試論力學(xué)中能量守恒定律的作用與意義

劉校彤

摘要：本文以試論力學(xué)中能量守恒定律的作用與意義為主要闡述，結(jié)合當(dāng)下新課改對物理教學(xué)的需求為主要依據(jù)，從力學(xué)中能量守恒定律解題規(guī)律、使用能量守恒在力學(xué)解題中的優(yōu)勢、使用能量守恒定律解決力學(xué)問題的高效性這幾方面進(jìn)行深入探討和分析，其目的在于論述能量守恒定律在力學(xué)中的作用與意義。

關(guān)鍵詞：物理力學(xué)；能力守恒定律；解決問題

引言：

能量守恒在整個高中物理教學(xué)中具有一定價值，在很多知識中都有所體現(xiàn)，并且在經(jīng)典物理學(xué)習(xí)中有所應(yīng)用和貫徹。高中物理知識體系中有三個能量守恒定律，依次是機(jī)械能守恒，能量守恒和動量守恒，在高中物理學(xué)習(xí)中學(xué)生要嚴(yán)格掌握好這三個能量守恒定律知識，加強(qiáng)對這類知識的認(rèn)識，是解決物理問題的有利保證和依據(jù)。

1.力學(xué)中能量守恒定律解題規(guī)律作用

在機(jī)械運動過程中，物體運動會產(chǎn)生一定機(jī)械能，進(jìn)而會立即將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為起其他能量，借助功能定理，外力所做的功和系統(tǒng)內(nèi)部所做的功之和就是系統(tǒng)機(jī)械能產(chǎn)生的變化量，進(jìn)而能夠求出最終結(jié)果。

比如：兩個木塊，質(zhì)量分別是m1和m2，現(xiàn)在運用一個不能進(jìn)行拉伸的非彈性的輕繩將質(zhì)量為m1和m2的物體連接在一起，輕繩跨過一個沒有摩擦力的定滑輪上。質(zhì)量為m1的物體和斜面之間存在的動摩擦因數(shù)為?，與地面之間形成的傾斜角度為α，在開始階段兩個木塊之間的高度差為H，在力的作用下，兩個木塊以靜止?fàn)顟B(tài)開始運動，請求出m2下降到m1最開始處在的水平位置上，此時具有的速度為多少？

在解決這樣的力學(xué)問題時，很多學(xué)生經(jīng)常會使用能量守恒定律進(jìn)行處理，將木塊和地球作為力學(xué)體系，該體系的內(nèi)在動力為m1和m2存在的重力。體系受到的外力就是斜面對于木塊m1支持力F，和滑動摩檫力f。繩子對m2作的功為負(fù)功，對m1做的功為正功，對整體組成的體系所做的功則為0，等效就是不做任何功，能夠得到只有滑動摩檫力在做功。那么就以m1最開始所處在的水平面為參考平面進(jìn)行計算，可以得到力學(xué)體系的機(jī)械能為

[（m1+m2，）v2/2+m1gHsinα]。從開始到結(jié)束機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化成為內(nèi)能，內(nèi)能的量值為?m1gHcosα，依據(jù)物理能量守恒定律能夠得到一個公式為：m2gH=（m1+m2，）v2/2+m1gHsinα+ ?m1Hcosα。通過計算能夠得到m2最終下將到m1最開始的水平位置上，那時的速度為v=[2m2gH-2m1gH（ ）sinα+?cosα]/ （m1+m2）]1/2。

2.使用能量守恒在力學(xué)解題中的優(yōu)勢

所有物體在運動和變化中都需要依據(jù)能量轉(zhuǎn)化和守恒定律進(jìn)行計算，物體如果違背了變化規(guī)律則無法實現(xiàn)，在整個物理變化中必須要遵守能量守恒定律，依此為界限進(jìn)行衡量，通過此方式能夠求出一些實際問題。

比如：有一個木板B，木板的質(zhì)量為M=1千克，物體C的質(zhì)量和木板的質(zhì)量相等，也是1千克。在最開始時期可以運用手掌拖住物體C，使得木板B在o點處于靜止?fàn)顟B(tài)，繩子恰好能夠?qū)⑵涔潭ㄔ诶睜顟B(tài)，進(jìn)而，將拖住物體的手掌拿開，使得木板和物體能夠進(jìn)行加速運動，當(dāng)木板在水平位置上運動到一個距離為L=1米E處時，在木板上輕輕的放置一個質(zhì)量為5千克的物體N，物體N和木板后退的距離為D=0.5米后，和木板AB之間保持靜止?fàn)顟B(tài)進(jìn)而共同運動，最終在F點完全停止運動。現(xiàn)在指導(dǎo)N和B以及B之間的動摩檫因數(shù)都為0.2，請求出E和F之間存在的距離？

在解決物理問題時，使用能量守恒定理進(jìn)行處理，將物體B、N、C和地球看作是一個整體的體系，在整體變化運動過程中，外力就是桌面對木板B所做的滑動摩檫力，內(nèi)力只有B受到地球給予的重力，物體B和物體N之間也存在一定的滑動摩擦力[1]。因為物體B和N的重力始終沒有發(fā)生變化，所有可將其假設(shè)為0，物體C在最終運動位置處受到的重力是能則為0。也就是說，整個體系在開始的狀態(tài)時自身具備的機(jī)械能可以表示為E=mcg（l1+lEF），末尾位置的機(jī)械能就是E‘=0，整個體系在開始狀態(tài)一直到結(jié)尾處的狀態(tài)中受到的機(jī)械能從原來的內(nèi)能逐漸轉(zhuǎn)變成為的量值則為ΔE內(nèi)=?mBgl1+?（mC+mN）glEF+?mNgd然后依據(jù)能量守恒定律可以得到這樣一個公式為：E-ΔE內(nèi)= E‘，根據(jù)上面列出的公式內(nèi)容帶入就能夠求出最終的距離結(jié)果為lEF=1.5米。因為力學(xué)整體從開始一直到停止所受的機(jī)械能量的變化就是滑動摩擦力，因為可以使用滑動摩擦力以及運動過程中行駛的位移進(jìn)行結(jié)算，所以在解決力學(xué)物理問題時，使用能量守恒定理更加簡單和便利，能夠簡化物理抽象性，對學(xué)生來說解決這樣的物理問題具有一定優(yōu)勢[2]。

3.使用能量守恒定律解決力學(xué)問題的高效性

能量守恒定律一般不會直接分析和考慮運動實際過程，要通過物體能量不斷轉(zhuǎn)化進(jìn)行計算和處理問題，此種方式更加簡單和便利。當(dāng)題目中出現(xiàn)多個物體問題時，可以將多個物體看成一個整體進(jìn)行解決，借助能量守恒定律進(jìn)行解決，分析清楚物體間的聯(lián)系，使得解題過程更加方便和簡單。

比如：一個木板B靜止在一個光滑的桌面上，一個質(zhì)量為m的小木塊C放置在木板B的最右端，現(xiàn)在給予木板B一個水平的外力f后，那么木板B就是隨著外力的作用產(chǎn)生一定的位移，位移的大小則為L[3]。給予的外力較小，使得木板B和木塊C之間沒有發(fā)生相對的滑動，兩者之間產(chǎn)生了摩擦，摩擦力的大小為F，進(jìn)而加強(qiáng)了外力的大小，使得木快C在木板B上發(fā)生了一定的滑動，滑動的實際距離則為ΔL，木板和木塊之間的摩擦力則為F‘，基于此種情況下，那么能夠求出木板B和木塊C系統(tǒng)動能的增加量，兩者之間的能量增量，和摩擦力對B、C整體系統(tǒng)做的總功為多少？

在剛開始使用的外力較小情況下，木板B和木塊C水平受到的力分別是木板B受到一個向左的摩擦力，向右的外力，而木塊C則受到一個向右靜摩擦力，可以根據(jù)動能定理進(jìn)行計算，得到C的動能增量則為ΔEkc=fl，木板B受到的動能增量則為ΔEKb=FL-fl，那么B和C系統(tǒng)的動能增量就是ΔEk=ΔEKb+ΔEkc= FL

在接下來使用的外力較大情況下，木板B和木塊C之間存在的滑動摩擦力則為f，依據(jù)動能守恒定律能夠得C的動能增量為ΔEkc‘=f（L-ΔL），木板B受到的動能增量則為ΔEKb‘=FL-fl，進(jìn)而得到整個系統(tǒng)得到了動能增量為ΔEk‘=ΔEkc‘+ΔEKb‘=FL-FΔL，通過計算能夠得到最終結(jié)果為FL-ΔEk‘=FΔL.

通過計算和解決能夠得到這樣一個結(jié)論，外力作的功就是整個體統(tǒng)和外界能力交換的一個過程，滑動摩擦力和物體自身受到的作用力之前相對位移的大小的乘積也就能夠代表所受到的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成為的內(nèi)能[4]。

4.結(jié)束語

總而言之，力學(xué)是學(xué)生在高中物理教學(xué)中必須掌握的基礎(chǔ)知識，高中學(xué)生要意識到力學(xué)的重要性，在學(xué)習(xí)能量守恒基礎(chǔ)上進(jìn)行力學(xué)知識掌握和問題的解決，借助能量守恒定律解決力學(xué)問題，提升解題效果和效率，養(yǎng)成良好解題習(xí)慣。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣欣呂.淺析力學(xué)中能量守恒定律的作用與意義[J].學(xué)周刊，2018（3）.

[2]陳德志.探究運用能量守恒定律解決高中物理問題的方法[J].廣西教育，2017（6）：162-163.

[3]梁新燦.用能量守恒定律解力學(xué)系統(tǒng)難題的規(guī)律性[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2015（2）：39-39.

[4]胡乙丹.如何使用能量守恒定律分析高中物理問題[J].數(shù)理化解題研究，2017（4）：64-65.