引力是 ( )
A. 保守力 非保守力
B. 非保守力 保守力
C. 保守力 保守力
D. 非保守力 非保守力
题目解答
答案
B. 非保守力 保守力
解析
本题考查保守力和非保守力的概念,解题思路是根据保守力的定义,分别判断摩擦力和万有引力是否满足保守力的特点。
- 判断摩擦力是否为保守力:
保守力做功只与物体的始末位置有关,而与物体运动的路径无关。对于摩擦力,当一个物体在粗糙水平面上从一点移动到另一点时,若经过的路径不同,摩擦力做功的大小也不同。例如,物体从$A$点沿直线移动到$B$点,摩擦力做功$W_1 = -f\cdot s_1$(其中$f$为摩擦力大小,$s_1$为直线距离);若物体从$A$点沿曲线移动到$B$点,摩擦力做功$W_2 = -f\cdot s_2$($s_2$为曲线长度),因为$s_1\neq s_2$,所以$W_1\neq W_2$。这表明摩擦力做功与路径有关,不满足保守力的定义,所以摩擦力是非保守力。 - 判断万有引力是否为保守力:
以地球和物体之间的万有引力为例,设物体质量为$m$,地球质量为$M$,物体从位置$r_1$移动到位置$r_2$,万有引力做功可以通过积分计算。根据万有引力公式$F = G\frac{Mm}{r^2}$($G$为引力常量),万有引力做功$W = -\Delta E_p$,其中$E_p = -G\frac{Mm}{r}$是引力势能。物体从$r_1$移动到$r_2$,引力势能的变化量$\Delta E_p = E_{p2}-E_{p1}=-G\frac{Mm}{r_2}-(-G\frac{Mm}{r_1}) = GMm(\frac{1}{r_1}-\frac{1}{r_2})$,所以万有引力做功$W = GMm(\frac{1}{r_2}-\frac{1}{r_1})$。可以看出,万有引力做功只与物体的始末位置$r_1$和$r_2$有关,与物体运动的路径无关,满足保守力的定义,所以万有引力是保守力。