高中物理中機械能守恒定律問題的解題策略

劉海平

(江蘇省昆山中學(xué) 215300)

在高中階段的物理學(xué)習(xí)過程中，機械能守恒定律一直是學(xué)習(xí)的重點和難點，其中主要利用了力學(xué)和能量學(xué)知識.但是學(xué)生對于這一定律的掌握效果并不理想，教師需要幫助學(xué)生分析問題、善于總結(jié)相關(guān)的知識點，遵循一定的解題思路和策略，靈活的用于題目的分析和解決中來.

一、利用機械能守恒定理，做出基本判斷

為了解決機械能守恒類的教學(xué)問題，首先要對相應(yīng)的定律等知識形成深刻的認知，結(jié)合實際的情況，對研究的對象是否屬于守恒狀態(tài)進行判斷.首先這一點，主要可以以以下三個途徑進行判斷：首先，是直接判斷法，其次是間接判斷法，最后是能量判斷法.學(xué)生首先要明確機械能守恒的基本條件，這一定律是指兩個或兩個以上的系統(tǒng)之間存在相互作用，在高中階段的研究對象中，主要的機械能是動能和勢能，勢能又可以分為彈性勢能和重力勢能.因此，只有從根本上了解了機械能守恒定律，才能夠有效的建立起物理關(guān)系結(jié)構(gòu).

例如，如圖1，在某水平光滑地面上擱置一個三角形斜面，其上面擱置一個小木塊，已知斜面表面、木塊表面也都為光滑面，那么在小木塊下滑的過程中，其機械能是否保持守恒？如果將木塊和斜面看作是一個系統(tǒng)，那整個系統(tǒng)的機械能是否守恒呢？首先，判斷這一題目的機械能是否守恒，先將木塊和斜面看作是一個完整的系統(tǒng)，根據(jù)以上提到的三個判斷方法.基于已知條件可知，上述物體相互接觸的面都是光滑的，所以小木塊在沿著斜面下滑時不會存在摩擦力，其不會做功，這符合機械能守恒的基本條件，所以在斜面與小木塊二者共同構(gòu)成的系統(tǒng)中，機械能是保持守恒的.而小木塊給斜面施加了垂直向下的作用力，所以其對斜面是做正功的，這使得斜面的機械能表現(xiàn)為增加的情況.但是，由于整個系統(tǒng)已被驗證是能量守恒的，而斜面機械能增加，意味著木塊的機械能是減少的，因此當(dāng)木塊作為單獨的研究對象分析時，其機械能是不守恒的.

二、利用機械能守恒定理，研究單個物體

在機械能守恒定律的應(yīng)用中，主要可以分為兩個不同的研究對象，一個是單獨物體的機械能守恒，另一個是系統(tǒng)的機械能守恒.針對于單個物體的機械能守恒，主要可以分為四種不同類型的題目，即：基于阻力不計的拋物類型題、以固定光滑圓弧為基準的滑動類型題、以某固定點為擺動點擺動類型題、以斜面為基礎(chǔ)的運動類型題.針對不同的類型題分析，都可以在確定研究對象的基礎(chǔ)上，靈活運用機械能守恒定理進行解題.

三、利用機械能守恒定理，研究系統(tǒng)能量

與單個物體的機械能量守恒相比，系統(tǒng)的能量守恒較為復(fù)雜，涉及到的方面更加廣泛，包括了輕桿連接、繩子連接、在水平面上自由擺動等幾種類型.以繩子連接為例題，如圖3，在一個表面光滑的定滑輪上面繞過一根輕繩，其兩端分別懸掛重量為M和N的長方形鐵塊，并且已知M>N.在開始運動的時候，首先握住鐵塊M，使其保持在圖示的位置處.求當(dāng)物塊M從靜止狀態(tài)釋放，在下落距離起始位置為h處的下落速度？假定高度h正好是M從靜止狀態(tài)下落到地面的高度，那么N上升的高度又是多少呢？(繩子與滑輪重力不計，高度h<<繩子長度.)在這一道題目的分析過程中，必須要將M和N看做一個整體，那么做功的僅為重力，所以滿足機械能守恒的基本條件，此時鐵塊N對應(yīng)的機械能為mgh+2mV2/2，呈現(xiàn)為逐步增加的變化，而鐵塊M的機械能為Mgh-mV2/2，會相應(yīng)地減小.基于機械能守恒定律可知，鐵塊N增加的機械能恰好等于鐵塊M減少的機械能，因此聯(lián)立兩個式子，得到速度v的大小.第二個問題，需要注意不需要確定零勢能面，只需要按照M的機械能減少量等于N的機械能增加量即可解決.

總之，在高中階段的物理學(xué)習(xí)過程中，機械能守恒定律是一個非常重要的教學(xué)內(nèi)容，需要學(xué)生熟練的應(yīng)用這一定律于不同的情境中，并且選擇好研究對象，是單獨物體還是系統(tǒng)，從而提高解題效率.