高中物理“機械能守恒定律”教學策略探究

摘 要：物理學習講究思維和方法，尤其是高中階段經典物理的教學和學習，抓要點、巧分類是理清思路、解決問題的關鍵。筆者結合實踐教學經驗和教育一般方法，以機械能守恒定律教學為例，對高中物理抓要點、巧分類教學的實現思路和方法發表看法，以期為高中物理教學質量提高提供經驗參考。

關鍵詞：高中物理;機械能守恒定律;教學策略;抓要點;巧分類;

1.機械能守恒的概念和內涵

機械能是自然界中普遍存在的能量形式，具體可分為動能和勢能，其中勢能包括引力勢能、彈性勢能、電勢能和核勢能，機械守恒定律主要與動能、彈性勢能和引力勢能相關。

簡單來說機械能守恒定律就是在只有彈力和重力做工下，物體的機械能總和保持不變，只會在動能和勢能之間相互轉化。也就是說，在外部條件不變的情況下，機械能總值是固定的，物體的機械能不是動能就是勢能也可能是兩者的總和。

因此解決以機械能守恒定律相關的物理問題時的關鍵在于確定物體所在的系統，明確機械能的總值，使學生掌握整體和局部的思維，既能夠分析物體的機械能特點又能夠明確物體所在系統的機械能特點，從而有效解決問題。這是機械能守恒定律學習的要點和難點。

2.單個物體的機械能守恒問題

單個物體的機械能守恒問題的分類和要點較為簡單。解決此類問題只需要考慮物體自身即可，不需要將物體放在一個力學系統里去考慮，此類問題是機械能守恒問題的入門級問題。如常見的平拋運動、勻速直線運動、自由落體運動等。

現在假設有一個小球，做自由落體運動，求小球的機械能（不考慮大氣阻力）。遇到這種問題，不能做過多的考慮，因為自由落體中小球的速度會越來越快，如果考慮到動、勢能的相互轉化，那么此類問題將會陷入無解的情況。在已知機械能守恒的情況下，只需要考慮極限情況，如小球剛開始自由落體或落到地面時，即對應的V=0和V=1/2gt2時，此時對應的分別是動能為0和勢能為0，從而快速計算出機械能的值。

解決單個物體機械能守恒問題可分為兩步，對極限狀態下機械能存在類型進行確定，即分類，確定物體的機械能屬于動能還是勢能，第二步就是單純的計算問題。此類問題僅是機械能守恒的入門問題，學生能夠熟練解決此類問題，則表明學生具備機械能分類的基本能力，這是解決更復雜機械能守恒問題的基礎。

3.兩個物體的機械能守恒問題

兩個物體的機械能守恒問題則是對單個物體機械能守恒問題的升級，最根本的還是對極限狀態的把握以及極限狀態下物體機械能存在類型的確定以及計算。常見的此類的機械能守恒問題主要是“天平問題”、“蹺蹺板”問題等。

如例題：在水平桌面上固定一個高h豎直的立體木塊，然后木塊上水平方向搭載一個長度L（假設L足夠長）的木板，木板兩端放兩個重物A和B，重物質量分別為m1和m2（m1和m2質量不一定相等，大小關系未知），在重力影響下，木板開始向一個方向傾斜，問重物A上升/下降至最大時，重物A或B的速度。

在此類機械能守恒問題中，關聯的物體往往有兩個，解決此類問題的關鍵在于確定系統和明確變化。所謂變化，就是在重力勢能影響下，重物動能開始增加，具體是變大或變小視題目內容而定，當然也可能是動能減小，勢能增加，但解題思路萬變不離其宗。

首先，需要將題目中“天平”和兩個重物放在一個系統內分析問題，因此整個系統的機械能守恒，而并非單個物體的機械能守恒。然后再對兩個重物分別分析，不難發現上升的重物勢能增加、動能也增加，而下降的重物動能增加、勢能減少，但整個系統的機械能守恒。再遵從一個物體時機械能守恒解題的一般思路，尋找問題的極限狀態。在這個系統中，極限狀態有兩個，分別是重物剛放上去相對靜止狀態，和重物下降/上升至最大的相對靜止狀態，那么不難得到機械能總值為m1gh1+m2gh1，同理也可表示為m1V2+m2V2+m1gh2+m2gh3，。在“天平”系統中，A上升/下降與B下降/上升的速度是保持一致的，這是一個隱藏條件，要捕捉到。然后初始的h已知，g已知，m1、m2已知，那么機械能總值已知。從相對靜止運動到相對靜止時，h2與h3會與h存在一個相對關系，進一步可求出h2與h3，代入后再求出V2，此時答案就呼之欲出。

上述解題思路不難看出，處理兩個物體機械能守恒相關問題的關鍵在于找到機械能守恒條件，即以系統的思路分析問題。

4.多個物體的機械能守恒問題

如例題：在光滑的水平面上，有物體A，質量M，物體A上有物體B，質量m，A、B之間有一個彈簧，然后施加給A初始速度v，求兩個物體相互作用時最大的彈性勢能。

這是一道經典的機械能守恒問題，涉及到了A、B、彈簧多個物體，解題的關鍵在于明確系統和找到運動的極限。

依然是先遵從整體思路進行分析，不難發現，A、B、彈簧構成的運動系統外無力做工，也就是說，A、B、彈簧運動系統的機械能必然守恒，那么就剩下找極限這個難點。問題是求最大彈性勢能，那么什么時候彈性勢能最大。機械能守恒定律的基本內容就是機械能不會增加或減少，只會在動能和勢能之間相互轉化，也就是說，動能最小時，勢能最大。發揮想象力，A、B及彈簧的運動狀態，首先A以速度v做運動，然后接觸彈簧，彈簧壓縮，B開始運動，然后A、B、彈簧開始保持相對靜止狀態，A、B、彈簧均做勻速直線運動。這個過程中，動能先轉化為彈性勢能，彈性勢能再轉化為動能直至保持相對靜止。分析到這里，答案就呼之欲出，動能小的時候就是B開始運動的那一瞬間，余下的就是計算問題。

參考文獻

[1]龍東.試論高中物理機械能守恒解題方法[J].考試周刊，2019，（27）：174.

[2]楊益祥.高中物理機械能守恒定律錯題分析[J].高中數理化，2019，（6）：36.

[3]樊澤林.淺析高中物理機械能守恒學習技巧[J].神州，2019，（2）：145.

[4]李偉玲.高中物理機械能守恒教學技巧研究[J].讀與寫，2019，16（13）：169.

[5]張皓翔.高中物理機械能守恒的巧用[J].科學技術創新，2019，（4）：34-35.

[6]楊志坤.機械能守恒定律在高中物理解題中的應用[J].考試周刊，2019，（6）：174.

作者簡介：王紅輝;性別：男;出生年月：1974.9;籍貫：襄陽;民族：漢;最高學歷：本科;職稱：中一;研究方向：高中物理教學;郵編：318000;單位：浙江省臺州市第一中學