淺析機械能在高中物理學習中的適用范圍

程志凌

（湖北省武漢市第十一中學，湖北 武漢）

機械能的概念開始出現在高中一年級的課程中，這也是我們開始系統學習物理學后第一次接觸到的守恒定律——《機械能守恒定律》。實際上機械能的守恒定律是能量在守恒過程中的一個特案，也是讓高中生對物理產生興趣的良好開端。

相對于能量轉化的抽象概念，與實際生活結合更加緊密的“機械能”以較強的代入感，讓我們很自然地進入高中物理學科的學習。此內容不僅與初中階段所學的功、功率、勢能、動能等內容有著一定的聯系，高中物理課程中的實驗環(huán)節(jié)也可以把這些物理學的知識整合具化為可以用眼睛觀察到的實踐情況，而不像其他知識點只有冷冰冰的文字，因此淺析機械能在高中物理學習中的適用范圍不僅能夠讓我們對新的知識產生興趣，還能承上啟下鞏固原本的理論，達到實驗實踐的目的。機械能在高中物理學科中的作用不僅僅用于學習知識，還可以幫助我們解決之前不能靠牛頓定律分析出來的問題。在物理學科的考試中，機械能出現的范圍很廣，不論是選擇題、填空題還是簡答題都有可能會出現，因此了解機械能在高中物理中的范圍和適用情況是非常重要的。

一、機械能與動能定理之間的關系

動能，從字面上的理解即為物體運動而產生的能量，在數值的計算上一般為（1/2）mv2，從物理學的角度來解釋動能定理，即外力對物體所做功的代數和等于物體動能的增量，這也是中學生在接觸動能定律時需要著重理解的概念，老師也會在涉及動能的課程和試題講解的過程中提到理解這句話的表達式：W（總）=1/2mv2（末）-1/2mv2（初），該公式對于運用動能定理解決機械能的相關問題有著一定的輔助作用。在運用動能定理解答關于機械能的試題，套用該公式的時候只需要考慮到三個量，即運動過程中物體做出的總功W，還有該物體的初動能以及末動能，不再需要對物理在運動過程中發(fā)生的狀態(tài)情況進行更加具體的模擬。按動能定律來講，受力物體在該方面研究的是受力情況，因此在分析相關試題的時候應當對單個的物體受力情況作出分析。在很多情況下，物理問題中的受力物體往往會因為力的關系發(fā)生位移的改變，但是由于位移產生的加速度是不會影響到解題答案的，在解答這樣的問題時，我們可以省略關于牛頓第二定律的思考過程，讓高中物理問題在解答的過程中更加簡單和便捷。例如，一個物體的質量m為葬kg，在平行與斜面的恒定拉力F的作用下做下沿斜面的向上運動，當物體運動到斜面中點的時候去掉F，該物體正好能停在斜面的頂端處。設該斜面的傾角為n，取g=葬m/s2，求拉力F的大小。在分析這個問題的時候，我們可以從物體的受力關系作出判斷，物體重力的計算方式為mg，受到的拉力為F，斜面的支持力設為N，摩擦力為f。然后已知該物體在上升到斜面中點的時候去掉了力F，其他的受力情況保持不變，可以由此設定該斜面的長度為S，根據動能定理的等量關系即可求出物體的受力F數值。

二、能量守恒定律與機械能的關系

機械能是高中物理中學習能量守恒定律的基礎知識，我們分析試題的時候往往都需要先判斷一下機械能的守恒情況，是否能符合能量守恒定律。機械能參與的守恒定律只有在物體受到彈力或者重力的時候才能做功，而且該物體會在做功的過程中發(fā)生動能和勢能的轉變，但是總的能量也就是機械能是不會產生任何變化的，簡言之，該物體的能量是守恒的。如上所說，機械能守恒即為重力和彈力下才能發(fā)生做功，其他的力對于該物體是沒有作用的，即使該物體受到了其他力的作用，也不會產生做功的效果。例如，將一顆小球固定在一個繩子上，將繩子的另一端固定在天花板上，隨后讓小球在固定的高度上進行釋放，小球在運動過程中會受到自身重力的影響，也會受到繩子的拉力，該方向會和小球運動的方向垂直相切，也就是說該繩子的拉力不會產生對小球做功的效果。雖然物體會在運動中受到各種各樣的外力，但是這種情況下機械能也是可以守恒的，其基礎就是各種外力做功產生的代數和為零，簡言之可以當成發(fā)揮做功的只有重力，因此機械能可以讓能量守恒得到合理的解釋。

綜上所述，機械能在高中物理中的適用范圍除了以上舉例的兩個方面，也會在其他的知識點中有所體現。我們在使用機械能的知識解決物理相關的問題時，首先應當對題目進行準確的分析，將機械能包含的對應公式和概念了解透徹，依據不同的題境，靈活運用。在高中物理的學習中，在不斷充實自身物理知識的前提下，掌握機械能在高中物理學習中所有的適用形式，為提高學習成績和學習質量打下良好的基礎。