能量守恒在解決高中物理問(wèn)題方面的應(yīng)用探討

【摘要】能量守恒是高中物理教學(xué)中的重要知識(shí)點(diǎn)，它能在解決多種高中物理問(wèn)題時(shí)發(fā)揮作用。能量守恒并非是孤立的知識(shí)點(diǎn)，它與很多物理學(xué)知識(shí)具有重要聯(lián)系。本文將主要對(duì)能量守恒在解決高中物理問(wèn)題時(shí)的應(yīng)用進(jìn)行分析，將從熱學(xué)、機(jī)械學(xué)、電磁學(xué)這三個(gè)方面進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】能量守恒? 高中物理? 應(yīng)用

【中圖分類號(hào)】G633.7 ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2020）05-0182-01

高中物理教學(xué)中，具有大量復(fù)雜的知識(shí)點(diǎn)，很多學(xué)生在解題時(shí)不會(huì)將所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通，導(dǎo)致陷入解題誤區(qū)，覺(jué)得學(xué)習(xí)物理有很大難度。能量守恒既是歷年高考中的必考點(diǎn)，也是解決物理問(wèn)題時(shí)的基本定律，能將很多復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化，使學(xué)生順利解題。本文將根據(jù)以往解題經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，闡述能量守恒在解決物理問(wèn)題時(shí)的應(yīng)用策略。

一、利用能量守恒解決熱學(xué)問(wèn)題

能量守恒是熱力學(xué)中十分常用的知識(shí)點(diǎn)，對(duì)于解決很多熱力學(xué)問(wèn)題都具有重要作用。比如系統(tǒng)的內(nèi)能增量就是從外界獲得的熱量與外界對(duì)系統(tǒng)做功的和。通過(guò)能量守恒定律的運(yùn)用，可以在復(fù)雜抽象的熱力學(xué)問(wèn)題中把握住不變的定律，給解題帶來(lái)重要突破，不再是盲目的不知該從哪入手。比如在一個(gè)封閉容器中設(shè)置一個(gè)隔板，隔板右邊則利用電絲加熱，很快氣體受到加熱影響使內(nèi)能增加。在不斷加熱的情況下，隔板右側(cè)的溫度逐漸升高，內(nèi)能增大即壓強(qiáng)變大，進(jìn)而就會(huì)產(chǎn)生活塞運(yùn)動(dòng)。由于電絲加熱了隔板右側(cè)的氣體，導(dǎo)致熱能增加，右邊的氣體開(kāi)始對(duì)左側(cè)做功。對(duì)于這種抽象的氣體間的運(yùn)動(dòng)，要求解題時(shí)必須掌握能量守恒定律，能全面了解題目中的各種作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)習(xí)題的合理分析。對(duì)于解答熱學(xué)習(xí)題，要求做到能熟練掌握能量轉(zhuǎn)化的規(guī)律，巧妙運(yùn)用能量守恒知識(shí)點(diǎn)。

二、利用能量守恒解決機(jī)械運(yùn)動(dòng)類問(wèn)題

能量守恒在高中物理中的應(yīng)用非常多，比如在解決復(fù)雜的力學(xué)問(wèn)題時(shí)，可以利用能量守恒分析機(jī)械能、熱能的做功，可以全面分析各種外力對(duì)物體的影響。在一些機(jī)械運(yùn)動(dòng)類的問(wèn)題中，由于物體受力復(fù)雜還伴隨著運(yùn)動(dòng)過(guò)程，導(dǎo)致解決困難，在解題中陷入困境。而利用能量守恒分析問(wèn)題，就能將復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化，節(jié)省了大量的分析時(shí)間。比如對(duì)這道問(wèn)題的分析：在光滑的平面上，平放著物體A與物體B，兩個(gè)物體之間有彈簧相連，二者的關(guān)系是mB=mA。當(dāng)外力F給B施力時(shí)，對(duì)彈簧做功W。如將F撤出，那么當(dāng)A從墻壁離開(kāi)時(shí)，彈簧的彈性勢(shì)能最大為多少？如果從普通的分析受力的角度去進(jìn)行解題，很明顯無(wú)法得到有效的解題思路。但是從能量守恒的視角去看這道問(wèn)題就會(huì)發(fā)現(xiàn)，A、B在離開(kāi)墻面時(shí)是具有相同的速度。那就可以將A、B視為一個(gè)整體來(lái)分析。這時(shí)可以運(yùn)用到動(dòng)能守恒和機(jī)械能守恒的定律，從而分析出在A、B的速度達(dá)到相同的情況下，彈簧產(chǎn)生的彈性勢(shì)能會(huì)達(dá)到最大值，這樣就順利分析出了這道題的破解思路[1]。

（1）假設(shè)B的初速度為V0，A離開(kāi)墻時(shí)狀態(tài)是臨界點(diǎn)，則W=mBV02

（2）設(shè)A與B速度達(dá)到一致時(shí)速度為V，由于系統(tǒng)滿足了機(jī)械能守恒，則W=（mA+mB）V2+Emax

（3）根據(jù)動(dòng)量守恒定律可知（mA+mB）V=mBV0

最終可得出Emax=W/3。

整個(gè)解題過(guò)程都是以能量守恒為解題思路，同時(shí)能量守恒也是這道題的突破口。對(duì)高中物理階段的解題，不能固化思維，在找不到合適突破口的時(shí)候，應(yīng)該跳出思維死角進(jìn)行全局觀察，發(fā)現(xiàn)各種力之間的關(guān)系，靈活運(yùn)用能量守恒。

三、利用能量守恒解決電磁場(chǎng)問(wèn)題

電磁學(xué)是高中物理階段的重要教學(xué)內(nèi)容，而且是每年高考中的必考知識(shí)點(diǎn)。對(duì)于電磁學(xué)的學(xué)習(xí)，由于內(nèi)容抽象難懂，很多學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)感到?jīng)]有思路，到了解題時(shí)更找不到頭緒。其實(shí)電磁學(xué)也能應(yīng)用能量守恒進(jìn)行分析，比如高中階段的電磁學(xué)內(nèi)容中，主要用到了電磁感應(yīng)定律、楞次定律和歐姆定律，這些知識(shí)點(diǎn)并非獨(dú)立存在的，恰恰是能量守恒的電磁學(xué)反應(yīng)。能量守恒定律同樣適用于電磁學(xué)的解題過(guò)程中，但是在解題當(dāng)中，還應(yīng)當(dāng)注意電能和其他能之間的能量關(guān)系和轉(zhuǎn)化關(guān)系，這樣才能準(zhǔn)確解題。解決電磁場(chǎng)題目時(shí)，利用能量守恒可以將復(fù)雜的題目簡(jiǎn)單理解，從分析過(guò)程中獲得對(duì)解題有用的信息。比如解答一個(gè)典型的能量守恒題目，可以通過(guò)此題了解利用能量守恒分析問(wèn)題的過(guò)程[2]。在光滑的平面上有三個(gè)質(zhì)量相同、電荷相同的質(zhì)點(diǎn)1、2、3。接下來(lái)以三個(gè)質(zhì)點(diǎn)作為頂點(diǎn)，C位于這個(gè)三角形的中心，隨后在1和3之間、2和3之間用絕緣支撐連接。求質(zhì)點(diǎn)3運(yùn)動(dòng)到C位置時(shí)，行進(jìn)的速度是多少？利用能量守恒定律分析，質(zhì)點(diǎn)1、2、3可以視為一個(gè)整體，3是在1、2的作用下靠近C，而C是固定不動(dòng)的。原來(lái)質(zhì)點(diǎn)1、2、3形成的三角形最后停留在一條直線上。利用能量守恒定律分析后，原本復(fù)雜的問(wèn)題就變得簡(jiǎn)單易解了。

通過(guò)研究能量守恒在高中物理問(wèn)題中的應(yīng)用可知，學(xué)生解題時(shí)必須注重對(duì)知識(shí)體系的整體性、系統(tǒng)性認(rèn)知。能量守恒對(duì)于高中物理階段的很多類型題目都有化繁為簡(jiǎn)的作用，對(duì)于學(xué)生分析問(wèn)題具有積極的作用。因此應(yīng)該學(xué)會(huì)巧妙運(yùn)用能量守恒，并學(xué)會(huì)發(fā)散思維逐步提高自己的解題能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈學(xué)明.如何用能量守恒分析高中物理問(wèn)題[J].高中數(shù)理化，2017（4）：29.

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

作者簡(jiǎn)介：

馬彥平（1971.5-），男，漢族，甘肅天水人，本科，研究方向：高中物理教學(xué)。