高中物理機(jī)械能守恒解題方法探析

王澤龍

摘 要：機(jī)械能守恒定律是物理力學(xué)中的重要規(guī)律之一，也是高考的必考內(nèi)容之一。因其難度大，靈活性強(qiáng)，解題步驟復(fù)雜等特點(diǎn)，需要學(xué)生在對該類題型所涉及的知識點(diǎn)進(jìn)行有效把握的基礎(chǔ)上，掌握高中物理機(jī)械能守恒解題方法。而通過例題分析把握解題思路，無疑是掌握高中物理機(jī)械能守恒解題方法的很好途徑。

關(guān)鍵詞：高中物理；機(jī)械能守恒；解題方法

中圖分類號：G63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-9132（2018）08-0105-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2018.08.064

在高中物理學(xué)科中，機(jī)械能守恒定律是物理力學(xué)中的重要規(guī)律之一，通過對近年高考考點(diǎn)分布的分析能夠看出，該定律是高考的必考內(nèi)容之一，同時涉及相關(guān)的考點(diǎn)題型整體比較難，靈活性也比較強(qiáng)，解題步驟比較復(fù)雜，要求學(xué)生在對該類題型所涉及的知識點(diǎn)進(jìn)行有效把握的基礎(chǔ)上，掌握必要的解題方法。

一、高中物理機(jī)械能守恒定律概述

（一）高中物理機(jī)械能守恒定律的重要性

在高中物理的學(xué)習(xí)過程中，可以學(xué)到很多守恒定律，對于勢能和動能的學(xué)習(xí)，能夠?yàn)闄C(jī)械能守恒定律的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容在高中力學(xué)學(xué)習(xí)中起著承前啟后的作用，在高中物理的能量學(xué)習(xí)中占據(jù)著重要的作用和地位。不同運(yùn)動形式的守恒知識和轉(zhuǎn)化知識能夠?qū)⒆匀灰?guī)律呈現(xiàn)出來，對相關(guān)的規(guī)律和概念學(xué)習(xí)有重要促進(jìn)作用，但是因?yàn)檎w的抽象性比較強(qiáng)，導(dǎo)致在學(xué)習(xí)過程中難度較大，靈活掌握相關(guān)的解題方法也比較困難。力學(xué)方面的問題很多都需要機(jī)械能守恒定律來解決，因此，要高度關(guān)注該方面知識的內(nèi)容。在應(yīng)用機(jī)械能守恒定律時，只需要關(guān)注物體的始末運(yùn)動狀態(tài)，對運(yùn)動過程不需要多加考慮，所以需要求出開始狀態(tài)的機(jī)械能總和和最終狀態(tài)的機(jī)械能總和，從而依照等式來進(jìn)行解析。

（二）高中物理機(jī)械能守恒定律問題的解題關(guān)鍵點(diǎn)分析

第一，在解題過程中要靈活運(yùn)用機(jī)械能守恒定律，要將研究對象確定好。在不同的問題當(dāng)中，很多都涉及多個物體的多個運(yùn)動過程，所以要依照解題便捷性來選擇合適的研究對象，然后對研究對象的受力情況進(jìn)行分析，同時要對做功的影響情況進(jìn)行分析，從而有效地應(yīng)用機(jī)械能守恒定律去解決問題。

第二，靈活運(yùn)用不同的前提條件。機(jī)械能守恒主要是指整個系統(tǒng)的動能和功能之和不變，所以，依照能和功來判斷是否符合機(jī)械能守恒定律。首先，從做功的角度來分析，整個系統(tǒng)當(dāng)中只存在彈力和重力，沒有額外的做功，或者系統(tǒng)內(nèi)部的做功之和為零，針對該情況可以看出該系統(tǒng)的機(jī)械能不變。其次，從能量的角度來分析，當(dāng)系統(tǒng)中只有動能和勢能出現(xiàn)變化，而沒有其他能力或者轉(zhuǎn)化情況存在，同時該系統(tǒng)和外界沒有交換能量的情況，則可以判斷該系統(tǒng)中的機(jī)械能不變。

第三，靈活掌握重要的機(jī)械能表達(dá)式。首先，用E1和E2代表初始和最終的機(jī)械能，則可以認(rèn)為E1=E2，如果展開說則可以寫成Ek1+Ep1=Ek2+Ep2。其次，針對機(jī)械能守恒定律分析，可以判斷系統(tǒng)的動能變化量和勢能變化量相等，也就是說動能的增加量和勢能的減少量相等，同時動能的減少量等于勢能的增加量。如果用1和2代表兩個物體，其中1減少的機(jī)械能和2增加的機(jī)械能相等，則△E1減少量=△E2增加量。通過以上三個式子能夠看出，在考慮重力勢能時應(yīng)用第一個表達(dá)式，而應(yīng)用第二個表達(dá)式和第三個表達(dá)式時可以忽略重力勢能的零勢能面。

二、高中物理機(jī)械能守恒解題方法分析

在解析機(jī)械能守恒問題時，解題過程比較復(fù)雜，涉及的方面比較多，其中包括輕桿連體類、懸點(diǎn)在水平面上自由移動的擺動類、輕繩連體類以及在水平面上自由移動的光滑圓弧類，針對后兩種類型的問題應(yīng)用機(jī)械能守恒問題來實(shí)施解題。以輕繩連體類為例，在整個系統(tǒng)當(dāng)中，有重力做功存在，而不存在外力和內(nèi)力做功，其中存在的拉力可以對系統(tǒng)中的機(jī)械能作用力實(shí)施等量的交換，不存在其他任何形式的機(jī)械能轉(zhuǎn)換，而整個系統(tǒng)和外界也不存在任何的能量轉(zhuǎn)化，所以可以確定該系統(tǒng)為機(jī)械能守恒。具體過程如以下例題所示。

例題：如下圖所示，在一個傾角為？茲的光滑斜面中，有兩個物體，質(zhì)量分別為M和m，兩個物體通過一個細(xì)繩連接，同時跨過一個定滑輪，而兩個物體的狀態(tài)為靜止。其中小物體m和地面之間的高度距離為h，求小物體m落地時的速度為多少？

經(jīng)過分析能夠得出，細(xì)繩連接的兩個物體M和m形成了一個系統(tǒng)，該體系主要受到四個力的作用，第一個力是m所承受的重力mg，第二個力是M所承受的重力Mg，第三個力是大物體M對斜面的力N，第四個力是細(xì)繩受到滑輪的作用力F，其中m和M在因?yàn)橹亓ψ龉r，對整個系統(tǒng)的機(jī)械能不會產(chǎn)生任何影響，同時由于斜面支持力N和斜面是呈垂直狀態(tài)，所以大物體M在位移方向上不會產(chǎn)生任何的分力，所以從系統(tǒng)的角度來說沒有產(chǎn)生任何的功，其內(nèi)部作用力F做功只是整個系統(tǒng)內(nèi)部能量的轉(zhuǎn)化，而對機(jī)械能總量不會產(chǎn)生改變，因此，可以認(rèn)為該系統(tǒng)是機(jī)械能守恒。整個系統(tǒng)在能量轉(zhuǎn)化過程中，呈上升趨勢的為大物體M重力的動能和勢能，呈減少趨勢的為小物體m的重力勢能，而動能呈上升趨勢，所以，依照系統(tǒng)的機(jī)械能減少和增加量相等，可以得出如下公式：

其中 ，所以在解析該類問題時，要注意，當(dāng)兩個物體被細(xì)繩連接時，則兩個物體的速度需要依照細(xì)繩連接物體的速度關(guān)系來確定。

綜上所述，靈活掌握機(jī)械能守恒定律，不僅可以對力學(xué)相關(guān)問題的解決起到簡化作用，還可以將一些比較復(fù)雜的物理問題進(jìn)行簡化。所以，作為一名高中生，要認(rèn)真學(xué)習(xí)物理機(jī)械能守恒定律的相關(guān)知識點(diǎn)，靈活掌握相關(guān)題型的解題方法，從而提高解題能力，以便更好地學(xué)習(xí)高中物理這一學(xué)科的內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)：

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[ 責(zé)任編輯 李愛莉]