試論力學(xué)中能量守恒定律的作用與意義

崔晗

摘要：對(duì)于高中生而言，能量守恒定律具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義，不僅能夠使其更好的解決相關(guān)物理問(wèn)題，同時(shí)還可以更為有效地解決實(shí)際問(wèn)題。本文首先探究能力守恒定律，然后以此為基礎(chǔ)，分別探究其應(yīng)用作用和應(yīng)用價(jià)值，希望能夠進(jìn)一步保障能量守恒定律應(yīng)用，在未來(lái)人才競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)更大優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：力學(xué)；能量守恒定律；作用；意義

引言：

能量守恒定律普遍存在人們的日常生活中，作為一名高中生，無(wú)論是在學(xué)習(xí)，還是日常生活中均具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，在學(xué)習(xí)力學(xué)相關(guān)知識(shí)過(guò)程中，具體包括機(jī)械能守恒、功能守恒、動(dòng)能守恒三種，為了對(duì)其具有更為全面的認(rèn)知，特此展開(kāi)本次研究。

一、定律概述

在學(xué)習(xí)高中物理中，能量守恒定律也是其中一項(xiàng)重要內(nèi)容。能量守恒定律是指能量不會(huì)憑空的產(chǎn)生和消失。在能量存在的過(guò)程內(nèi)始終存在能量轉(zhuǎn)換，能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中，整體數(shù)量不會(huì)出現(xiàn)變化，只是在一定程度內(nèi)改變了能量具體形式[1]。基于此，能量守恒定律提出能量不會(huì)發(fā)生數(shù)目增減，只是轉(zhuǎn)化為另一種形式。例如，摩擦生熱現(xiàn)象是是指物體之間進(jìn)行的做功產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成為能存在。能量守恒定律的研究也是將一種能量轉(zhuǎn)化成為另一種能量形式，如果出現(xiàn)了能量的降低，則另一種能量會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)增加。

二、應(yīng)用作用

在我們所學(xué)的力學(xué)中，存在功能守恒，機(jī)械能守恒，動(dòng)能守恒等，三個(gè)定律之間具有一定的相似度，同時(shí)也存在一定的差異性。就總體而言，三個(gè)定律同時(shí)遵循能量守恒，就定義而言，動(dòng)能定理提出外力對(duì)物體做功所產(chǎn)生的能量與物體動(dòng)能變化量一致。機(jī)械能守恒則是指系統(tǒng)內(nèi)所有物體始終遵循能量守恒定律，如果物體僅僅存在勢(shì)能和動(dòng)能，在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)機(jī)械能始終保持平衡[2]。功能原理基于機(jī)械守恒提出，彈力和重力以外的其他力對(duì)物體做功時(shí)，做功大小與系統(tǒng)機(jī)械能改變一致。就研究對(duì)象而言，三條定律之間的差異性，主要表現(xiàn)為針對(duì)物體數(shù)量。功能定理和動(dòng)能定理普遍基于單個(gè)物體系統(tǒng)或物體進(jìn)行作業(yè)，也就是在解決問(wèn)題時(shí)兩條定律具有一定的互通性，利用功能原理解決的相關(guān)問(wèn)題有效應(yīng)用動(dòng)能定理也可以實(shí)現(xiàn)解決。多個(gè)物體或系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)只需要應(yīng)用機(jī)械守恒定律進(jìn)行有效解決。在解決某些實(shí)際問(wèn)題時(shí)，如果對(duì)系統(tǒng)內(nèi)物體做功不夠明確，則能量守恒定律不能對(duì)其相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行有效解決，必須有效結(jié)合能量守恒定律和動(dòng)量守恒定律進(jìn)行相關(guān)問(wèn)題的解答。

三、應(yīng)用意義

首先，在利用能量守恒定律解決力學(xué)問(wèn)題時(shí)，具有規(guī)律性價(jià)值。例如，在使用非彈力繩連接兩個(gè)質(zhì)量分別為m和M的物體，非彈力繩跨過(guò)理想定滑輪。物體m與斜面之間存在的動(dòng)摩擦因數(shù)μ，斜面存在θ傾斜角，兩個(gè)物體在最初存在大小為h的高度差。在受到外力影響，兩個(gè)物體靜止?fàn)顟B(tài)逐漸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，在解答M物體下降至m物體最初水平位置時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度[3]。

在解決該類問(wèn)題時(shí)，需要對(duì)能量守恒定律進(jìn)行有效應(yīng)用，我們需要將物體和地球作為一個(gè)整體的力學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)內(nèi)力與兩個(gè)物體重力一致，系統(tǒng)所受外力具體包括滑動(dòng)摩擦力f，斜面支持力N。通過(guò)守恒定律發(fā)現(xiàn)，非彈力繩會(huì)對(duì)m做正功，對(duì)M做負(fù)功，對(duì)系統(tǒng)整體做功為零，也就是說(shuō)只有滑動(dòng)摩擦力f對(duì)整個(gè)系統(tǒng)做功。

其次，在利用能量守恒定律解決力學(xué)問(wèn)題時(shí)具有一定程度的優(yōu)越性，例如，存在一塊質(zhì)量m1為1千克的木板A，與一個(gè)質(zhì)量同樣為1千克的物體B。在初始階段使用手托起物體B，木板A處于靜止?fàn)顟B(tài)，繩子保持繃緊拉直，然后放開(kāi)作用于物體B的手，使其與木板A同時(shí)進(jìn)行加速運(yùn)動(dòng)，在木板A在水平桌面上滑動(dòng)一定距離之后，放置質(zhì)量為5千克的物體C，在物體C與木板A相對(duì)運(yùn)行0.5米之后，木板A和物體C共同運(yùn)動(dòng)，達(dá)到相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，最終停止運(yùn)動(dòng)。在明確木板A和物體C與桌面之間摩擦因數(shù)時(shí)，可以求出物體C放置點(diǎn)與其靜止點(diǎn)之間實(shí)際距離。在解決該類問(wèn)題時(shí)，需要將木板A，物體B和物體C以及地球作為統(tǒng)一系統(tǒng)，在系統(tǒng)狀態(tài)出現(xiàn)變化時(shí)，僅有木板A的滑動(dòng)摩擦力對(duì)其進(jìn)行外力做功，而內(nèi)力不僅包括物體B的重力，同時(shí)還有物體C和木板A之間的滑動(dòng)摩擦力。A與C存在的重力勢(shì)能不會(huì)發(fā)生改變，可以將其假定為零，物體B最終靜止位置為零勢(shì)能點(diǎn)。有效應(yīng)用物體相對(duì)位移與滑動(dòng)摩擦力相乘可以量度系統(tǒng)初始狀態(tài)到靜止?fàn)顟B(tài)發(fā)生的機(jī)械能量變化。

最后，利用能量守恒定律解決力學(xué)問(wèn)題具有一定高效性，外力所做功能夠量度系統(tǒng)和外界發(fā)生的能量變化；滑動(dòng)摩擦力與物體位移乘積能夠度量機(jī)械能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)換，有效應(yīng)用能量守恒定律能夠更好地解決相關(guān)問(wèn)題，最大程度保障解題質(zhì)量和解題效率[4]。通過(guò)有效應(yīng)用能量守恒定律，能夠使學(xué)生對(duì)其相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行有效解決，對(duì)于我們高中生而言，該類問(wèn)題的解決能夠使我們?cè)诟呖贾姓紦?jù)更大的優(yōu)勢(shì)，從而使學(xué)生成長(zhǎng)為更加滿足未來(lái)社會(huì)發(fā)展需求的棟梁之才。

四、結(jié)束語(yǔ)

總而言之，通過(guò)分析能量守恒定律應(yīng)用作用和應(yīng)用意義，可以使高中生對(duì)其具有更為全面的認(rèn)知，使學(xué)生更好的掌握相關(guān)內(nèi)容，從而使其在學(xué)習(xí)和生活中對(duì)其進(jìn)行更為有效的應(yīng)用，最大程度保證學(xué)生學(xué)習(xí)效果，確保學(xué)生在未來(lái)的人才競(jìng)爭(zhēng)中具有更大的優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡乙丹.如何使用能量守恒定律分析高中物理問(wèn)題[J].數(shù)理化解題研究，2017（4）：64-65.

[2]蔣欣呂.淺析力學(xué)中能量守恒定律的作用與意義[J].學(xué)周刊，2018（3）：27-28.

[3]房朋朋.如何應(yīng)用功能關(guān)系和能量守恒定律[J].中學(xué)生理科應(yīng)試，2016（z1）：62-63.

[4]黃致睿.如何用能量守恒分析高中物理問(wèn)題[J].科技與企業(yè)，2016（2）：191-191.