中學(xué)物理守恒定律及其應(yīng)用分析

彭心淵

摘要 根據(jù)我國(guó)教育部門頒布的《高考物理學(xué)科說明》中，在眾多物理學(xué)科知識(shí)中，守恒定律是涉及范圍最廣，分?jǐn)?shù)最高的一項(xiàng)定律，其中包含動(dòng)量守恒定律、電能守恒定律等等。在應(yīng)用這些守恒定律解題過程中，不僅僅是簡(jiǎn)單地將不同守恒定律內(nèi)容記下來，還需要能夠認(rèn)識(shí)到不同守恒定律之間的關(guān)聯(lián)，這樣才能夠讓我們有效應(yīng)用到物理習(xí)題中，并且在解決難題中靈活應(yīng)用各種守恒定律，提高學(xué)習(xí)成績(jī)。本文就對(duì)于中學(xué)物理守恒定律及其應(yīng)用進(jìn)行分析，希望能夠提高對(duì)于不同守恒定律的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而做到靈活應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 中學(xué)物理；守恒定律；應(yīng)用

中圖分類號(hào) 04 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào)2095—6363（2016）12—0013—01

在物理學(xué)科中守恒可以將其理解為在某一個(gè)物理量滿足有關(guān)條件的情況下，該物理量在物理變化過程中一直保持不變。守恒定律在中學(xué)物理學(xué)習(xí)中的重要理論知識(shí)，在解答物理題過程中如果能夠靈活使用守恒定律，就能夠有效降低物理題的難度，不將系統(tǒng)內(nèi)的其他作用因素考慮在內(nèi)，簡(jiǎn)化物理題。中學(xué)物理教材中的守恒定位主要在力學(xué)、電磁學(xué)、能量、動(dòng)量等方面涉及。在解答一道物理題的過程中，有時(shí)候僅僅需要使用一種守恒定律就可以，還有的時(shí)候需要使用多種守恒定律才可以。這就需要提高對(duì)于守恒定律的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而在解題時(shí)能夠做到靈活應(yīng)用，提高物理學(xué)習(xí)質(zhì)量。

1守恒定律在力學(xué)中的應(yīng)用

守恒定律在力學(xué)方面的應(yīng)用主要表現(xiàn)在動(dòng)量守恒及機(jī)械能守恒方面，其中還包括彈性碰撞上面的動(dòng)能守恒及摩擦力作用過程中的能量守恒。本文在對(duì)于守恒定律在力學(xué)中的應(yīng)用用具體的例題形式來加以說明。

例1：題目：如圖1所示，小車質(zhì)量M=0.4kg，并且小車開始是靜止在光滑的水平地面上，小車上面擁有兩端軌道，首先就是弧形軌道AB，其次就是粗糙的水平軌道BC，假設(shè)粗糙軌道的滑動(dòng)摩擦為0.20，現(xiàn)在一個(gè)質(zhì)量為2.0kg的物體從小車的最高點(diǎn)開始滑落，恰好到小車的C點(diǎn)靜止。如果小車高度h₁為2m，h₂為1m，g=10m/s²。那么請(qǐng)問：1）物體在滑落到c點(diǎn)靜止的時(shí)候，小車行駛速度為多少？2）小車Bc軌道長(zhǎng)度為多少？

解：1）物體在從A點(diǎn)到C點(diǎn)滑落的過程中，在水平方向上并沒有收到任何外力影響，因此物體在水平方面上符合動(dòng)量守恒定律，假設(shè)物體在滑落到C點(diǎn)的時(shí)候，M、m分別對(duì)于地面所具有的速度為v₁、v₂，并且正方向?yàn)橄蜃螅@樣就能夠得到方程式：0 mv₂+Mv₁

將v₂=0的結(jié)果帶入上述方程式中，就能夠得到v₁也等于零，也就是說小車相對(duì)于地面一直是靜止不動(dòng)的。

2）物體在從A向C滑動(dòng)過程中，整個(gè)系統(tǒng)減少的機(jī)械能為mgh₁，消耗的機(jī)械能全部都轉(zhuǎn)化為了整個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)能，由于摩擦力在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)做功，根據(jù)能量守恒定律可以得出以下方程式：mg=μmgBC

進(jìn)而解的BC=h/μ=2.0/0.5=4（m）

分析：例1中的整個(gè)系統(tǒng)雖然沒有受到任何外力的影響，進(jìn)而小車與物體所構(gòu)成的整個(gè)系統(tǒng)就沒有任何功率的產(chǎn)生，但是系統(tǒng)內(nèi)部所產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成為了系統(tǒng)的內(nèi)能，進(jìn)而該系統(tǒng)并不符合機(jī)械能守恒定律。

2守恒定律在電磁學(xué)中的應(yīng)用

在靜電場(chǎng)有關(guān)問題上應(yīng)用電量守恒及庫(kù)倫定律，能夠有效解決題目之間在電荷轉(zhuǎn)移及庫(kù)侖力變化上的問題，正常情況下與電容器有關(guān)的問題也可以使用電量守恒進(jìn)行分析。同時(shí)動(dòng)量守恒及能量守恒在解決電磁學(xué)問題中也十分常見，本文就對(duì)于守恒定律在電磁學(xué)中的應(yīng)用，還是使用例題的形式分析。

例2：題目：假設(shè)一個(gè)質(zhì)量為m并且?guī)в须姾?q的物質(zhì)在水平方向上進(jìn)行運(yùn)行，水平方向的一段。與墻連接，物體以初速度v向o點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，摩擦力為f，并且f

解：因?yàn)轭}目中說明了f

分析：本題可以多個(gè)角度分析解答，但是最為簡(jiǎn)單的解答方式還是使用能量轉(zhuǎn)化及守恒定律分析。

3守恒定律在能量守恒中的應(yīng)用

對(duì)于守恒定律在能量方面的應(yīng)用，使用列舉具體案例的方式分析。

例3：題目：假設(shè)質(zhì)量為M的火車正常以勻速的方式在軌道上行駛，火車所受到的阻力是火車自身重量的n倍，同時(shí)火車所受到的阻力與火車行駛速度并沒有任何關(guān)系，但火車在行駛到某一個(gè)時(shí)刻的時(shí)候，質(zhì)量為m的車廂突然脫離了火車，并且火車的牽引力并沒有受到任何的影響，向前行駛了1m，火車司機(jī)在發(fā)現(xiàn)這個(gè)問題之后立即關(guān)閉了發(fā)動(dòng)機(jī)，火車并且停止運(yùn)動(dòng)，請(qǐng)問：火車及車廂都停止后，二者之間的距離為多少？

解：火車司機(jī)如果是在車廂脫離的時(shí)候立即就關(guān)閉了發(fā)動(dòng)機(jī)，那么火車及車廂就會(huì)以相同的速度向前行駛，之間的距離為零，主要原因是由于火車及車廂的初始速度及加速度相同。但火車是在行駛了1m之后發(fā)現(xiàn)的，在這個(gè)過程中，牽引力對(duì)于火車進(jìn)行了一部分功，方程式為：W=F1=nMgl，這部分功也就是火車多行駛出來的距離S。

分析：例2中，如果使用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)對(duì)于本題進(jìn)行解答，整個(gè)解題過程就將十分復(fù)雜，要是使用守恒定律分析就十分簡(jiǎn)單，但是對(duì)于掌握守恒定律的要求較高。

4守恒定律在動(dòng)量中的應(yīng)用

守恒定律在棟梁中的應(yīng)用需要具有一定條件，首先就是整個(gè)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中并不受到任何外力的影響，這個(gè)條件是最容易理解的。但是在遇到有關(guān)問題的時(shí)候，往往會(huì)復(fù)雜化思考，甚至?xí)氲脚c功是否有關(guān)系。在能量中應(yīng)用守恒定律的步驟為：1）明確研究對(duì)象；2）研究對(duì)象的受力分析，分析研究對(duì)象時(shí)候能夠應(yīng)用守恒定律；3）明確參考物及研究對(duì)象狀態(tài)；4）使用守恒定律解題。守恒定律在動(dòng)量中應(yīng)用對(duì)于研究對(duì)象運(yùn)動(dòng)方向十分關(guān)注，要是沒有明確規(guī)定正反方向的時(shí)候，題目中的字母僅僅表示大小。

5結(jié)論

綜上所述，守恒定律中學(xué)物理知識(shí)中涉及的范圍十分廣泛，可以說貫穿了整個(gè)中學(xué)物理學(xué)科。在應(yīng)用守恒定律過程中，首先應(yīng)該對(duì)于物理題目中的條件及物體運(yùn)動(dòng)過程全面分析，判斷哪些物理量是守恒的，這就需要真正掌握守恒定律在實(shí)際應(yīng)用中所需要具備的條件，進(jìn)而明確物體的狀態(tài)，正確應(yīng)用守恒定律。