對(duì)高中物理中能量觀點(diǎn)的討論

陳鵬安

摘 要：高中物理教材中，力是一條貫穿始終的紅線，能量的概念也是一條貫穿始終的紅線，掌握能量觀點(diǎn)，學(xué)好能量守恒定律，可以化解復(fù)雜的物理過程、簡(jiǎn)化受力及運(yùn)動(dòng)分析，讓整個(gè)的問題變得更加清晰明了，節(jié)約解題時(shí)間。本文針對(duì)筆者對(duì)高中物理中能量觀點(diǎn)的理解進(jìn)行闡述與分析。

關(guān)鍵詞：高中物理；能量觀點(diǎn)；分析

能量是貫穿整個(gè)高中物理學(xué)習(xí)中的基本概念，生活中的很多物理現(xiàn)象，都可以從能量角度去理解和演繹，無論在宏觀上來把握整體結(jié)構(gòu)，還是從微觀上解決物理問題，我們都需要掌握能量的概念，學(xué)會(huì)活學(xué)活用。

一、高中物理中能量觀點(diǎn)的學(xué)習(xí)困惑

“能量守恒”是高中物理課程的重要內(nèi)容，也是高考的必考點(diǎn)。在物理學(xué)習(xí)中，基于能量守恒定律的應(yīng)用，可以將復(fù)雜的問題簡(jiǎn)單化，是解決力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)等問題的有效手段。能量相關(guān)知識(shí)是高中物理的重難點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容，也是很多同學(xué)在學(xué)習(xí)過程中的主要障礙，調(diào)查顯示，很多同學(xué)對(duì)于能量觀點(diǎn)，都缺乏系統(tǒng)的認(rèn)知與理解，這表現(xiàn)在幾個(gè)方面：

首先，利用能量解決問題的能力較差，物理知識(shí)的學(xué)習(xí)要做到活學(xué)活用，很多同學(xué)知道能量觀點(diǎn)的概念，也知道能量觀點(diǎn)的產(chǎn)生背景，但是卻不知道如何應(yīng)用這個(gè)觀點(diǎn)來解決問題，實(shí)際應(yīng)用能力較差。在面對(duì)電磁學(xué)、力學(xué)等綜合性問題時(shí)，往往不知道從何左手，判斷不出功的位移問題，導(dǎo)致解題出現(xiàn)錯(cuò)誤。

其次，對(duì)能量的應(yīng)用錯(cuò)誤。很多同學(xué)對(duì)于能量的知識(shí)點(diǎn)，只是理解表面的概念，沒有理清楚其中真正的關(guān)系，也沒有將自己在課堂中獲取的知識(shí)正遷移至其他能量轉(zhuǎn)化問題上。在解決問題時(shí)，忽略了重要的物理過程。

二、如何真正理解高中物理中的能量觀點(diǎn)

（一）能量守恒定律

能量守恒定律是高中物理學(xué)習(xí)中一條非常重要的定律，即：能量不會(huì)平臺(tái)無故的產(chǎn)生，也不會(huì)平白消失，只會(huì)發(fā)生變化或轉(zhuǎn)移，在變化與轉(zhuǎn)移過程中，能量總量是恒定的。關(guān)于這一內(nèi)容，也是高中物理的一項(xiàng)核心內(nèi)容，與很多能量定理，都有著密切的關(guān)聯(lián)，要學(xué)好高中物理，我們必須要弄清楚衡量守恒定律的概念和應(yīng)用方法。在學(xué)習(xí)過程中，我發(fā)現(xiàn)很多同學(xué)在這一方面都存在問題，以這一常見問題為例：一個(gè)物體，在光滑水平面上，受到外力作用，保持加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向前運(yùn)動(dòng)，那么物體能量始終守恒嗎？關(guān)于這個(gè)問題，很多同學(xué)都模棱兩可，正確的答案應(yīng)該是，物體能力處于增加狀態(tài)。究其根本原因，是由于物體在運(yùn)動(dòng)時(shí)，遭受外力作用，外力會(huì)對(duì)物體做功，物體接受了外界的能量，因此，在分析時(shí)，我們必須要將施力物體納入整個(gè)系統(tǒng)中進(jìn)行分析，因此，系統(tǒng)能量并不守恒。

根據(jù)總結(jié)可以得出，只有一個(gè)系統(tǒng)在處于孤立狀態(tài)時(shí)，能量才是守恒的，我們?cè)谂袛囝愃茊栴}時(shí)，需要仔細(xì)觀察物體的運(yùn)動(dòng)過程，看有沒有外界能量的輸入，如果有外界能量，那么系統(tǒng)就不是孤立狀態(tài)，總能量將會(huì)持續(xù)上升。如果系統(tǒng)對(duì)外部輸出能量，那么系統(tǒng)也不是孤立狀態(tài)，總能量呈現(xiàn)出持續(xù)下降趨勢(shì)，無論是上升還是下降，都不處于能量守恒狀態(tài)。

（二）機(jī)械能守恒定律

機(jī)械能守恒定律也是一個(gè)重要的概念，從本質(zhì)上而言，機(jī)械能守恒定律屬于一種特殊的能量守恒定律，與能量守恒定律既有關(guān)聯(lián)，也存在差異。在整個(gè)的解題過程中，能量守恒是主角，也是破題的關(guān)鍵。我們?cè)谀芰渴睾愕膶W(xué)習(xí)中，要善于分析應(yīng)用。對(duì)于這一問題，我們可以通過這樣的例子來理解：

將一個(gè)半圓形凹槽置于水平面，假設(shè)凹槽摩擦力為零，那么質(zhì)點(diǎn)會(huì)從凹槽另外一端滾下。經(jīng)過分析得知，在運(yùn)動(dòng)過程中，小球不會(huì)受到摩擦力的影響，凹槽也不會(huì)對(duì)小球做功，系統(tǒng)不存在外界能量的輸入與輸出，我們可以將這個(gè)系統(tǒng)作為一個(gè)孤立的系統(tǒng)，因此，質(zhì)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)過程中，總能量是守恒的。也就是說，在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，質(zhì)點(diǎn)重力勢(shì)能、動(dòng)能、凹槽動(dòng)能處于不斷的轉(zhuǎn)化過程中，上述能量都是機(jī)械能，因此，我們可以得出，機(jī)械能守恒定律是能量守恒定律的特殊表現(xiàn)。兩者的不同之處在于成立條件的差異，機(jī)械能守恒定律僅僅存在于有機(jī)械能轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)中。

（三）動(dòng)能定理

在對(duì)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)開展受力分析時(shí)，我們可以采用兩種方式：第一種方式，就是從整體分析法出發(fā)，對(duì)由多個(gè)物體組成系統(tǒng)的受力情況進(jìn)行系統(tǒng)的分析；第二種方式，采用隔離分析法，將系統(tǒng)中的物體分離出來，進(jìn)行單獨(dú)的受力分析。第二種方式便是動(dòng)能定理的變現(xiàn)，動(dòng)能定理可以描述為，在系統(tǒng)受到外力的情況下，整體合外力功就是這一部分的動(dòng)能變化。在高中階段，動(dòng)能定理的難度不高，我們常見的解題，也只是涉及質(zhì)點(diǎn)動(dòng)能的分析，只要找出關(guān)鍵問題，便可以順利得到答案。

根據(jù)動(dòng)能定理的描述可以得出，質(zhì)點(diǎn)受合外力做功大小，與質(zhì)點(diǎn)能量的變化是相同的，關(guān)于這一問題，教材中尚未有明確的闡述，這導(dǎo)致很多同學(xué)在學(xué)習(xí)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)困惑。經(jīng)過仔細(xì)分析，可以得出，如果物體所受外力功大小是0，且在運(yùn)動(dòng)過程中沒有受到外力的作用，也沒有與外界進(jìn)行能量交換，物體能量應(yīng)該是恒定的。

三、結(jié)語

高中物理中有大量的難點(diǎn)知識(shí)，在很多難點(diǎn)問題的解答中，運(yùn)用常規(guī)的分析方法，難以獲得良好的解決效果。但巧妙的運(yùn)用能量守恒，可以化解復(fù)雜的物理過程、簡(jiǎn)化受力及運(yùn)動(dòng)分析，讓整個(gè)的問題變得更加清晰明了，提高了問題解決的效率及準(zhǔn)確性。

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