能量守恒在解決高中物理問題方面的應用探討

【摘要】能量守恒是高中物理教學中的重要知識點，它能在解決多種高中物理問題時發揮作用。能量守恒并非是孤立的知識點，它與很多物理學知識具有重要聯系。本文將主要對能量守恒在解決高中物理問題時的應用進行分析，將從熱學、機械學、電磁學這三個方面進行探討。

【關鍵詞】能量守恒? 高中物理? 應用

【中圖分類號】G633.7 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2020）05-0182-01

高中物理教學中，具有大量復雜的知識點，很多學生在解題時不會將所學知識融會貫通，導致陷入解題誤區，覺得學習物理有很大難度。能量守恒既是歷年高考中的必考點，也是解決物理問題時的基本定律，能將很多復雜的問題簡單化，使學生順利解題。本文將根據以往解題經驗進行分析，闡述能量守恒在解決物理問題時的應用策略。

一、利用能量守恒解決熱學問題

能量守恒是熱力學中十分常用的知識點，對于解決很多熱力學問題都具有重要作用。比如系統的內能增量就是從外界獲得的熱量與外界對系統做功的和。通過能量守恒定律的運用，可以在復雜抽象的熱力學問題中把握住不變的定律，給解題帶來重要突破，不再是盲目的不知該從哪入手。比如在一個封閉容器中設置一個隔板，隔板右邊則利用電絲加熱，很快氣體受到加熱影響使內能增加。在不斷加熱的情況下，隔板右側的溫度逐漸升高，內能增大即壓強變大，進而就會產生活塞運動。由于電絲加熱了隔板右側的氣體，導致熱能增加，右邊的氣體開始對左側做功。對于這種抽象的氣體間的運動，要求解題時必須掌握能量守恒定律，能全面了解題目中的各種作用，進而實現對習題的合理分析。對于解答熱學習題，要求做到能熟練掌握能量轉化的規律，巧妙運用能量守恒知識點。

二、利用能量守恒解決機械運動類問題

能量守恒在高中物理中的應用非常多，比如在解決復雜的力學問題時，可以利用能量守恒分析機械能、熱能的做功，可以全面分析各種外力對物體的影響。在一些機械運動類的問題中，由于物體受力復雜還伴隨著運動過程，導致解決困難，在解題中陷入困境。而利用能量守恒分析問題，就能將復雜的問題簡單化，節省了大量的分析時間。比如對這道問題的分析：在光滑的平面上，平放著物體A與物體B，兩個物體之間有彈簧相連，二者的關系是mB=mA。當外力F給B施力時，對彈簧做功W。如將F撤出，那么當A從墻壁離開時，彈簧的彈性勢能最大為多少？如果從普通的分析受力的角度去進行解題，很明顯無法得到有效的解題思路。但是從能量守恒的視角去看這道問題就會發現，A、B在離開墻面時是具有相同的速度。那就可以將A、B視為一個整體來分析。這時可以運用到動能守恒和機械能守恒的定律，從而分析出在A、B的速度達到相同的情況下，彈簧產生的彈性勢能會達到最大值，這樣就順利分析出了這道題的破解思路[1]。

（1）假設B的初速度為V0，A離開墻時狀態是臨界點，則W=mBV02

（2）設A與B速度達到一致時速度為V，由于系統滿足了機械能守恒，則W=（mA+mB）V2+Emax

（3）根據動量守恒定律可知（mA+mB）V=mBV0

最終可得出Emax=W/3。

整個解題過程都是以能量守恒為解題思路，同時能量守恒也是這道題的突破口。對高中物理階段的解題，不能固化思維，在找不到合適突破口的時候，應該跳出思維死角進行全局觀察，發現各種力之間的關系，靈活運用能量守恒。

三、利用能量守恒解決電磁場問題

電磁學是高中物理階段的重要教學內容，而且是每年高考中的必考知識點。對于電磁學的學習，由于內容抽象難懂，很多學生在學習時感到沒有思路，到了解題時更找不到頭緒。其實電磁學也能應用能量守恒進行分析，比如高中階段的電磁學內容中，主要用到了電磁感應定律、楞次定律和歐姆定律，這些知識點并非獨立存在的，恰恰是能量守恒的電磁學反應。能量守恒定律同樣適用于電磁學的解題過程中，但是在解題當中，還應當注意電能和其他能之間的能量關系和轉化關系，這樣才能準確解題。解決電磁場題目時，利用能量守恒可以將復雜的題目簡單理解，從分析過程中獲得對解題有用的信息。比如解答一個典型的能量守恒題目，可以通過此題了解利用能量守恒分析問題的過程[2]。在光滑的平面上有三個質量相同、電荷相同的質點1、2、3。接下來以三個質點作為頂點，C位于這個三角形的中心，隨后在1和3之間、2和3之間用絕緣支撐連接。求質點3運動到C位置時，行進的速度是多少？利用能量守恒定律分析，質點1、2、3可以視為一個整體，3是在1、2的作用下靠近C，而C是固定不動的。原來質點1、2、3形成的三角形最后停留在一條直線上。利用能量守恒定律分析后，原本復雜的問題就變得簡單易解了。

通過研究能量守恒在高中物理問題中的應用可知，學生解題時必須注重對知識體系的整體性、系統性認知。能量守恒對于高中物理階段的很多類型題目都有化繁為簡的作用，對于學生分析問題具有積極的作用。因此應該學會巧妙運用能量守恒，并學會發散思維逐步提高自己的解題能力。

參考文獻：

[1]賈學明.如何用能量守恒分析高中物理問題[J].高中數理化，2017（4）：29.

[2]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.

作者簡介：

馬彥平（1971.5-），男，漢族，甘肅天水人，本科，研究方向：高中物理教學。