淺析守恒思維在高中物理解題中的應用

孟天

【摘 要】在高中物理學習過程中，守恒思維法是一條極為重要的解題方法，它幾乎貫穿整個高中物理知識點。本文對守恒思維法的解題思路進行了簡介，并以機械能守恒為例詳細講解了守恒思維法在相關物理解題過程中的應用，最后對守恒思維法進行了反思和總結。

【關鍵詞】高中物理；守恒思維；機械能守恒；應用

前言

高中物理知識點中許多物體的運動環(huán)境非常復雜，例如研究對象處于各種受力情況和外加各種電磁場情況，使得這些物理過程中物體的具體受力分析非常困難，然而無論物理的運動過程有多復雜， 它們都遵循著一個物理界十分普遍的規(guī)律-能量守恒定律，它既適用于宏觀世界，也適用于微觀世界，物體運動過程的本質也就是能量的轉化和轉移。如何利用守恒思維法來分析物理過程從某種意義上直接決定著高中物理解題的精度和速度。

1.守恒思維法簡介

物理變化的過程本質是能量的變化，能量守恒定律極大地推動了近現(xiàn)代科學的發(fā)展，從本質上解決了很多以前無法解釋的科學。能量的形式有很多種，如熱能，動能，電能，勢能，化學能等，它們之間在一定條件下會相互轉換，或者從一個物體轉移到另一個物體，而在轉移或轉換的過程中其總和不變。把握整個物理過程典型時間和狀態(tài)點下的能量狀態(tài)，確定其能量變化類型和規(guī)律成為研究具體物理過程的關鍵所在。這就是物理學中常用到的一種思維方法—守恒法。

2.守恒思維法的解題思路

守恒定律通常是對應一個系統(tǒng)，利用守恒思維法分析 解決物理問題的基本解題思路為：

（1）準確選擇研究對象，研究對象的整個運動和相應受力過程；

（2）詳細分解整個系統(tǒng)中存在相互作用的物體，以及各個相互作用物體之間是否有作用力或相互做功，從而導致能量轉化和轉移，電荷轉移等。確定研究對象相互作用的本質，確定守恒類型；

（3）針對某一具體過程，確定研究對象的初始，結束狀態(tài)對應的物理量；

（4）準確選擇守恒表達式，列出守恒方程，求解。

3.守恒思維法的解題示例

如圖1所示，長為2L的輕桿OB，O端裝有光滑的轉軸，B端固定一個質量為m的小球B，OB中點A固定一個質量為m的小球A，若OB桿從水平位置由靜止開始釋放到轉至豎直位置的過程中，求：

（1）A，B球擺到最低點的速度各是多少？

（2）輕桿對A，B球各做功多少？

（3）輕桿對A，B球做的總功是多少？

（1）按照之前提到的守恒思維法的解題思路，首先要明確研究對象；

有的學生會選擇A球或B球與地球組成的系統(tǒng)，這其實是不對的，是典型的研究系統(tǒng)選擇錯誤，A球或B球與地球單獨組成的系統(tǒng)機械能并不守恒。此時應選擇A球，B球與地球三者組成的系統(tǒng)，因為三者組成的系統(tǒng)機械能是守恒的。

（2）詳細分解整個系統(tǒng)中存在相互作用的物體及能量轉化情況：

輕桿往下擺的過程中，輕桿分別對AB球做了功，繩的彈力一定沿著繩子的方向，而桿的彈力卻不一定沿桿的方向，所以當物體的速度與桿垂直時，桿的彈力可以對物體做功，A球，B球與地球三者組成的系統(tǒng)中只有動能和重力勢能發(fā)生轉化，此過程是典型的機械能守恒。

（3）確定具體物理過程的初始和結束狀態(tài)對應的物理量：

初始狀態(tài)：輕桿水平，只有小球具備的重力勢能，而結束狀態(tài)：輕桿垂直，A，B球擺到最低點，此時選擇最低點為參考面，小球只具備動能。

（4）準確選擇守恒表達式，列出守恒方程，求解：

對A球，B球與地球三者組成的系統(tǒng)，由機械能守恒得

輕桿對A，B球做的總功是0。

從該題可以看出，輕桿對小球B做了正功，對小球A做了負功，AB兩球及輕桿這一系統(tǒng)，并沒有機械能與其他形式能量的轉換，故機械能守恒。

4.守恒思維法的總結和反思

通過以上介紹和解題示例可見，守恒思維法可以使很復雜的物理問題和物理過程得到簡化，使解題效率大幅提高，另外在常見解題過程中還應熟練掌握機械能守恒的關鍵表達式，在學習和解題過程中注重歸納總結相應的物理模型，例如輕連繩模型，輕連桿模型，輕彈簧模型，熟練掌握這些模型中的機械能守恒解題方法。

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