機(jī)械能守恒定律在高中物理解題中的應(yīng)用

摘 要：高中物理教學(xué)當(dāng)中機(jī)械能守恒定律作為物理問(wèn)題解決的重要規(guī)律，對(duì)于高中物理知識(shí)的學(xué)習(xí)具有重要的作用。就物理解題而言，不管物體間相互作用力為變力或恒力，只要研究對(duì)象滿(mǎn)足守恒定律條件，均能夠使用機(jī)械能守恒定律完成解答。基于此，本文對(duì)機(jī)械能守恒定律在高中物理解題中的應(yīng)用展開(kāi)分析，以能夠?qū)C(jī)械能守恒定律的應(yīng)用價(jià)值有進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械能守恒定律；高中物理解題；應(yīng)用

一、 引言

機(jī)械能守恒定律主要以能量守恒理念為依托，通過(guò)功能關(guān)系建立為前提，作為力學(xué)當(dāng)中重要規(guī)律之一，對(duì)于高中物理學(xué)習(xí)發(fā)揮著極為關(guān)鍵的作用。在教學(xué)過(guò)程中，如何有效地利用其完成物理解題應(yīng)用，本文進(jìn)行了簡(jiǎn)要的探討，以供參考。

二、 判斷機(jī)械能是否守恒解題策略

高中物理解題過(guò)程中，應(yīng)用機(jī)械能守恒定律時(shí)，首先需依據(jù)其內(nèi)容，對(duì)機(jī)械能是否守恒給予判斷，并明確滿(mǎn)足相關(guān)條件，具體通過(guò)直接、間接及能量等三種判斷方法完成。舉例來(lái)說(shuō)：如圖1，木塊、斜面及水平面都處于光滑面，其中木塊由靜止?fàn)顟B(tài)沿斜面運(yùn)動(dòng)。對(duì)此運(yùn)動(dòng)過(guò)程中木塊機(jī)械能是否滿(mǎn)足守恒定律進(jìn)行分析，并對(duì)木塊、斜面二者所構(gòu)成的系統(tǒng)機(jī)械能是否滿(mǎn)足守恒定律進(jìn)行探討。

對(duì)題目進(jìn)行分析時(shí)，將木塊與斜面作為研究對(duì)象，并依據(jù)上面所講方法進(jìn)行分析，因圖形當(dāng)各個(gè)面均為光滑的，在木塊進(jìn)行下滑時(shí)，顯然不會(huì)出現(xiàn)摩擦力，因此，符合機(jī)械能守恒條件，所以，木塊、斜面二者構(gòu)成的系統(tǒng)機(jī)械能滿(mǎn)足守恒定律。并由于木塊、斜面壓力垂直于斜面向下，同時(shí)與斜面位移夾角構(gòu)成銳角，因而壓力對(duì)斜面做正功，從而加大了斜面機(jī)械能。同時(shí)木塊與斜面所構(gòu)成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，所以，木塊機(jī)械能減小，木塊下滑時(shí)機(jī)械能是不守恒的。

三、 單個(gè)物體機(jī)械能守恒定律的解題策略

如下圖所示，圖2為不計(jì)空氣阻力的拋體運(yùn)動(dòng)；圖3為沿光滑固定斜面或曲面運(yùn)動(dòng)的物體；圖4僅為重力做功的“鏈條”，三個(gè)圖所研究對(duì)象均為重力勢(shì)能與動(dòng)能二者間的轉(zhuǎn)換，即mgh=12mv2。

例如：對(duì)以往物體機(jī)械能守恒進(jìn)行判斷，正確選項(xiàng)為（ ）

A. 做勻速運(yùn)動(dòng)的物體機(jī)械能一定守恒

B. 做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體機(jī)械能一定守恒

C. 做變速運(yùn)動(dòng)的物體機(jī)械能可能守恒

D. 合外力對(duì)物體做功不為零，機(jī)械能一定不守恒

單體運(yùn)動(dòng)機(jī)械能是否守恒學(xué)生極易掌握，所以答案很簡(jiǎn)單，選擇C，其中D選項(xiàng)會(huì)給學(xué)生帶來(lái)更多的迷惑，物體所受重力是否為內(nèi)力或外力？學(xué)生無(wú)法給予一個(gè)清晰的答案。由于重力勢(shì)能處于物體與地球共同所有，因此機(jī)械能物體重力即為內(nèi)力，但若以牛頓定律當(dāng)中所囊括的動(dòng)力學(xué)與動(dòng)量，則將重力歸納為外力。同時(shí)，在教材當(dāng)中闡述勢(shì)能作為系統(tǒng)共有，并不是有物體所單獨(dú)具有的，在表達(dá)過(guò)程中為了簡(jiǎn)化理解對(duì)于一般研究對(duì)象并未闡述地球，只有分析物體而已。

四、 系統(tǒng)的機(jī)械能守恒問(wèn)題

如圖5，滑塊a、b質(zhì)量為m，a套在固定豎直桿上，與光滑水平面距離為h，b位于地面，a、b通過(guò)鉸鏈用剛性輕桿連接，由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，不計(jì)摩擦，a、b為質(zhì)點(diǎn)，重力加速度為g。則（ ）

A. a接近地面時(shí)，輕桿對(duì)b持續(xù)做正功

B. a落地速度為2ghh

C. a落地時(shí)，加速度一直小于g

D. a落地前，若a機(jī)械能為最小，b對(duì)地面壓力大小為mg

答案：BD

對(duì)此選擇題進(jìn)行解答的過(guò)程中，主要有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，首先，使用速度投影定理將兩個(gè)物體間速度關(guān)系進(jìn)行明確，并將其分解為沿桿分速度、垂直桿分速度，而其分速度保持一致。如果a將要達(dá)到地面，桿則為水平方向，則a沿桿分速度為零，并由此確定b最終速度為零；除此之外，需重視彈力臨界點(diǎn)，明確題目意思，并掌握桿對(duì)a先做負(fù)功，后做正功，活動(dòng)時(shí)桿彈力方向與a速度由鈍角變?yōu)殇J角，臨界點(diǎn)處于垂直環(huán)境，同時(shí)桿的彈力保持在水平方向，速度最小為a，最大為b，而b對(duì)地面壓力大小則為mg。

五、 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，文章就高中物理機(jī)械能守恒在解題當(dāng)中的具體應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析。在高中物理題型當(dāng)中，機(jī)械問(wèn)題出現(xiàn)頻率極高，為了更好地解決以上問(wèn)題，可加強(qiáng)機(jī)械能守恒定律的運(yùn)用。在此過(guò)程中，需全方位掌握機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容與做功的變化，在解答過(guò)程中需對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行明確，尤其是包含多個(gè)物體，其所構(gòu)成系統(tǒng)物體能量變化進(jìn)行清晰的認(rèn)識(shí)，并掌握物體能量具體變化。除此之外，還需關(guān)注零勢(shì)能面的選取，進(jìn)而進(jìn)一步簡(jiǎn)化運(yùn)算過(guò)程。通過(guò)本文分析，希望可以為相關(guān)學(xué)者提供一定的借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]張又中.機(jī)械能守恒定律研究與應(yīng)用[J].數(shù)理化解題研究，2017（34）：76-77.

[2]張加毅.高中物理系統(tǒng)機(jī)械能守恒技巧[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2017（34）：28-29.

[3]張北春.機(jī)械能守恒定律重難點(diǎn)全攻略[J].中學(xué)生數(shù)理化（高一），2016（5）：22-25.

[4]劉楚良.機(jī)械能守恒定律的幾個(gè)常見(jiàn)的理解誤區(qū)[J].中學(xué)物理，2016，34（3）：88-89.

作者簡(jiǎn)介：楊志坤，吉林省梅河口市，梅河口市第五中學(xué)。