能量守恒在高中物理中的應(yīng)用分析

【摘要】 能量守恒是自然界中最常見到的基本規(guī)律之一，所有現(xiàn)象和事物都會符合這個定律。能量守恒主要表現(xiàn)為自守恒或轉(zhuǎn)移守恒。高中的物理知識中，一般是討論兩個或多個物體之間相互作用的情景，這時就屬于能量的轉(zhuǎn)移守恒現(xiàn)象。本文主要針對高中物理中涉及的能量守恒應(yīng)用分析研究。

【關(guān)鍵詞】 能量守恒 高中物理 應(yīng)用

能量守恒定律的學(xué)習(xí)是高中階段非常重要的一部分內(nèi)容，同時也是自然界中存在的一種規(guī)律。學(xué)生要從本質(zhì)上理解和掌握這一重要知識，并且能夠科學(xué)、合理的將其應(yīng)用到實際物理問題中，從中可以很好鍛煉學(xué)生的物理思維能力，形成新的解決問題思路，將物理知識很好應(yīng)用到解決問題中，使其發(fā)揮重要作用。本文主要從物理中的能量守恒定義出發(fā)，詳細(xì)的介紹其在物理問題中的具體應(yīng)用過程。

1 能量守恒定律基本內(nèi)容概述

能量守恒的定義是能量不會憑空的產(chǎn)生，也不會憑空的消失，只能從一個物體傳遞給另一個物體，同時能量的形式也可相互轉(zhuǎn)化。比如，一個物體從高處下落時，是將重力勢能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽芎蛢?nèi)能等的過程；人在地面上推箱子時，是將人的內(nèi)能轉(zhuǎn)變?yōu)橄渥拥膭幽?、箱子和地面摩擦?nèi)能、空氣摩擦內(nèi)能等的過程。這個定義中有兩個關(guān)鍵點：傳遞和轉(zhuǎn)換。能量傳遞的基本前提條件是物質(zhì)之間有相互作用，從而產(chǎn)生高中物理中的力學(xué)問題、熱力學(xué)問題和電磁學(xué)問題等。比如，摩擦的能量將會變成熱能，彈簧收縮變形現(xiàn)象。能量轉(zhuǎn)換過程主要是將能量形式的改變，比如，煤的燃燒可以產(chǎn)生熱量，可以供取暖使用，也可使用其進(jìn)行蒸汽的制造，從而可以推動蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)變機(jī)械能，使汽輪發(fā)電機(jī)形成電能。

2 高中物理中能量守恒的表現(xiàn)形式

保守力學(xué)系統(tǒng)：如果是保守力進(jìn)行做功時，系統(tǒng)能量體現(xiàn)出的是機(jī)械能，能量守恒的本質(zhì)是機(jī)械能守恒定律。

熱力學(xué)系統(tǒng)：能量一般主要是內(nèi)能、熱量和功，能量守恒通過熱力學(xué)第一定律來表現(xiàn)，熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容為熱量從一個物體傳遞到另一個物體時，會同機(jī)械能或其他能量轉(zhuǎn)換，整個轉(zhuǎn)換過程中，總的能量值是不發(fā)生變化的。表達(dá)式是Q = ΔU + W。

相對論力學(xué)：相對論中認(rèn)為質(zhì)量和能量之間可以轉(zhuǎn)換。當(dāng)由于質(zhì)量變化導(dǎo)致能量發(fā)生改變時，能量守恒定律也是完全成立的。過去也將這時的能量守恒定律叫做質(zhì)能守恒定律。

電磁學(xué)：由楞次定律可以知道，感應(yīng)電流形成的磁場一般是阻止原有磁場磁通量變化的，發(fā)生這種組織作用后就會將電磁感應(yīng)中一些其他種類的能量轉(zhuǎn)化為電能，感應(yīng)電流形成一個回路，然后就可再使電能變?yōu)槠渌N類的能量。即楞次定律所講述的感應(yīng)電流和原磁場的關(guān)系就是能量轉(zhuǎn)化的過程，也就是能量守恒定律。

3能量守恒定律在問題解決過程中的實際應(yīng)用分析

能量守恒定律大量的應(yīng)用到高中物理力學(xué)教學(xué)，比如在僅有重力或彈力的物體系統(tǒng)中，也可以是沒有外力作用的情況下，整個物體系統(tǒng)的動能和勢能之間可以轉(zhuǎn)換，同時總的機(jī)械能量是不變的。這些事能量守恒定律在力學(xué)中的具體表現(xiàn)，也叫做機(jī)械能守恒定律。高中物理中一個非常重要的內(nèi)容是力學(xué)問題，同時一項難點內(nèi)容，通常出現(xiàn)的問題有進(jìn)行物體受力狀態(tài)的判斷、運(yùn)動情況的判斷等。

3.1能量守恒定律在解決力學(xué)問題中的應(yīng)用分析

例如起重機(jī)進(jìn)行豎向勻速起吊重物時，這時物體的動能、重力勢能和機(jī)械能都是怎樣變化的。這種類型的題目主要是進(jìn)行物體受力的判斷問題，讓學(xué)生能夠更加深刻的理解運(yùn)動過程中物體機(jī)械能的變化和影響因素等。題目中說起重機(jī)是勻速、豎向進(jìn)行起吊，質(zhì)量和速度始終不發(fā)生變化，動能也不改變，但是這個過程中物體不斷升高，起重機(jī)克服物體重力做功，使得重力勢能增加，因為機(jī)械能是由動能和重力勢能之和組成的，動能不變化、重力勢能增加，所以機(jī)械能也是增加的。

通過科學(xué)、合理的使用能量守恒定律分析和處理相關(guān)的力學(xué)問題，不僅使學(xué)生深入認(rèn)識能量轉(zhuǎn)換，更加熟悉對物體受力情況的分析，確定物體的運(yùn)行情況，不斷提高學(xué)生解決和處理問題的能力。

3.2能量守恒定律在解決電學(xué)問題中的應(yīng)用分析

經(jīng)過大量的能量守恒定律應(yīng)用于電學(xué)問題的分析，一般包括帶電物體在電力場中的運(yùn)動問題的研究。帶電物體在電力場中會受到電場力，如果電場力做功相當(dāng)于增大了物體電勢能的負(fù)值，導(dǎo)致電能同其他種類能的轉(zhuǎn)換，總能量不改變體現(xiàn)出能量守恒的特點。電學(xué)部分主要是對法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律等物理問題的解決，能量守恒的應(yīng)用至關(guān)重要。

例如圖一所示，在一個豎直向上的均勻磁場中，水平方向有一光滑的平行軌道，部分窄軌道的間距為寬軌道的1/2，將軌道上放ab、cd兩根完全一樣的金屬棒。假如ab棒是以速度v向左運(yùn)動，cd棒始終保持不動，這時系統(tǒng)生成的熱量為Q。若cd棒不動，讓ab棒以速度v 向左運(yùn)動，系統(tǒng)生成的熱量為Q’。若假設(shè)試驗處于非常理想的狀態(tài)和環(huán)境中，即軌道和磁場兩端都可以延長。

有題目可以了解到，cd棒始終不動，所以得到Q=/2。假如cd是可以運(yùn)動的，設(shè)ab棒的速度是，那么cd棒的速度就是2，經(jīng)過t時間后，回路內(nèi)的磁通量是不變的，ab、cd進(jìn)行勻速直線運(yùn)動。根據(jù)動量定理可得，ab棒有2Ft=mv-m，cd棒是Ft=2m-0，所以可以得出，根據(jù)能量守恒定律知

Q’=m-m/2-m（2）2 /2=2Q/5

通過能量守恒定律進(jìn)行電學(xué)問題的分析研究，合理的減少了其中繁瑣的過程討論，僅僅通過對能量轉(zhuǎn)換和守恒的分析，就能正確的寫出能量等量的關(guān)系式，是電學(xué)物理問題很好的解決，提高了做題的速度。這整個的解題過程中，學(xué)生應(yīng)該能夠準(zhǔn)確的判斷出是否可以使用能量守恒定律進(jìn)行分析、求解，把握問題的整體方向，最終得出正確、合理的答案。

4 結(jié)語

總而言之，能量守恒在高中物理中是一個應(yīng)用簡單也非常廣泛的定律。能量守恒的主要理論是對狀態(tài)和過程的分析和確定。不同的運(yùn)動狀態(tài)決定了能量的形式和多少。過程主要是確定其中能量形式發(fā)生了怎樣的變化，有多少量發(fā)生轉(zhuǎn)換。理解其中的機(jī)械能、熱能和化學(xué)能等的存在過程，是找到問題解決辦法的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其中能量守恒是一個總體的定律，機(jī)械能守恒定律、動能守恒定律等都是能量守恒定律的延伸。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊華. 芻議如何用能量守恒分析高中物理問題[J]. 中學(xué)物理教學(xué)參考， 2016（6X）.

[2] 潘曦昊. 高中物理學(xué)習(xí)中能量守恒定律的分析[J]. 同行， 2016（14）.

[3] 賈學(xué)明. 如何用能量守恒分析高中物理問題[J]. 高中數(shù)理化， 2017（4）：29-29.

[4] 劉晟銘. 能量守恒在高中物理中的應(yīng)用[J]. 科技展望， 2017， 27（2）.