高中物理機械能守恒解題方法探析

王澤龍

摘 要：機械能守恒定律是物理力學中的重要規律之一，也是高考的必考內容之一。因其難度大，靈活性強，解題步驟復雜等特點，需要學生在對該類題型所涉及的知識點進行有效把握的基礎上，掌握高中物理機械能守恒解題方法。而通過例題分析把握解題思路，無疑是掌握高中物理機械能守恒解題方法的很好途徑。

關鍵詞：高中物理；機械能守恒；解題方法

中圖分類號：G63 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9132（2018）08-0105-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2018.08.064

在高中物理學科中，機械能守恒定律是物理力學中的重要規律之一，通過對近年高考考點分布的分析能夠看出，該定律是高考的必考內容之一，同時涉及相關的考點題型整體比較難，靈活性也比較強，解題步驟比較復雜，要求學生在對該類題型所涉及的知識點進行有效把握的基礎上，掌握必要的解題方法。

一、高中物理機械能守恒定律概述

（一）高中物理機械能守恒定律的重要性

在高中物理的學習過程中，可以學到很多守恒定律，對于勢能和動能的學習，能夠為機械能守恒定律的學習打下基礎。機械能守恒定律的內容在高中力學學習中起著承前啟后的作用，在高中物理的能量學習中占據著重要的作用和地位。不同運動形式的守恒知識和轉化知識能夠將自然規律呈現出來，對相關的規律和概念學習有重要促進作用，但是因為整體的抽象性比較強，導致在學習過程中難度較大，靈活掌握相關的解題方法也比較困難。力學方面的問題很多都需要機械能守恒定律來解決，因此，要高度關注該方面知識的內容。在應用機械能守恒定律時，只需要關注物體的始末運動狀態，對運動過程不需要多加考慮，所以需要求出開始狀態的機械能總和和最終狀態的機械能總和，從而依照等式來進行解析。

（二）高中物理機械能守恒定律問題的解題關鍵點分析

第一，在解題過程中要靈活運用機械能守恒定律，要將研究對象確定好。在不同的問題當中，很多都涉及多個物體的多個運動過程，所以要依照解題便捷性來選擇合適的研究對象，然后對研究對象的受力情況進行分析，同時要對做功的影響情況進行分析，從而有效地應用機械能守恒定律去解決問題。

第二，靈活運用不同的前提條件。機械能守恒主要是指整個系統的動能和功能之和不變，所以，依照能和功來判斷是否符合機械能守恒定律。首先，從做功的角度來分析，整個系統當中只存在彈力和重力，沒有額外的做功，或者系統內部的做功之和為零，針對該情況可以看出該系統的機械能不變。其次，從能量的角度來分析，當系統中只有動能和勢能出現變化，而沒有其他能力或者轉化情況存在，同時該系統和外界沒有交換能量的情況，則可以判斷該系統中的機械能不變。

第三，靈活掌握重要的機械能表達式。首先，用E1和E2代表初始和最終的機械能，則可以認為E1=E2，如果展開說則可以寫成Ek1+Ep1=Ek2+Ep2。其次，針對機械能守恒定律分析，可以判斷系統的動能變化量和勢能變化量相等，也就是說動能的增加量和勢能的減少量相等，同時動能的減少量等于勢能的增加量。如果用1和2代表兩個物體，其中1減少的機械能和2增加的機械能相等，則△E1減少量=△E2增加量。通過以上三個式子能夠看出，在考慮重力勢能時應用第一個表達式，而應用第二個表達式和第三個表達式時可以忽略重力勢能的零勢能面。

二、高中物理機械能守恒解題方法分析

在解析機械能守恒問題時，解題過程比較復雜，涉及的方面比較多，其中包括輕桿連體類、懸點在水平面上自由移動的擺動類、輕繩連體類以及在水平面上自由移動的光滑圓弧類，針對后兩種類型的問題應用機械能守恒問題來實施解題。以輕繩連體類為例，在整個系統當中，有重力做功存在，而不存在外力和內力做功，其中存在的拉力可以對系統中的機械能作用力實施等量的交換，不存在其他任何形式的機械能轉換，而整個系統和外界也不存在任何的能量轉化，所以可以確定該系統為機械能守恒。具體過程如以下例題所示。

例題：如下圖所示，在一個傾角為？茲的光滑斜面中，有兩個物體，質量分別為M和m，兩個物體通過一個細繩連接，同時跨過一個定滑輪，而兩個物體的狀態為靜止。其中小物體m和地面之間的高度距離為h，求小物體m落地時的速度為多少？

經過分析能夠得出，細繩連接的兩個物體M和m形成了一個系統，該體系主要受到四個力的作用，第一個力是m所承受的重力mg，第二個力是M所承受的重力Mg，第三個力是大物體M對斜面的力N，第四個力是細繩受到滑輪的作用力F，其中m和M在因為重力做功時，對整個系統的機械能不會產生任何影響，同時由于斜面支持力N和斜面是呈垂直狀態，所以大物體M在位移方向上不會產生任何的分力，所以從系統的角度來說沒有產生任何的功，其內部作用力F做功只是整個系統內部能量的轉化，而對機械能總量不會產生改變，因此，可以認為該系統是機械能守恒。整個系統在能量轉化過程中，呈上升趨勢的為大物體M重力的動能和勢能，呈減少趨勢的為小物體m的重力勢能，而動能呈上升趨勢，所以，依照系統的機械能減少和增加量相等，可以得出如下公式：

其中 ，所以在解析該類問題時，要注意，當兩個物體被細繩連接時，則兩個物體的速度需要依照細繩連接物體的速度關系來確定。

綜上所述，靈活掌握機械能守恒定律，不僅可以對力學相關問題的解決起到簡化作用，還可以將一些比較復雜的物理問題進行簡化。所以，作為一名高中生，要認真學習物理機械能守恒定律的相關知識點，靈活掌握相關題型的解題方法，從而提高解題能力，以便更好地學習高中物理這一學科的內容。

參考文獻：

[1] 謝淳凡.淺析高中物理機械能守恒學習技巧[J].文理導航旬刊，2017（1）.

[2] 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）.

[ 責任編輯 李愛莉]