探究高中物理機械能守恒的學習技巧

【摘要】機械能量守恒是物理學中一條重要的定律。本文以高中教材為例，結合文獻闡述了高中物理機械能守恒類的學習技巧，在技巧上著重對解題的方法和思路進行了研究，對此提出了一些想法，希望對分析和解決這類問題有效，同時也可以為高中同學提供一些思路希望可以對物理的學習有所幫助。

【關鍵詞】機械能守恒；解題；策略

【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-3089（2017）16-0293-01

機械能守恒定律詳細來說就是能量守恒在力學的表現，同時也是一種較為特殊的能量守恒定率。在系統中重力做工和外力做工但是相對于內力可以忽略，我們使用機械能守恒解決這類問題，可以避免牛頓定律所帶來的解決繁瑣，為力學類問題的解決完美的提供了一條簡潔的途徑。機械能守恒只涉及物體的始末狀態而不關心運動過程從而可以對問題進行簡化。在使用此條定律是要注意抓關鍵點，避免出現使用不當等問題。

一、機械守恒問題的關鍵點

1.在系統中研究機械能守恒

系統，一般是由兩個或兩個以上相互作用物體組合而成。在定理中機械能有動能和勢能組成，在勢能中又包括重力勢能、彈性勢能，同時勢能為系統的勢能它不是單單屬于其中某個物體，因此重力勢能是物體和地球所構成的系統。彈性勢能屬于彈性的物體說構成的系統，一般說一種機械能是一個物體的這種說法其實是不完全正確的，正因為這類誤解的存在，常常使得在解決這類問題時頭疼或者出錯。

2.機械能守恒按照限制條件

機械能守恒為系統總勢能和動能之和是不變的。因此可以在功和能這個角度分析這一系統是否為機械能守恒。

（1）系統做功中，系統只有彈力和重力可以做功，在系統中不存在外力做功或系統內部做功的和等于零，這類情況下我們認為在這個系統中機械能保持不變。

（2）從能量的角度來看問題，系統中如果單有動能和勢能之間發生轉化，而不存在其他形式的能參與轉化或者外界和這個系統不存在能量的交換，由此可以認為系統機械能沒有改變。

3.機械能守恒的重要表達式

（1）在初始跟最終的狀態中機械能的表達式為E1和E2，因此E1=E2，在展開公式中：EK1+EP1=EK2+EP2。

（2）系統機械能守恒為在系統中的勢能的變化量跟系統中動能的變化量是相等，即動能的增加量等于勢能的減少量，同理勢能減少量也等于動能的增加量。

（3）在系統中排除地球這個系統外，還有1物體和2物體，那么1所減少機械能和2所增加機械能是相等的，即ΔE1減=ΔE2增.

在上面的表達式中，需要特別重視的是在運用1.3.1中的表達式時要重視重力勢能參考面，在1.3.2和1.3.3中我們可以不使用規定的重力勢能零勢能參考面。

4.選取合理的研究對象

在使用機械能守恒定律的時候要確保研究對象的正確，在系統中存在多個物體、多個運動過程的時候就要根據在解題中的方便程度，選擇合理的研究對象來作為系統。再做對象的受力分析和研究它做功對系統造成的影響，從而使用機械能守恒解決問題。

5.合理選擇零勢能面

零勢能面在選取的時候可以隨意選擇但是選擇一個適合解決問題的零勢能面便可以簡化問題的研究難度。在研究同樣一個系統的時候要選擇同樣的零勢能面。一般會選擇最低點來作零勢能面。

6.確定始末狀態動能勢能要統一

一般在使用機械能守恒這一定律的時候，通常只考慮始末的運動情況而不考慮運動過程，即只需要計算出開始時機械能總量和終止時機械能總量。在運用機械能守恒過程中，避免了加速度和時間的問題。因此相對于牛頓定律大大的簡化了解題的步驟，避免了使用牛頓定律的困難和繁瑣。

二、機械能守恒定律的解題策略

在高中階段我們在處理機械能守恒方面包含了單個物體和地球所構成的系統和系統機械能守恒兩大類問題。

1.單個物體機械能守恒的策略

通常此類問題包括阻力不計入拋體、固定光滑圓弧、固定光滑斜面、懸點固定的擺動等四大類問題。現在以固定光滑圓弧類的問題為例進行解析。

（1）這類題有豎直向上拋、豎直向下、斜下拋、斜上拋和平拋假設物體在空中時空氣阻力不計，這樣物體運動中只受到重力作用，也稱為僅有重力做功。通過這種方式實現重力的勢能和動能之間的轉換，因此此物體機械能守恒。例題1在高度h以初速度v0斜向上拋，空氣阻力為零，算出落地速度。

經過分析此類問題使用牛頓定律可以解決但是過程繁瑣，所以使用機械能守恒來分析，第一步選取地面為零勢能參考平面，在物體拋出跟落地時能量守恒列出式子：

Mgh+1/2mv?0=1/2mvt?，那么vt=

2.系統機械能守恒策略

這類問題的解決比較棘手，包括類型較多，通常有輕體連桿、輕繩連體等類型的問題。現在只對其中一類輕繩連體的問題進行分析。下圖中，傾角為θ的光滑斜面，質量為M和m的兩個物體通過跨過定滑輪的繩子連在一塊，初始時兩個物體都是靜止狀態，此時，m距離地面的高度為h，那么m落地時的速度是多少？

在分析中可以看到在M、m和細繩所組成的這一系統中，有四個外力：M受的重力Mg，m受的mg，M受的支持力N，滑輪對繩的力F，在M和m的重力不可能改變系統機械能，力N垂直斜面，位移方向沒有分力因此不做功。

關于此類問題，還有幾點，速度的關系要通過物體間細繩連接物速度關系確定。總得來說，在這類問題中要靈活運用定律，在這類問題的分析上可以起到簡化的作用。希望我的簡單分析可以使同學們的解題思路更加開闊。

參考文獻

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[2]趙威.以機械能守恒定律為例探究高中物理課堂教學中的“抓要點，巧分類”[J].中華少年，2016（3）：32-32.

[3]黃紅燕.概念網絡圖在高中物理教學中的應用舉例——以機械能守恒定律為例[J].廣西教育：中等教育，2016（30）：152-152.

作者簡介：張奕然，女，生于2000年6月，籍貫：山東省濰坊市，現就讀于遼寧省盤錦市高級中學三年16班。