高中物理中機械能守恒定律的應用

趙 晉

(江蘇省南京市浦口中等專業學校,江蘇 南京 210000)

高中物理中機械能守恒定律的應用

趙 晉

(江蘇省南京市浦口中等專業學校,江蘇 南京 210000)

機械能守恒定律是高中物理中應用非常廣泛的一個定律，為了更好的讓學生對該定律進行理解，掌握高中物理基本的研究方法，本文主要對高中物理機械能守恒定律進行了詳細的條件分析和表達形式的判斷，讓學生加深印象，提高分析和解決物理問題的能力.

高中物理；機械能守恒定律；應用

高中物理中的機械能守恒定律主要是指在以下情況下即只有重力和彈力做功，物體的動能和勢能之間是互相轉化的，機械能是守恒的，總量跟之前相比是不變的.

一、高中物理中機械能守恒定律的基本內容

機械能守恒定律的前提條件就是只有重力或者是彈力做功，其他力不做功，基本內容包括兩個方面：(1)理想條件下的重力做功，把空氣阻力排除在外，這種情況下機械能是守恒的；(2)物體受到其他的力，但是這些力不做功，只有重力或者是彈力做功，比如玻璃球在水平玻璃上滾動的時候，玻璃給予玻璃球一定的支持力，但這個支持力是不做功的，只有重力在做功，這個時候機械能也是守恒的.

二、如何判斷機械能守恒

1.直接判斷法：若物體是勻速運動的，如果動能和勢能都不變，那么機械能是守恒的，如果物體的勢能發生了變化，動能不變，那么物體的機械能是不守恒的.

2.間接判斷法：物體所受的力中只有重力(或彈力)做功，這種情況想機械能也是守恒的.

3.能量判斷法：如果物體在能量變化過程中只有動能和勢能之間的相互轉化，沒有其他形式的能量的參與，那么機械能也是守恒的.

三、高中物理中機械能守恒定律的表達形式

在高中物理中，機械能守恒定律的表達形式分為三種，分別為守恒觀點，轉化觀點和轉移觀點.守恒觀點主要是指在物體開始前的機械能總和與結束后的機械能總和是相等的，在這個過程中，兩次選取的參考勢能是一致的，表達方式為E1=E2.轉化觀點主要是指物體增加(或減少)的機械能與物體減少(或增加)的機械能是相等的，這個過程可以不用選取相同的參考勢能，表達式為ΔEk=-ΔEp.轉移觀點與轉化觀點基本上類似的，主要是指系統內的兩個物體的機械能是相互轉移的，即物體A增加的機械能與物體B減少的機械能是相等的，在這個過程中，物體A和物體B的機械能的總量是分別在狀態改變前后進行計算的.

四、高中物理機械能守恒定律的應用

高中物理機械能守恒定律的應用主要分為兩個方面的內容，單個物體和系統的機械能守恒.

1.單個物體機械能守恒定律的應用

這個方面的應用主要集中在四類：阻力不計的拋體類，固定的光滑斜面類，固定的光滑圓弧類以及懸點固定的擺動類，下面以阻力不計的拋體類作為例子看看單個物體機械能守恒定律是如何應用的.

拋體類的物體在空氣中運動是忽略了空氣阻力的，在運動過程中只有重力對物體的機械能產生作用，動能和勢能是相互轉化的，機械能是守恒的.例如，在站在高度為h的二樓上以初速度為v0斜拋一個小球，小球在下落過程中空氣阻力忽略不計，那么小球落地后的速度是多少呢.在這個應用中，我們采取機械能守恒定律的思考方式來考慮這道題目的解答方式，第一步要選擇一個合理的零勢能面，在這個題目中地面就是零勢能面，在運動過程中只有重力在做功，拋出時的機械能和落地時的機械能是守恒的，那么方程式可以這么寫：mgh+1/2mv02=1/2mvt2，落地時的速度就可以很方便的得出答案.

2.系統機械能守恒定律的應用

相比于單個物體的機械能守恒，系統的機械能守恒會顯得比較復雜一些，涉及的方面會比較多，也包括四個方面的類型：輕繩連體類、輕桿連體類、在水平面上可以自由移動的光滑圓弧類、以及懸點在水平面上可以自由移動的擺動類，下面以輕繩連體類作為例子看看系統機械能守恒定律是如何應用的.

輕繩連體類的應用中，系統是機械能守恒的，除了重力做功之外，其他的功都是系統內部相互轉移的，系統內部和外界之間沒有能量的傳遞.例如，在一個角度為30度的光滑斜面上，兩個物體通過一個定滑輪用繩子連接在一起，兩個物體的質量分別為M和m，開始的時候二者都是靜止的，m離地面的高度為h，當m落地時的速度是多少.通過分析發現，在這個系統中，有四個方面的作用力，分別是M所受的重力Mg，m所受的重力mg，斜面對M的支持力N，滑輪對細繩的作用力F，其中只有M所受的重力Mg和m所受的重力mg是做功的，在運動過程中能量是相互轉化的，所以該系統的機械能是守恒的.在運動過程中，M的勢能和動能是增加的，m的勢能是減少的，動能是增加的，根據轉移觀點，可以列出等式為：mgh=Mghsin30+1/2Mv2+1/2mv2，m落地時的速度就可以很方便的得出答案.

所以，高中物理機械能守恒定律的應用是非常靈活的，只要熟練的掌握了機械能守恒定律的原理和做功的變化，在力學問題的解答中可以很方便的進行應用.

[1]楊華.談高中物理教學中的“巧分類 抓要點”——以“機械能守恒定律”為例[J].中學物理教學參考，2015(4).

[責任編輯：閆久毅]

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2017-06-01

趙晉(1984-)男，江蘇南京人，大學本科，二級教師，主要從事高中物理教學工作。

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1008-0333(2017)19-0089-02