試論力學中能量守恒定律的作用與意義

劉校彤

摘要：本文以試論力學中能量守恒定律的作用與意義為主要闡述，結合當下新課改對物理教學的需求為主要依據，從力學中能量守恒定律解題規律、使用能量守恒在力學解題中的優勢、使用能量守恒定律解決力學問題的高效性這幾方面進行深入探討和分析，其目的在于論述能量守恒定律在力學中的作用與意義。

關鍵詞：物理力學；能力守恒定律；解決問題

引言：

能量守恒在整個高中物理教學中具有一定價值，在很多知識中都有所體現，并且在經典物理學習中有所應用和貫徹。高中物理知識體系中有三個能量守恒定律，依次是機械能守恒，能量守恒和動量守恒，在高中物理學習中學生要嚴格掌握好這三個能量守恒定律知識，加強對這類知識的認識，是解決物理問題的有利保證和依據。

1.力學中能量守恒定律解題規律作用

在機械運動過程中，物體運動會產生一定機械能，進而會立即將機械能轉化為起其他能量，借助功能定理，外力所做的功和系統內部所做的功之和就是系統機械能產生的變化量，進而能夠求出最終結果。

比如：兩個木塊，質量分別是m1和m2，現在運用一個不能進行拉伸的非彈性的輕繩將質量為m1和m2的物體連接在一起，輕繩跨過一個沒有摩擦力的定滑輪上。質量為m1的物體和斜面之間存在的動摩擦因數為?，與地面之間形成的傾斜角度為α，在開始階段兩個木塊之間的高度差為H，在力的作用下，兩個木塊以靜止狀態開始運動，請求出m2下降到m1最開始處在的水平位置上，此時具有的速度為多少？

在解決這樣的力學問題時，很多學生經常會使用能量守恒定律進行處理，將木塊和地球作為力學體系，該體系的內在動力為m1和m2存在的重力。體系受到的外力就是斜面對于木塊m1支持力F，和滑動摩檫力f。繩子對m2作的功為負功，對m1做的功為正功，對整體組成的體系所做的功則為0，等效就是不做任何功，能夠得到只有滑動摩檫力在做功。那么就以m1最開始所處在的水平面為參考平面進行計算，可以得到力學體系的機械能為

[（m1+m2，）v2/2+m1gHsinα]。從開始到結束機械能逐漸轉化成為內能，內能的量值為?m1gHcosα，依據物理能量守恒定律能夠得到一個公式為：m2gH=（m1+m2，）v2/2+m1gHsinα+ ?m1Hcosα。通過計算能夠得到m2最終下將到m1最開始的水平位置上，那時的速度為v=[2m2gH-2m1gH（ ）sinα+?cosα]/ （m1+m2）]1/2。

2.使用能量守恒在力學解題中的優勢

所有物體在運動和變化中都需要依據能量轉化和守恒定律進行計算，物體如果違背了變化規律則無法實現，在整個物理變化中必須要遵守能量守恒定律，依此為界限進行衡量，通過此方式能夠求出一些實際問題。

比如：有一個木板B，木板的質量為M=1千克，物體C的質量和木板的質量相等，也是1千克。在最開始時期可以運用手掌拖住物體C，使得木板B在o點處于靜止狀態，繩子恰好能夠將其固定在拉直狀態，進而，將拖住物體的手掌拿開，使得木板和物體能夠進行加速運動，當木板在水平位置上運動到一個距離為L=1米E處時，在木板上輕輕的放置一個質量為5千克的物體N，物體N和木板后退的距離為D=0.5米后，和木板AB之間保持靜止狀態進而共同運動，最終在F點完全停止運動。現在指導N和B以及B之間的動摩檫因數都為0.2，請求出E和F之間存在的距離？

在解決物理問題時，使用能量守恒定理進行處理，將物體B、N、C和地球看作是一個整體的體系，在整體變化運動過程中，外力就是桌面對木板B所做的滑動摩檫力，內力只有B受到地球給予的重力，物體B和物體N之間也存在一定的滑動摩擦力[1]。因為物體B和N的重力始終沒有發生變化，所有可將其假設為0，物體C在最終運動位置處受到的重力是能則為0。也就是說，整個體系在開始的狀態時自身具備的機械能可以表示為E=mcg（l1+lEF），末尾位置的機械能就是E‘=0，整個體系在開始狀態一直到結尾處的狀態中受到的機械能從原來的內能逐漸轉變成為的量值則為ΔE內=?mBgl1+?（mC+mN）glEF+?mNgd然后依據能量守恒定律可以得到這樣一個公式為：E-ΔE內= E‘，根據上面列出的公式內容帶入就能夠求出最終的距離結果為lEF=1.5米。因為力學整體從開始一直到停止所受的機械能量的變化就是滑動摩擦力，因為可以使用滑動摩擦力以及運動過程中行駛的位移進行結算，所以在解決力學物理問題時，使用能量守恒定理更加簡單和便利，能夠簡化物理抽象性，對學生來說解決這樣的物理問題具有一定優勢[2]。

3.使用能量守恒定律解決力學問題的高效性

能量守恒定律一般不會直接分析和考慮運動實際過程，要通過物體能量不斷轉化進行計算和處理問題，此種方式更加簡單和便利。當題目中出現多個物體問題時，可以將多個物體看成一個整體進行解決，借助能量守恒定律進行解決，分析清楚物體間的聯系，使得解題過程更加方便和簡單。

比如：一個木板B靜止在一個光滑的桌面上，一個質量為m的小木塊C放置在木板B的最右端，現在給予木板B一個水平的外力f后，那么木板B就是隨著外力的作用產生一定的位移，位移的大小則為L[3]。給予的外力較小，使得木板B和木塊C之間沒有發生相對的滑動，兩者之間產生了摩擦，摩擦力的大小為F，進而加強了外力的大小，使得木快C在木板B上發生了一定的滑動，滑動的實際距離則為ΔL，木板和木塊之間的摩擦力則為F‘，基于此種情況下，那么能夠求出木板B和木塊C系統動能的增加量，兩者之間的能量增量，和摩擦力對B、C整體系統做的總功為多少？

在剛開始使用的外力較小情況下，木板B和木塊C水平受到的力分別是木板B受到一個向左的摩擦力，向右的外力，而木塊C則受到一個向右靜摩擦力，可以根據動能定理進行計算，得到C的動能增量則為ΔEkc=fl，木板B受到的動能增量則為ΔEKb=FL-fl，那么B和C系統的動能增量就是ΔEk=ΔEKb+ΔEkc= FL

在接下來使用的外力較大情況下，木板B和木塊C之間存在的滑動摩擦力則為f，依據動能守恒定律能夠得C的動能增量為ΔEkc‘=f（L-ΔL），木板B受到的動能增量則為ΔEKb‘=FL-fl，進而得到整個系統得到了動能增量為ΔEk‘=ΔEkc‘+ΔEKb‘=FL-FΔL，通過計算能夠得到最終結果為FL-ΔEk‘=FΔL.

通過計算和解決能夠得到這樣一個結論，外力作的功就是整個體統和外界能力交換的一個過程，滑動摩擦力和物體自身受到的作用力之前相對位移的大小的乘積也就能夠代表所受到的機械能轉化成為的內能[4]。

4.結束語

總而言之，力學是學生在高中物理教學中必須掌握的基礎知識，高中學生要意識到力學的重要性，在學習能量守恒基礎上進行力學知識掌握和問題的解決，借助能量守恒定律解決力學問題，提升解題效果和效率，養成良好解題習慣。

參考文獻：

[1]蔣欣呂.淺析力學中能量守恒定律的作用與意義[J].學周刊，2018（3）.

[2]陳德志.探究運用能量守恒定律解決高中物理問題的方法[J].廣西教育，2017（6）：162-163.

[3]梁新燦.用能量守恒定律解力學系統難題的規律性[J].中學物理教學參考，2015（2）：39-39.

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