能量守恒定律的實(shí)際應(yīng)用

程春才

摘 要：能量守恒定律是高中物理的重點(diǎn)也是難點(diǎn)，也是學(xué)生的易錯點(diǎn)。經(jīng)過學(xué)習(xí)探究，將這類問題進(jìn)行了淺顯的歸納，希望對高中生今后的學(xué)習(xí)有一定的幫助，著重介紹能量守恒定律的相關(guān)運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：能量守恒定律；誤區(qū)；應(yīng)用

能量守恒定律一直是高考的熱點(diǎn)，認(rèn)真剖析系統(tǒng)和物體之間的關(guān)系，掌握功和能之間的轉(zhuǎn)化對于加深理解能量守恒定律有著重要意義，為學(xué)生今后的物理學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，巧妙借助相關(guān)的輔助工具，在各種物理實(shí)驗(yàn)中探尋物理的奧秘，為今后提高自身的物理素養(yǎng)和全面素質(zhì)有著非凡的意義。

一、高中生學(xué)習(xí)能量守恒定律誤區(qū)

在最新版的物理教材中，能量主要包含機(jī)械能、分子能量以及電磁能量等。對于這些知識點(diǎn)，相信學(xué)生都不會陌生，但要是讓學(xué)生自己講出這些能量的基本原理顯然不是一件容易的事情。學(xué)生不斷跟隨教師的引導(dǎo)，了解相關(guān)的能量體系、自主研究能量值和能量變化。通過不斷的研究和學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)，能量值的計(jì)算有確定的公式，但是磁場的能量值計(jì)算卻沒有相關(guān)的公式。通過不斷地深入研究發(fā)現(xiàn)，能量的變化跟磁場對應(yīng)力的變化有一定關(guān)系，這時(shí)一切就都變得明朗了。于是我們總結(jié)道：能量的轉(zhuǎn)化是以功作為計(jì)量單位，只要腦中形成這樣一個(gè)概念，解決功和能的相關(guān)問題就變得容易多了，時(shí)刻謹(jǐn)記能量的變化和做功關(guān)系，進(jìn)而能夠熟練地運(yùn)用能量定律的相關(guān)原理。

例如，在學(xué)習(xí)電能變化與分子能變化這一章節(jié)內(nèi)容的時(shí)候，不難發(fā)現(xiàn)教材中并沒有明確的計(jì)算公式，學(xué)生對于這兩種能量的認(rèn)知比較抽象，不利于學(xué)生的理解和掌握。針對這一現(xiàn)象筆者建議，可以利用對比的方式認(rèn)知分子力做功和分子能量變化之間存在的關(guān)系。例如，重力勢能減少或者增加，就是對應(yīng)物體重力做了多少正功或者負(fù)功。同理，分子勢能的變化也跟分子力做功有不可分割的關(guān)系，功和能的轉(zhuǎn)化遵循能量守恒定律，體現(xiàn)出了功和能之間的緊密聯(lián)系。

其實(shí)，還可以從機(jī)械能守恒角度入手，例如，假設(shè)一個(gè)能量系統(tǒng)除了有重力做功，還存在其他力在做功，那么機(jī)械能又是怎樣變化呢？筆者通過所學(xué)知識的推理得出機(jī)械能是不守恒的。忽略重力做功，其他力做功跟機(jī)械能之間存在正比關(guān)系，若其他力做正功，則機(jī)械能增加，反之其他力做負(fù)功機(jī)械能減少。這樣的研究課題建立在功和能的關(guān)系上進(jìn)行，有助于高中生更好地理解能量守恒定律。

二、承認(rèn)能量損失，拒絕“錯誤理解能量守恒定律”

能量守恒是高中物理常見的規(guī)律之一，體現(xiàn)了功和能之間的變化規(guī)律。筆者發(fā)現(xiàn)，越是簡單的理論，部分學(xué)生卻越是忽視能量守恒的存在。部分學(xué)生在實(shí)際應(yīng)用過程中不能準(zhǔn)確分析出能量的損失。例如，在研究物體碰撞過程中損失的機(jī)械能的實(shí)驗(yàn)中，由于學(xué)生錯誤的應(yīng)用，導(dǎo)致學(xué)生忽視了在碰撞過程中摩擦損失內(nèi)能這一先決條件的存在。例如，在學(xué)習(xí)電磁場這一章節(jié)內(nèi)容的時(shí)候，學(xué)生不僅要分析震蕩過程中的能量轉(zhuǎn)化，也不能忽視電磁輻射損失的部分能量。有的學(xué)生忽視了電磁輻射的能量，致使錯誤理解了能量守恒定律。因此，筆者建議在今后的學(xué)習(xí)中應(yīng)當(dāng)重視將物理知識點(diǎn)與每一章節(jié)進(jìn)行貫穿學(xué)習(xí)，認(rèn)真分析其內(nèi)在聯(lián)系，能自主全面分析和掌握能量守恒問題。

在歷年的高考中可以看出，能量守恒考題部分，主要涉及的就是能量守恒問題，針對這類高考習(xí)題，筆者建議應(yīng)當(dāng)鍛煉自身的整體意識，把習(xí)題中出現(xiàn)的多個(gè)物體看做一個(gè)系統(tǒng)，巧妙地運(yùn)用能量守恒定律，將復(fù)雜的做功問題簡單化，換句話就是：組成系統(tǒng)的各個(gè)物體之間必須遵循能量守恒定律，如果物體之間只存在動能和勢能之間的轉(zhuǎn)化，而沒有和其他能量之間的轉(zhuǎn)化時(shí)，那么這個(gè)系統(tǒng)的能量守恒就不完整。

綜上所述，高中物理教材中的能量守恒定律有證可查，筆者建議應(yīng)當(dāng)將這類題進(jìn)行分類匯總，建立模型概念，在今后的“題?！睉?zhàn)術(shù)中不斷探尋對應(yīng)的解題方法與解題技巧。例如，高中常見的滑槽類問題，學(xué)生只要認(rèn)真分析物體的運(yùn)動過程，找到物體運(yùn)動到最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的速度之間的關(guān)系就能輕松解決這類問題。另外，動量守恒也可以進(jìn)行建模，例如，常見的碰撞模型，學(xué)生要想證明動量是否守恒，筆者建議學(xué)生可以把這個(gè)復(fù)雜的碰撞模式劃分成幾個(gè)子過程，這樣有助于學(xué)生思維變得更加活躍，動量守恒問題也就變得簡單化了。

總之，能量守恒定律是高中物理的重點(diǎn)之一，也是難點(diǎn)。雖然有大量的計(jì)算公式，但是學(xué)生并不能從根本上認(rèn)知公式，導(dǎo)致在日常練習(xí)中錯誤地引用公式，筆者建議學(xué)生應(yīng)當(dāng)認(rèn)真挖掘教材中的“寶藏”，深入探究能量守恒定律，結(jié)合身邊的生活實(shí)際，透過現(xiàn)象去看本質(zhì)，鍛煉自身的思維能力和觀察能力，靈活運(yùn)用能量守恒定律，借助相關(guān)輔助工具進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，真正理解能量守恒定律，對于今后的物理學(xué)習(xí)有著不可忽視的作用。

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