能量守恒分析高中物理問題

蔣正洋

(江蘇省揚州市樹人中學高二(二)班，江蘇 揚州 211400)

能量守恒分析高中物理問題

蔣正洋

(江蘇省揚州市樹人中學高二(二)班，江蘇 揚州 211400)

能量守恒是高中階段物理課程的重點內容，能量守恒定律并非是一個單獨的分支，而是貫穿于物理學科的多個方向中中，例如天體運動、圓周運動、電學、光學等的解題過程中常常出現，掌握這一個知識點對于高中生們進行物理題目的分析能夠十分有效的幫助大家解決各種問題，應當是我們高中生必備的技巧.

高中;物理;能量守恒;問題

在傳統的能量守恒定律中，往往都以能量既不會憑空產生也不會憑空消失，只不過會從一種形式轉變為另一種形式的概念出現在物理學習過程中.

1.力學中的能量守恒問題

圖1

謂力，就是物體之間的相互作用力.如果一個物體只受到重力和彈力的作用，那么這個物體的能量就只會在勢能和動能之間互相轉化，但是機械能的總量是保持不變的，這就被稱作為機械能的轉化和守恒.如圖1.

已知這條水平傳送帶按照均勻的速度前行，速度為3m/s，在A端的上方置有一裝滿木塊的桶，在正常運作情況下，木塊會按照50kg/s的流量落在傳送帶上，當一段時間的運動過后，木塊與傳送帶保持一致速度，并運動到傳送帶的B端，針對木塊運動的這一過程，計算電動機變化的功率，以及一分鐘內木塊與傳送帶摩擦產生的熱量.在這道題中，運用傳統的力學解題方式分析較為復雜，因此可以通過能量守恒定律進行分析.當木塊掉落到傳送帶上之后，摩擦力持續對木塊做正功，而對傳送帶做的是負功，假設此時木塊的速度為3m/s.此時，傳送帶做的功就會轉變為木塊的動能以及摩擦產生的熱量，即是摩擦力產生的熱量進行了轉化，在一分鐘內傳送帶與木塊摩擦產生的熱量與電動機增加的功率之和必定等于傳送帶在這個過程中做功的大小.這就是一個通過能量守恒定律迅速切入解決問題的典型例題，大大簡化了傳統受力分析解決問題的繁瑣步驟，并且清晰易懂，學生們只需要配品能量守恒的方程即可解決問題，不用擔心在受力分析時忽略了某個方向的力，或搞錯了力的大小.

2.電學中的能量守恒問題

在電學問題中，我們也常常運用能量守恒定律解決物理問題，電場中帶點的物體受到了電場力的作用之后開始做功，做功的大小就等于帶電物體電勢能增加的大小，但方向相反，這是電學問題中最為基本的能量守恒條件，即W=-Ep變化量，這個公式反應了通電的導體在安培力的作用下做出的功，也反應了電能與其他帶電物體承受的力之間的關系，不論怎樣變化都是在守恒的前提下進行轉化.

圖2

已知桌面上按照圖示方式排列了三個帶有正電的質點1、2、3，并且質量均為m，帶電量為q，三個質點恰好落在一個邊長為1的等邊三角形的三個頂點.質點1、2和3之間用絕緣棒連接在一起，1和2的質點用不帶摩擦的鉸鏈連接在一起.整個系統中，三個質點最初的速度都是0，在運動過程中，質點3從初始位置O點運動到了C點，試問點3的運動速度？這道題可以忽略三個質點的外力作用，將整個三角形看作一個系統，系統內能量守恒，但是C點始終是質心保持不變.因此，在運動狀態時質點3應該會從起點，受到質點2和3的共同作用力下沿著OC的路徑運動，但是三個質點始終都會保持三角形頂點的位置，這時能量守恒定律可以寫作Ek=Ep，所有的勢能都轉變為動能，機械能保持不變.

3.光學中的能量守恒問題

光學往往作為高中物理階段的基礎科目或是選修內容，在光的照射條件下，物體會發射電子，這種現象就被稱作為光電效應.學習光學方面的能量守恒問題必須要掌握愛因斯坦提出的光電效應方程，即mv2=2(hv-W).光電效應方程說明的是金屬中的電子吸收光子的能量，總能量中的一部分運用于克服原子核對于電子的引力做功，也就是常說到的逸出功，另一部分的能量稱作電子離開金屬表面時具有的動能.由此可以知道，愛因斯坦的方程表達式充分說明了能量守恒定律的表現形式.在光學的學習中，雖然有許多的理論知識在學習過程中比較抽象，但是通過能量守恒定律進行簡單的分析，并對常出現的物理學光學問題進行總結，就會很容易將能量轉化的問題說清楚.

[1]鄭會林.用能量守恒分析高中物理問題[J].新課程(中學),2014(04).

[2]周峰.例談高中物理能量守恒定律[J].數理化學習(高三版),2013(11).

[責任編輯：閆久毅]

2017-07-01

蔣正洋(2000.10.16-)，江蘇省興化人，在校學生.

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1008-0333(2017)28-0079-01