高中物理機械能守恒解題方法的研究

陳淼

摘要：本文主要研究高中物理機械能守恒解題方法的相關內容，認為在高中階段應該全面系統地了解并掌握機械能守恒知識的重點和難點知識，在解題的過程中，要明確研究對象，靈活運用題目中的前提條件，之后詳細說明了機械能守恒定律在單個物體和整個系統中的應用，要確保選擇的研究對象滿足機械能守恒定律條件，才能保證解題準確。

關鍵詞：機械能守恒;前提條件;阻力不計

引言：高中階段，物理機械能守恒定律的應用主要包括兩個方面，一是重力在理想狀態下做功，二是物體受到其他的力，但是這些力不做功，此時只有重力和彈力做功。在做題時要明晰機械能守恒定律的內容，做到精準判斷物體的機械能是否守恒。可以使用直接判斷法進行判斷，也可以使用能量判斷法進行辨別。

一、全面系統地了解并掌握機械能守恒知識的重點和難點知識

我們在高中階段學習物理知識，機械能守恒這部分的定律內容十分重要。為此要全面系統地了解并掌握相關知識的重點和難點，只有在全面掌握的前提下，才能真正做到將知識融會貫通。高中階段物理能量守恒知識高度整合了力學知識和能量學知識。對于我們高中生來說這是一個不小的挑戰，在學習的過程中，應該積極自我思考，同時適當調整自身的固有做題思路，把機械能守恒定律看做是守恒定律在力學方面的具體表現^[1]。使用這種做題思路會在很大程度上降低我們對試題的理解難度。在學習機械能守恒定律的知識時，應該學會跳出全局，獨立思考，不再死記硬背解題步驟。要真正理解解題步驟，做到活學活用，提高自身學習效果。力學方面的很多問題都需要運用機械能守恒定律來解決。所以我們對該方面的學習內容要高度關注。明晰運動物體的始末狀態，而不是將目光放在運動的過程上。初始狀態的機械能總和、最終狀態的機械能總和是重要的求解問題。

二、明確研究對象，靈活運用題目中的前提條件

在解答機械能守恒問題時，要明確研究的對象。可以發現很多問題都涉及到多個物體的運動過程。在選擇研究對象時要考慮到解題的便捷性，所以要選擇合適的研究對象。在分析物體的受力情況時，要想分析物體的做功情況，就要仔細研究物體做功所產生的影響，之后再利用機械能守恒的定律去徹底解決問題。很多題目都有不同的前提條件，在做題時應該靈活運用這些前提條件。機械能守恒就是整個系統的動能和功能之和是不會發生變化的。所以在判斷物體運動時是否符合機械能守恒定律，就要看物體能和功的情況。分析物體的做功情況，如果整個系統只有彈力和動力，而且不存在額外的做功，又或者是系統內部的做功之和是零，那么該系統的機械能就不會發生變化。從能量角度展開分析，如果系統中發生變化的因素只有動能和勢能，而不存在其他的能，也不存在其他的轉化情況，此外整個系統和外界環境也不存在能量交換的條件，那么該系統的機械能就不會發生變化。

三、機械能守恒定律在單個物體中的應用

機械能量守恒定律的應用是十分多變的，其中有一種情況是單個物體和整個系統的機械能守恒。該情況有四種類型，分別是固定的光滑圓弧、斜面類、懸點固定的擺動、阻力不計的拋物。本文重點介紹阻力不計的拋物，有這樣一道題目：“二樓的高度為H，初速度為V₀，在此條件下斜拋一個小球，忽略小球在下落過程中的空氣阻力，求小球落地瞬間的速度。”在解決這一物理問題時，可以運用機械能守恒的定律，此時要選擇一個合理的零勢能面，在這道題中，應該將地面當做零勢能面，此時做功的就只有重力，我們知道動能和勢能之間是相互轉化的關系，小球拋出時的機械能與小球落地時的機械能是相等的關系。所以就可以列出這樣的方程式：mgH+mV₀²=mV_t²。這樣就能很容易求出小球落地時的速度。

四、機械能守恒定律在系統中的應用

機械能守恒定律除了在單個物體中適用之外，對于一個系統運動情況的問題也能解決。系統運行情況的問題本身就比較復雜，應用機械能守恒定律予以解決會在一定程度上簡化問題^[2] 。以輕繩連體類問題為例，如圖1所示，輕繩繞過光滑的定滑輪，兩端分別系著一個長方形物體，兩個長方形物體的重量分別是M、N，相互之間的關系是M大于N。初始階段，使M物塊固定，整個系統處于靜止穩定的狀態。問題是：釋放M物塊，求物塊下落h高度時，物塊的速度。在解決這道題時，要把物塊M、N看作是一個整體、一個系統。整個系統只有重力做功，因此整個系統的機械能是守恒的。物塊N機械能是增加的情況是：ΔE₁=Ngh+mV²，而物塊M的機械能是減少的，ΔE₂=Ngh-mV²。

總結：綜上所述，機械能守恒定律不僅在高中物理知識中占有十分重要的位置，在大學階段的物理學習中，也要用到這一定律。為此我們應該學會判定題目的基本內容是否符合機械能守恒定律，在面對復雜的機械問題時，要理清題目的條件，理清做功的變化情況，注意選擇正確的研究對象。明晰系統中物體的能量變化情況，注意選擇正確的零勢能面。

參考文獻：

[1] 江子川.機械能守恒定律在高中物理解題中的應用[J].中國高新區，2018（11）：71.

[2] 王寶華.高中物理機械能守恒學習技巧分析[J].學周刊，2018（11）：78-79.

（作者單位：山東省臨沂市莒南一中 理科）