試論能量守恒在解決高中物理問題方面的應用

桑建新

【摘 要】能量守恒定律是高中物理知識中非常重要的知識點，充分掌握這一知識點對學生物理知識的理解掌握、物理思維的培養提升、物理問題的分析探究都具有積極的影響。能量守恒這一知識點不是單獨存在于物理學科中的，而是與物理的許多分支學科都有很大聯系，比如，高中學習的力學、電學、光學等，因此，對于能量守恒的學習，首先應當融會貫通，運用能量守恒解決高中物理中的各種問題已成為高中生必須掌握的學習技巧。

【關鍵詞】能量守恒;高中物理;問題解決;方法應用

任何能量都不是憑空產生的，也不能憑空消失，能量常常是由一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到另一個物體，在這一過程中能量的總量不會改變，這也是高中所接觸到的能量守恒和轉化定律。這一定律在自然界中十分重要，也是自然界中普遍存在的規律之一。那么它在物理學科上的應用是什么呢？能量守恒定律在物理學科中能夠良好地解決相關問題，是物理學科的一種重要的解決方法。高中物理問題中主要涉及能量守恒定律的有力學、電學、光學等，運用能量守恒定律解決物理中的相關問題，能在促進學生思維能力的同時，提高學生遇到物理問題的解決方式、問題分析能力等。

一、力學問題中能量守恒的應用

可以說，高中最先接觸能量守恒這一概念的物理學科是力學，在力學的學習過程中，學生能夠初步感知能量守恒定律。比如，物理之間的相互作用力，如果一個物體僅受到重力和彈力的作用，那么物體之間的能量便在動能與勢能之間相互轉變，但是，在這一過程中，機械能的總量始終保持不變，這就是機械能的守恒與轉化，也是能量守恒定律在力學中的主要體現，同時也是解決力學問題的一條重要思路。

（1）石塊所能達到的最大高度;

（2）石塊落地時的速度。

例題分析：本題主要研究的是拋體運動中機械能守恒定律，斜拋運動的水平分運動可以看作勻速直線運動，因此，石塊在達到最高點的速度是拋出初速度的水平分量，由于石塊只受到重力的作用，機械能守恒。這樣通過機械能守恒定律解析問題，能夠更快、更準確地進行解答，從而加快學生解決問題的速度。

二、電學問題中能量守恒的應用

電學中的主要問題是電場中帶電物體受到電場力的作用，其所作的功等于帶電物體電勢能增加量的負值，反映的是通電導體被安培力所做的功，也反映了電能與其他形式能之間的轉化和守恒。在高中物理課堂上學習的歐姆定律、電磁感應中的法拉第電磁感應定理及楞次定律等物理定理，都是能量守恒在電學中的具體表現。因此，運用能量守恒的思想解決電學問題會更加方便。

例2：空間存在以ab、cd為邊界的勻強磁場區域，磁感強度大小為B，方向垂直紙面向外，區域寬為l1。現有一矩框處在圖中紙面內，它的短邊與ab重合，長度為l2，長邊的長度為2l1，如圖所示，某時刻線框以初速v沿與ab垂直的方向進入磁場區域，同時某人對線框施以作用力，使它的速度大小和方向保持不變。設該線框的電阻為R。從線框開始進入磁場到完全離開磁場的過程中，人對線框作用力所做的功等于（? ）。

例題解析：在穿越磁場的過程中，并不是已知有力的作用，也不是已知做功，只在由感應電流的階段做功，而整個過程可以分為三個階段：第一階段，右邊進入磁場到右邊離開磁場;第二階段，從右邊離開磁場到左邊進入磁場;第三階段，從左邊進入磁場到左邊離開磁場。

三、光學問題中能量守恒的應用

光學中的能量守恒主要是指在光的照射下，物體發射電子，這種現象被稱為光電效應。在高中物理學習的過程中，光學的某些相關知識點比較抽象，但是，運用能量守恒定律進行總結和分析，就能夠進一步看透光能的轉化本質，并較為透徹地理解光能的能量轉化。在光學學習過程中，需要用能量守恒的思路幫助我們解決問題，從而進一步理解光學有關的能量守恒問題。

例3：用頻率為v的光照射在某金屬表面時產生了電子，當光電子垂直射入磁感應強度勻強磁場中做勻速圓周運動時，其最大半徑為R，若以W表示逸出功，m、e表示電子的質量和電量，h表示普朗克常數，則電子的最大初動能是（ ）。

例題解析：根據光電效應方程求出光電子的最大初動能，然后，最大初動能的光電子垂直進入勻強磁場，半徑最大，根據半徑求出最大速度，從而得出最大初動能。解決本題的關鍵就是掌握光電效應方程，以及帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑公式。

結語

自然界中有許多物理定律值得我們探究，能量守恒在其中的表現形式也不盡相同，因此可以看出，能量守恒定律的應用非常普遍。在高中物理教學過程中，教師需要充分掌握能量守恒定律，透徹分析相關知識點，真正理解能量守恒定律的內涵，進而幫助學生在物理學習過程中獲得做題優勢。

【參考文獻】

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