試論能量守恒在解決高中物理問題方面的應(yīng)用

桑建新

【摘 要】能量守恒定律是高中物理知識中非常重要的知識點(diǎn)，充分掌握這一知識點(diǎn)對學(xué)生物理知識的理解掌握、物理思維的培養(yǎng)提升、物理問題的分析探究都具有積極的影響。能量守恒這一知識點(diǎn)不是單獨(dú)存在于物理學(xué)科中的，而是與物理的許多分支學(xué)科都有很大聯(lián)系，比如，高中學(xué)習(xí)的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)等，因此，對于能量守恒的學(xué)習(xí)，首先應(yīng)當(dāng)融會貫通，運(yùn)用能量守恒解決高中物理中的各種問題已成為高中生必須掌握的學(xué)習(xí)技巧。

【關(guān)鍵詞】能量守恒;高中物理;問題解決;方法應(yīng)用

任何能量都不是憑空產(chǎn)生的，也不能憑空消失，能量常常是由一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，在這一過程中能量的總量不會改變，這也是高中所接觸到的能量守恒和轉(zhuǎn)化定律。這一定律在自然界中十分重要，也是自然界中普遍存在的規(guī)律之一。那么它在物理學(xué)科上的應(yīng)用是什么呢？能量守恒定律在物理學(xué)科中能夠良好地解決相關(guān)問題，是物理學(xué)科的一種重要的解決方法。高中物理問題中主要涉及能量守恒定律的有力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)等，運(yùn)用能量守恒定律解決物理中的相關(guān)問題，能在促進(jìn)學(xué)生思維能力的同時(shí)，提高學(xué)生遇到物理問題的解決方式、問題分析能力等。

一、力學(xué)問題中能量守恒的應(yīng)用

可以說，高中最先接觸能量守恒這一概念的物理學(xué)科是力學(xué)，在力學(xué)的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生能夠初步感知能量守恒定律。比如，物理之間的相互作用力，如果一個(gè)物體僅受到重力和彈力的作用，那么物體之間的能量便在動能與勢能之間相互轉(zhuǎn)變，但是，在這一過程中，機(jī)械能的總量始終保持不變，這就是機(jī)械能的守恒與轉(zhuǎn)化，也是能量守恒定律在力學(xué)中的主要體現(xiàn)，同時(shí)也是解決力學(xué)問題的一條重要思路。

（1）石塊所能達(dá)到的最大高度;

（2）石塊落地時(shí)的速度。

例題分析：本題主要研究的是拋體運(yùn)動中機(jī)械能守恒定律，斜拋運(yùn)動的水平分運(yùn)動可以看作勻速直線運(yùn)動，因此，石塊在達(dá)到最高點(diǎn)的速度是拋出初速度的水平分量，由于石塊只受到重力的作用，機(jī)械能守恒。這樣通過機(jī)械能守恒定律解析問題，能夠更快、更準(zhǔn)確地進(jìn)行解答，從而加快學(xué)生解決問題的速度。

二、電學(xué)問題中能量守恒的應(yīng)用

電學(xué)中的主要問題是電場中帶電物體受到電場力的作用，其所作的功等于帶電物體電勢能增加量的負(fù)值，反映的是通電導(dǎo)體被安培力所做的功，也反映了電能與其他形式能之間的轉(zhuǎn)化和守恒。在高中物理課堂上學(xué)習(xí)的歐姆定律、電磁感應(yīng)中的法拉第電磁感應(yīng)定理及楞次定律等物理定理，都是能量守恒在電學(xué)中的具體表現(xiàn)。因此，運(yùn)用能量守恒的思想解決電學(xué)問題會更加方便。

例2：空間存在以ab、cd為邊界的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁感強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向外，區(qū)域?qū)挒閘1?，F(xiàn)有一矩框處在圖中紙面內(nèi)，它的短邊與ab重合，長度為l2，長邊的長度為2l1，如圖所示，某時(shí)刻線框以初速v沿與ab垂直的方向進(jìn)入磁場區(qū)域，同時(shí)某人對線框施以作用力，使它的速度大小和方向保持不變。設(shè)該線框的電阻為R。從線框開始進(jìn)入磁場到完全離開磁場的過程中，人對線框作用力所做的功等于（? ）。

例題解析：在穿越磁場的過程中，并不是已知有力的作用，也不是已知做功，只在由感應(yīng)電流的階段做功，而整個(gè)過程可以分為三個(gè)階段：第一階段，右邊進(jìn)入磁場到右邊離開磁場;第二階段，從右邊離開磁場到左邊進(jìn)入磁場;第三階段，從左邊進(jìn)入磁場到左邊離開磁場。

三、光學(xué)問題中能量守恒的應(yīng)用

光學(xué)中的能量守恒主要是指在光的照射下，物體發(fā)射電子，這種現(xiàn)象被稱為光電效應(yīng)。在高中物理學(xué)習(xí)的過程中，光學(xué)的某些相關(guān)知識點(diǎn)比較抽象，但是，運(yùn)用能量守恒定律進(jìn)行總結(jié)和分析，就能夠進(jìn)一步看透光能的轉(zhuǎn)化本質(zhì)，并較為透徹地理解光能的能量轉(zhuǎn)化。在光學(xué)學(xué)習(xí)過程中，需要用能量守恒的思路幫助我們解決問題，從而進(jìn)一步理解光學(xué)有關(guān)的能量守恒問題。

例3：用頻率為v的光照射在某金屬表面時(shí)產(chǎn)生了電子，當(dāng)光電子垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動時(shí)，其最大半徑為R，若以W表示逸出功，m、e表示電子的質(zhì)量和電量，h表示普朗克常數(shù)，則電子的最大初動能是（ ）。

例題解析：根據(jù)光電效應(yīng)方程求出光電子的最大初動能，然后，最大初動能的光電子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，半徑最大，根據(jù)半徑求出最大速度，從而得出最大初動能。解決本題的關(guān)鍵就是掌握光電效應(yīng)方程，以及帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動的半徑公式。

結(jié)語

自然界中有許多物理定律值得我們探究，能量守恒在其中的表現(xiàn)形式也不盡相同，因此可以看出，能量守恒定律的應(yīng)用非常普遍。在高中物理教學(xué)過程中，教師需要充分掌握能量守恒定律，透徹分析相關(guān)知識點(diǎn)，真正理解能量守恒定律的內(nèi)涵，進(jìn)而幫助學(xué)生在物理學(xué)習(xí)過程中獲得做題優(yōu)勢。

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