高中物理機(jī)械能守恒解題方法的研究

陳淼

摘要：本文主要研究高中物理機(jī)械能守恒解題方法的相關(guān)內(nèi)容，認(rèn)為在高中階段應(yīng)該全面系統(tǒng)地了解并掌握機(jī)械能守恒知識的重點(diǎn)和難點(diǎn)知識，在解題的過程中，要明確研究對象，靈活運(yùn)用題目中的前提條件，之后詳細(xì)說明了機(jī)械能守恒定律在單個(gè)物體和整個(gè)系統(tǒng)中的應(yīng)用，要確保選擇的研究對象滿足機(jī)械能守恒定律條件，才能保證解題準(zhǔn)確。

關(guān)鍵詞：機(jī)械能守恒;前提條件;阻力不計(jì)

引言：

高中階段，物理機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用主要包括兩個(gè)方面，一是重力在理想狀態(tài)下做功，二是物體受到其他的力，但是這些力不做功，此時(shí)只有重力和彈力做功。在做題時(shí)要明晰機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容，做到精準(zhǔn)判斷物體的機(jī)械能是否守恒。可以使用直接判斷法進(jìn)行判斷，也可以使用能量判斷法進(jìn)行辨別。

一、全面系統(tǒng)地了解并掌握機(jī)械能守恒知識的重點(diǎn)和難點(diǎn)知識

我們在高中階段學(xué)習(xí)物理知識，機(jī)械能守恒這部分的定律內(nèi)容十分重要。為此要全面系統(tǒng)地了解并掌握相關(guān)知識的重點(diǎn)和難點(diǎn)，只有在全面掌握的前提下，才能真正做到將知識融會貫通。高中階段物理能量守恒知識高度整合了力學(xué)知識和能量學(xué)知識。對于我們高中生來說這是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)，在學(xué)習(xí)的過程中，應(yīng)該積極自我思考，同時(shí)適當(dāng)調(diào)整自身的固有做題思路，把機(jī)械能守恒定律看做是守恒定律在力學(xué)方面的具體表現(xiàn)^[1]。使用這種做題思路會在很大程度上降低我們對試題的理解難度。在學(xué)習(xí)機(jī)械能守恒定律的知識時(shí)，應(yīng)該學(xué)會跳出全局，獨(dú)立思考，不再死記硬背解題步驟。要真正理解解題步驟，做到活學(xué)活用，提高自身學(xué)習(xí)效果。力學(xué)方面的很多問題都需要運(yùn)用機(jī)械能守恒定律來解決。所以我們對該方面的學(xué)習(xí)內(nèi)容要高度關(guān)注。明晰運(yùn)動(dòng)物體的始末狀態(tài)，而不是將目光放在運(yùn)動(dòng)的過程上。初始狀態(tài)的機(jī)械能總和、最終狀態(tài)的機(jī)械能總和是重要的求解問題。

二、明確研究對象，靈活運(yùn)用題目中的前提條件

在解答機(jī)械能守恒問題時(shí)，要明確研究的對象?？梢园l(fā)現(xiàn)很多問題都涉及到多個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)過程。在選擇研究對象時(shí)要考慮到解題的便捷性，所以要選擇合適的研究對象。在分析物體的受力情況時(shí)，要想分析物體的做功情況，就要仔細(xì)研究物體做功所產(chǎn)生的影響，之后再利用機(jī)械能守恒的定律去徹底解決問題。很多題目都有不同的前提條件，在做題時(shí)應(yīng)該靈活運(yùn)用這些前提條件。機(jī)械能守恒就是整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)能和功能之和是不會發(fā)生變化的。所以在判斷物體運(yùn)動(dòng)時(shí)是否符合機(jī)械能守恒定律，就要看物體能和功的情況。分析物體的做功情況，如果整個(gè)系統(tǒng)只有彈力和動(dòng)力，而且不存在額外的做功，又或者是系統(tǒng)內(nèi)部的做功之和是零，那么該系統(tǒng)的機(jī)械能就不會發(fā)生變化。從能量角度展開分析，如果系統(tǒng)中發(fā)生變化的因素只有動(dòng)能和勢能，而不存在其他的能，也不存在其他的轉(zhuǎn)化情況，此外整個(gè)系統(tǒng)和外界環(huán)境也不存在能量交換的條件，那么該系統(tǒng)的機(jī)械能就不會發(fā)生變化。

三、機(jī)械能守恒定律在單個(gè)物體中的應(yīng)用

機(jī)械能量守恒定律的應(yīng)用是十分多變的，其中有一種情況是單個(gè)物體和整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。該情況有四種類型，分別是固定的光滑圓弧、斜面類、懸點(diǎn)固定的擺動(dòng)、阻力不計(jì)的拋物。本文重點(diǎn)介紹阻力不計(jì)的拋物，有這樣一道題目：“二樓的高度為H，初速度為V₀，在此條件下斜拋一個(gè)小球，忽略小球在下落過程中的空氣阻力，求小球落地瞬間的速度?！痹诮鉀Q這一物理問題時(shí)，可以運(yùn)用機(jī)械能守恒的定律，此時(shí)要選擇一個(gè)合理的零勢能面，在這道題中，應(yīng)該將地面當(dāng)做零勢能面，此時(shí)做功的就只有重力，我們知道動(dòng)能和勢能之間是相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系，小球拋出時(shí)的機(jī)械能與小球落地時(shí)的機(jī)械能是相等的關(guān)系。所以就可以列出這樣的方程式：mgH+mV₀²=mV_t²。這樣就能很容易求出小球落地時(shí)的速度。

四、機(jī)械能守恒定律在系統(tǒng)中的應(yīng)用

機(jī)械能守恒定律除了在單個(gè)物體中適用之外，對于一個(gè)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)情況的問題也能解決。系統(tǒng)運(yùn)行情況的問題本身就比較復(fù)雜，應(yīng)用機(jī)械能守恒定律予以解決會在一定程度上簡化問題^[2]。以輕繩連體類問題為例，如圖1所示，輕繩繞過光滑的定滑輪，兩端分別系著一個(gè)長方形物體，兩個(gè)長方形物體的重量分別是M、N，相互之間的關(guān)系是M大于N。初始階段，使M物塊固定，整個(gè)系統(tǒng)處于靜止穩(wěn)定的狀態(tài)。問題是：釋放M物塊，求物塊下落h高度時(shí)，物塊的速度。在解決這道題時(shí)，要把物塊M、N看作是一個(gè)整體、一個(gè)系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)只有重力做功，因此整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械能是守恒的。物塊N機(jī)械能是增加的情況是：ΔE₁=Ngh+mV²，而物塊M的機(jī)械能是減少的，ΔE₂=Ngh-mV²。

總結(jié)：

綜上所述，機(jī)械能守恒定律不僅在高中物理知識中占有十分重要的位置，在大學(xué)階段的物理學(xué)習(xí)中，也要用到這一定律。為此我們應(yīng)該學(xué)會判定題目的基本內(nèi)容是否符合機(jī)械能守恒定律，在面對復(fù)雜的機(jī)械問題時(shí)，要理清題目的條件，理清做功的變化情況，注意選擇正確的研究對象。明晰系統(tǒng)中物體的能量變化情況，注意選擇正確的零勢能面。

參考文獻(xiàn)

[1]江子川.機(jī)械能守恒定律在高中物理解題中的應(yīng)用[J].中國高新區(qū)，2018（11）：71.

[2]王寶華.高中物理機(jī)械能守恒學(xué)習(xí)技巧分析[J].學(xué)周刊，2018（11）：78-79.