高中物理機械能守恒定律的易錯題探索

陳渙之 湖南省長沙市長郡梅溪湖中學

高中物理機械能守恒定律的易錯題探索

陳渙之 湖南省長沙市長郡梅溪湖中學

機械能守恒定律是做題時經常會用到的一個知識點，但是學生在對其進行練習時往往容易出現錯誤。本文就從高中生角度出發，探索在運用機械能守恒定律解題時，普遍存在的易錯題，并展開深入分析討論。

高中物理 機械能守恒定律 易錯題探索

機械能守恒定律是物理力學部分的重要知識點，縱觀近年來的高考物理試卷，這個知識點幾乎是每一年的必考點。這類題目的難度較大、靈活性強，經常和一些其他物理知識綜合在一起進行考察，學生在解答時不能正確分析題目，以及對概念的理解不夠深刻，導致了各種錯誤的出現。

1 簡述機械能守恒定律

1.1 機械能守恒定律的內容

所謂的物理機械能守恒定律其實就是指，當物體上只存在重力做功時，該物理的動能和重力勢能就可以在相互之間發生轉化，但是它們二者的總和始終不變，而動能和勢能在一起合稱為機械能，這就是機械能守恒定律。該理論同樣可以用于只有彈力在做功的情況，其動能和彈性勢能之和也不會發生變化，但它們之間可以轉化。在實踐練習過程中需要注意的是，當一個物體從光滑的斜面高處落下，它身上的動能和時能也應該遵循機械能守恒定律，可以轉化但總和不變，這是機械能守恒定律在題目中經常出現的信息線索。

1.2 機械能守恒定律的推導

2 高中生容易出錯的機械能守恒題型

2.1 系統機械能守恒類型的題

高中物理系統機械能守恒類型的問題中，最典型的就是物體從光滑斜面落下的問題，也是我們高中生經常容易犯錯的題型之一。例如，有一個小木塊A從放置在光滑水平地面的一個光滑斜面B上落下，在這個過程中木塊和斜面的受力情況，各個力的做功情況，還有木塊和斜面各自的機械能是否守恒，以及木塊和斜面組成的系統是否滿足機械能守恒定律。高中生在分析這個題目時，由于以前做過的類似題目里斜面固定不動，而形成了思維定勢，會想當然地認為斜面固定在底面，其對木塊產生的作用力會始終垂直于接觸面，該力的做功為零。物體運動過程中只受到了重力的作用，其滿足機械能守恒定律。但是在這個題目中，斜面隨著物體的下落也會向后位移。再根據物理教材中對功的定義，就必須找到小木塊發生的位移，加上地面光滑的條件，可以得出木塊和斜面所組合的系統，在水平方向上沒有受到其他力的作用，只在垂直方向上受到了重力作用，因此符合物理動量守恒的要求，又由于整個系統一開始的時候，其在水平方向上就沒有動量產生，并且斜面的質量應該比木塊的質量大，因此木塊在水平方向上的位移距離大于斜面的位移距離。所以可以知道斜面對木塊做負功，木塊不可能保持機械能守恒的情況，而木塊和斜面所組成的系統卻是滿足機械能守恒定律的。

高中生在做這種題目時，就會忽略斜面發生運動的情況，進而認為其沒有對木塊做功，木塊處于機械能守恒狀態，其實不然，恰恰相反的是斜面對木塊做功，木塊根本不可能滿足機械能守恒的條件。

2.2 系統機械能不守恒類型的題

系統機械能不守恒類型的易錯題中的代表，就是子彈穿過木塊所形成系統的機械能問題，比如，光滑桌面上放有一個質量為的木塊，現在被質量為的子彈射中其速度為，但是木塊并沒有被擊穿，若子彈在木塊中穿過的深度是D，木塊對子彈產生的阻力為，并一直不變，求在這個過程中木塊位移距離，以及子彈和木塊組成的系統是否滿足機械能守恒定律，如果不滿足，求該系統損失了多少機械能。高中生看到這個題目，就會陷入知識誤區，認為該系統在水平方向上沒有受力，只有垂直方向上的重力做功，因而得出系統機械能守恒的結論，但實際上該系統的機械能并不守恒，因為子彈在接觸到木塊后，其內部的一部分動能會分別轉化成熱能和木塊位移的動能。所以這道題正確的解題思路是考慮系統水平方向動量守恒的關系，假設子彈在木塊內它們一起運動的速度為可以得出摩擦力對木塊做功表達為摩擦力對子彈做功的情況滿足，并且從題目可以知道可以算出木塊位移的距離為，最后就可以得到子彈和木塊組成的系統所損失的機械能是

高中生在做這種題目時，總是會忽略題目中碰撞或拉伸的線索，其中的機械能會轉化成一部分熱能消耗掉，系統內是不可能保持機械能守恒的，才會不斷做錯題，導致考試失分，只要注意到這個細節，就可以正確解出題目。

高中生在物理機械能守恒定律運用時，由于沒有正確分析題意，對定律內涵理解不深刻，才會導致錯誤頻出。只要在以后做題時注意這幾點，就可以在很大程度上提升做題的正確率。

[1]鄭慧玉.基于一道高考題的章末復習課教學研究——以《機械能守恒定律》一章為例[J].寧波教育學院學報,2015,(04):138-140.