高中物理中機械能守恒定律問題的解題策略探討

董奇烜

摘 要：在高中學習過程中，機械能守恒定律問題一直是我們學習的重點，主要是由于其涉及了力學和能量學兩方面知識，在解題過程中常常會應用到這一概念。但是，有些學生對其掌握的程度并不好，無法利用其進行解題。因此，在學習高中物理機械能守恒定律時，我們要善于總結相關知識點，靈活的應用到解題中。不僅要遵循基本的解題思路，也要掌握有效的解題策略。

關鍵詞：高中物理；機械能守恒定律；解決策略

中圖分類號：G63 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9132（2018）09-0097-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2018.09.060

一、 高中物理中機械能守恒定律問題的解題關鍵點

第一，要對機械能守恒定律的基本條件進行分析。在機械能守恒定律研究過程中，其本身就是指兩個系統或者是兩個以上系統之間的相互作用。在機械能中，我們高中常用的就是動能和勢能，后者涉及重力勢能和彈性勢能。只有從根本上了解機械能守恒定律的“系統”性，才能建立有效的物理關系結構。

第二，要對機械能守恒定律的限制條件進行分析。“守恒”是總和保持不變，也就是系統中總的勢能和總的動能之和恒定，從而借助功和能的角度展開題目分析。一方面，若是從系統做功的層面進行分析，系統內只有重力和彈力做功，且沒有外力做功，就能判定系統內部形成的做功和為0，系統的機械能恒定。另一方面，若是從系統能量變化的角度分析，則系統只有動能和勢能之間的轉化，沒有其他能量參與，且系統沒有發生任何的能量交換過程，能夠保證整個系統機械能恒定。

第三，要對機械能守恒定律的基礎性公式含義進行分析。在機械能守恒定律題目解答過程中，要了解公式的含義。1.初始機械能為E1、最終機械能為E2，只要系統滿足機械能守恒定律，則E1恒等于E2，也就是Ek1+Ep1=Ep2+Ek2。2.只要系統滿足機械能守恒定律，動能的變化量和勢能的變化量相等，此消彼長。

第四，要對機械能守恒定律的零勢面進行有效選取，機械能守恒定律中，零勢面判定十分關鍵，不同的選擇會影響題目的解題難度，研究一個系統就要設定同一個零勢面，這樣才能形成統一的對比。需要注意的是，在零勢面選取符合條件的基礎上，要選取最低點作為零勢面[1]。

第五，要對機械能守恒定律的初始狀態和最終狀態進行分析，在機械能守恒定律的學習和應用過程中，我們要謹記其表述的是最終結果，只考慮始末運動狀態，對兩者的機械能總和予以分析，列出等式即可。在機械能守恒定律的題目解答時，并不會涉及時間、加速度等過程物理量，因此，能簡化很多答題步驟。

二、 高中物理中機械能守恒定律問題的解題策略

為了更好地學習高中機械能守恒定律，在這里分享幾個我總結的解題策略，希望有所幫助。

（一） 單個物體機械能守恒定律的解題策略

在高考題目中，涉及的主要題型分為以下幾類：

第一類：光滑圓弧。這種題目中，物體的運動路線為拋物線，上拋（豎直、傾斜）、下拋（豎直、傾斜）、平拋等是主要的運動路徑，要對空氣阻力忽略不計，物體在運動過程中只是受到重力，建立重力勢能和動能的轉化關系。

例題：從高度為h的位置斜向上拋出物體m，初速度為v0，見圖一，求解球落地后的速度。

例題解析：利用機械能守恒定律解題，將地面設定為零勢面，建立機械能恒等式mgh+■mv■■=■mv■■，則能化簡等式得出v1=■。

第二類：光滑斜面。這種題目較為常見，一般將摩擦阻力忽略不計，物體在運動過程中，會受到重力和斜面物體產生的支持力，由于支持力和運動方向垂直，并不會對物體做功[2]。因此，在只有重力做功的情況下，整個物體的機械能守恒。

例題：物體m以v0的速度向斜面運動，見圖二，求最遠距離。 例題解析：結合題目對相關條件進行分析，物體運動過程中受到了重力和斜面支持力（摩擦力忽略不計），且支持力不做功，就只有重力做功，因此，勢能和動能之間形成轉化關系，選取地面為零勢面，列出等式■mv■■=mgh=mgs·sin？茲，則能得出距離s為s=■。

通過題目能總結出，在解答機械能守恒定律相關題目時，首先要對其進行受力分析，判定基本條件是否滿足，然后有效選取零勢面，利用恒等式進行求解，效率較高。

（二） 輕繩連體結構機械能守恒定律的解題策略

這種題目也較為常見，利用動滑輪連接兩個物體，除了動力在做功外，還出現了系統內部機械能相互作用后，等量的能量交換過程。但由于沒有其他形式的能量參與機械能轉化，因此，系統和外界不存在能量變化問題，依舊將系統按照機械能守恒系統進行分析[3]。

例題：物體質量為M和物體質量為m的兩個物體被細繩相連，在傾角固定的光滑斜面上運行，兩個物體初始靜止，質量為m的物體距離地面為h，試問其落地速度為多少，見圖三。

例題解析：在整個系統中，對其進行受力分析，質量為M的物體受力分別為重力Mg、支持力N、滑輪對細繩的作用力F，質量為m的物體受力分別為重力mg、滑輪對細繩的作用力F，由于重力做功對系統機械能不會產生影響，支持力垂直斜面不做功，因此，滿足機械能守恒定律的要求，利用mgh=Mghsin？茲+■M？淄2+■m？淄2得出最終答案？淄=■。因此，在這類題目解答過程中，要確保能對受力情況進行有效且全面的分析，集中處理做功的力，然后列出等式，確保有效判斷相關數據[4]。

參考文獻：

[1] 宋敬東.高中物理中機械能守恒定律問題的解題策略探究[J].中學物理，2014（9）：80.

[2] 余澤群.機械能守恒定律中的典型模型例析[J].中學物理（高中版），2016（6）：95.

[3] 黃茂津.分層教學法在高中物理機械能守恒定律教學中的應用[J].中學理科園地，2017（1）：16.

[4] 陳銀.高中物理機械能守恒定律教學中分層教學法的應用[J].都市家教月刊，2016（10）：180.