高中物理機(jī)械能守恒定律的易錯(cuò)題探索

陳渙之 湖南省長沙市長郡梅溪湖中學(xué)

高中物理機(jī)械能守恒定律的易錯(cuò)題探索

陳渙之 湖南省長沙市長郡梅溪湖中學(xué)

機(jī)械能守恒定律是做題時(shí)經(jīng)常會用到的一個(gè)知識點(diǎn)，但是學(xué)生在對其進(jìn)行練習(xí)時(shí)往往容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。本文就從高中生角度出發(fā)，探索在運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解題時(shí)，普遍存在的易錯(cuò)題，并展開深入分析討論。

高中物理 機(jī)械能守恒定律 易錯(cuò)題探索

機(jī)械能守恒定律是物理力學(xué)部分的重要知識點(diǎn)，縱觀近年來的高考物理試卷，這個(gè)知識點(diǎn)幾乎是每一年的必考點(diǎn)。這類題目的難度較大、靈活性強(qiáng)，經(jīng)常和一些其他物理知識綜合在一起進(jìn)行考察，學(xué)生在解答時(shí)不能正確分析題目，以及對概念的理解不夠深刻，導(dǎo)致了各種錯(cuò)誤的出現(xiàn)。

1 簡述機(jī)械能守恒定律

1.1 機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容

所謂的物理機(jī)械能守恒定律其實(shí)就是指，當(dāng)物體上只存在重力做功時(shí)，該物理的動能和重力勢能就可以在相互之間發(fā)生轉(zhuǎn)化，但是它們二者的總和始終不變，而動能和勢能在一起合稱為機(jī)械能，這就是機(jī)械能守恒定律。該理論同樣可以用于只有彈力在做功的情況，其動能和彈性勢能之和也不會發(fā)生變化，但它們之間可以轉(zhuǎn)化。在實(shí)踐練習(xí)過程中需要注意的是，當(dāng)一個(gè)物體從光滑的斜面高處落下，它身上的動能和時(shí)能也應(yīng)該遵循機(jī)械能守恒定律，可以轉(zhuǎn)化但總和不變，這是機(jī)械能守恒定律在題目中經(jīng)常出現(xiàn)的信息線索。

1.2 機(jī)械能守恒定律的推導(dǎo)

2 高中生容易出錯(cuò)的機(jī)械能守恒題型

2.1 系統(tǒng)機(jī)械能守恒類型的題

高中物理系統(tǒng)機(jī)械能守恒類型的問題中，最典型的就是物體從光滑斜面落下的問題，也是我們高中生經(jīng)常容易犯錯(cuò)的題型之一。例如，有一個(gè)小木塊A從放置在光滑水平地面的一個(gè)光滑斜面B上落下，在這個(gè)過程中木塊和斜面的受力情況，各個(gè)力的做功情況，還有木塊和斜面各自的機(jī)械能是否守恒，以及木塊和斜面組成的系統(tǒng)是否滿足機(jī)械能守恒定律。高中生在分析這個(gè)題目時(shí)，由于以前做過的類似題目里斜面固定不動，而形成了思維定勢，會想當(dāng)然地認(rèn)為斜面固定在底面，其對木塊產(chǎn)生的作用力會始終垂直于接觸面，該力的做功為零。物體運(yùn)動過程中只受到了重力的作用，其滿足機(jī)械能守恒定律。但是在這個(gè)題目中，斜面隨著物體的下落也會向后位移。再根據(jù)物理教材中對功的定義，就必須找到小木塊發(fā)生的位移，加上地面光滑的條件，可以得出木塊和斜面所組合的系統(tǒng)，在水平方向上沒有受到其他力的作用，只在垂直方向上受到了重力作用，因此符合物理動量守恒的要求，又由于整個(gè)系統(tǒng)一開始的時(shí)候，其在水平方向上就沒有動量產(chǎn)生，并且斜面的質(zhì)量應(yīng)該比木塊的質(zhì)量大，因此木塊在水平方向上的位移距離大于斜面的位移距離。所以可以知道斜面對木塊做負(fù)功，木塊不可能保持機(jī)械能守恒的情況，而木塊和斜面所組成的系統(tǒng)卻是滿足機(jī)械能守恒定律的。

高中生在做這種題目時(shí)，就會忽略斜面發(fā)生運(yùn)動的情況，進(jìn)而認(rèn)為其沒有對木塊做功，木塊處于機(jī)械能守恒狀態(tài)，其實(shí)不然，恰恰相反的是斜面對木塊做功，木塊根本不可能滿足機(jī)械能守恒的條件。

2.2 系統(tǒng)機(jī)械能不守恒類型的題

系統(tǒng)機(jī)械能不守恒類型的易錯(cuò)題中的代表，就是子彈穿過木塊所形成系統(tǒng)的機(jī)械能問題，比如，光滑桌面上放有一個(gè)質(zhì)量為的木塊，現(xiàn)在被質(zhì)量為的子彈射中其速度為，但是木塊并沒有被擊穿，若子彈在木塊中穿過的深度是D，木塊對子彈產(chǎn)生的阻力為，并一直不變，求在這個(gè)過程中木塊位移距離，以及子彈和木塊組成的系統(tǒng)是否滿足機(jī)械能守恒定律，如果不滿足，求該系統(tǒng)損失了多少機(jī)械能。高中生看到這個(gè)題目，就會陷入知識誤區(qū)，認(rèn)為該系統(tǒng)在水平方向上沒有受力，只有垂直方向上的重力做功，因而得出系統(tǒng)機(jī)械能守恒的結(jié)論，但實(shí)際上該系統(tǒng)的機(jī)械能并不守恒，因?yàn)樽訌椩诮佑|到木塊后，其內(nèi)部的一部分動能會分別轉(zhuǎn)化成熱能和木塊位移的動能。所以這道題正確的解題思路是考慮系統(tǒng)水平方向動量守恒的關(guān)系，假設(shè)子彈在木塊內(nèi)它們一起運(yùn)動的速度為可以得出摩擦力對木塊做功表達(dá)為摩擦力對子彈做功的情況滿足，并且從題目可以知道可以算出木塊位移的距離為，最后就可以得到子彈和木塊組成的系統(tǒng)所損失的機(jī)械能是

高中生在做這種題目時(shí)，總是會忽略題目中碰撞或拉伸的線索，其中的機(jī)械能會轉(zhuǎn)化成一部分熱能消耗掉，系統(tǒng)內(nèi)是不可能保持機(jī)械能守恒的，才會不斷做錯(cuò)題，導(dǎo)致考試失分，只要注意到這個(gè)細(xì)節(jié)，就可以正確解出題目。

高中生在物理機(jī)械能守恒定律運(yùn)用時(shí)，由于沒有正確分析題意，對定律內(nèi)涵理解不深刻，才會導(dǎo)致錯(cuò)誤頻出。只要在以后做題時(shí)注意這幾點(diǎn)，就可以在很大程度上提升做題的正確率。

[1]鄭慧玉.基于一道高考題的章末復(fù)習(xí)課教學(xué)研究——以《機(jī)械能守恒定律》一章為例[J].寧波教育學(xué)院學(xué)報(bào),2015,(04):138-140.