高中物理機(jī)械能守恒學(xué)習(xí)技巧分析

鄒宗先

在高中物理課程中，機(jī)械能守恒是課程的重點(diǎn)，同時(shí)也是課程難點(diǎn)，很多學(xué)生在學(xué)習(xí)機(jī)械能守恒時(shí)非常吃力，掌握良好的學(xué)習(xí)技巧是提高學(xué)習(xí)效果的關(guān)鍵。通過掌握更多有效的學(xué)習(xí)技巧，不僅能幫助更靈活的運(yùn)用知識(shí)，還能使機(jī)械能守恒相關(guān)知識(shí)得以更好的鞏固，從中掌握更高效的物理學(xué)習(xí)方法，為今后的學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。

1 高中物理機(jī)械能守恒知識(shí)學(xué)習(xí)的重要性

在高中物理中，守恒定律涉及的非常多，是較為重要的一部分學(xué)習(xí)內(nèi)容。通過學(xué)習(xí)動(dòng)能與勢(shì)能，可以打下堅(jiān)實(shí)的機(jī)械能守恒學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。可以說，機(jī)械能守恒具有承上啟下作用，在整個(gè)高中力學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)中處于重要地位，同時(shí)也在能量知識(shí)學(xué)習(xí)中扮演重要角色。不同運(yùn)動(dòng)形式的相關(guān)守恒知識(shí)與轉(zhuǎn)化知識(shí)，能夠非常好的將自然規(guī)律體現(xiàn)出來，幫助更好的理解相關(guān)概念、規(guī)律等，但是這些內(nèi)容有一定抽象性，學(xué)習(xí)難度較大，且學(xué)生掌握的相關(guān)解題技巧較少，難以靈活運(yùn)用。在機(jī)械能守恒定律學(xué)習(xí)中，可以將其放在兩個(gè)領(lǐng)域加以理解，一個(gè)是力學(xué)領(lǐng)域，另一個(gè)是能量學(xué)領(lǐng)域，了解機(jī)械能守恒定律在這兩個(gè)領(lǐng)域中如何運(yùn)用。在實(shí)際應(yīng)用機(jī)械能守恒定律時(shí)，關(guān)注物體如何在初始階段及最終階段運(yùn)動(dòng)，獲取到初始及最終兩個(gè)狀態(tài)的機(jī)械能總和就能通過等式解決問題，很多學(xué)生因?yàn)闄C(jī)械能守恒定律學(xué)習(xí)時(shí)，難以理解定律，掌握的不牢固，學(xué)習(xí)技巧缺乏，只能通過死記硬背方式應(yīng)付考試。這樣不僅不利于掌握、理解機(jī)械能守恒定律，更難以在解題中靈活運(yùn)用，很難得到理想的考試分?jǐn)?shù)，長(zhǎng)期還會(huì)逐步喪失學(xué)習(xí)興趣，影響今后物理學(xué)科的學(xué)習(xí)效果。

高中力學(xué)方面及能量學(xué)方面很多問題都需要借助機(jī)械能守恒定律解決，為此，要注重機(jī)械能守恒學(xué)習(xí)技巧的研究。通過掌握多種學(xué)習(xí)技巧，獲得學(xué)習(xí)成就感，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，不斷加深對(duì)守恒定律的理解與掌握。在今后的解題中能夠更靈活的運(yùn)用守恒定理，達(dá)到舉一反三的效果，提高學(xué)習(xí)效率。

2 高中物理機(jī)械能守恒學(xué)習(xí)技巧

因?yàn)楦咧形锢碚n程學(xué)習(xí)內(nèi)容多，學(xué)習(xí)任務(wù)緊，這就要求教師要注重學(xué)習(xí)技巧的講解，以使學(xué)生掌握多種學(xué)習(xí)技巧，提高學(xué)習(xí)效率。受學(xué)習(xí)積極性、教學(xué)模式、學(xué)習(xí)資源等多種因素影響，高中生在學(xué)習(xí)機(jī)械能守恒時(shí)，技巧的運(yùn)用存在很多障礙。為此，針對(duì)機(jī)械能守恒學(xué)習(xí)，提出以下技巧：

2.1 機(jī)械能守恒的判斷

用輕彈簧連接兩個(gè)物塊，并將其放在光滑水平面上，相連的兩個(gè)物塊標(biāo)記為物塊A、物塊B。其中，物塊A豎直狀態(tài)與靠著墻壁，將一個(gè)子彈形狀的物體沿著水平方向攝入物塊B，并讓其留在物塊B中。這類問題，需要對(duì)機(jī)械能守恒定律有充分理解，對(duì)研究對(duì)象機(jī)械能是否守恒進(jìn)行判斷，相關(guān)的物理問題才能熟練運(yùn)用這個(gè)定律解決。

2.1.1 用機(jī)械能定義判斷

在水平面內(nèi)，如果物體運(yùn)動(dòng)能夠勻速進(jìn)行，動(dòng)能、勢(shì)能均不改變條件下，機(jī)械能是守恒的。如果有一個(gè)物體在動(dòng)能不變條件下沿斜面勻速下滑，減少的是重力勢(shì)能，機(jī)械能也會(huì)隨之減少。

2.1.2 用做功判斷

對(duì)物體或系統(tǒng)的內(nèi)、外部受力情況分析，可以將各力的做功情況明確出來，如果系統(tǒng)不存在其他做功，只存在重力做功，此時(shí)可判定機(jī)械能是守恒的。具體是指，在解題中運(yùn)用到機(jī)械能，要先對(duì)系統(tǒng)是否有外力對(duì)其做功的情況分析，或者是對(duì)外力對(duì)系統(tǒng)做功總和是否為零進(jìn)行分析。如果經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)外力做功不存在，或者外力對(duì)系統(tǒng)做功總和為零，則可以對(duì)系統(tǒng)處于機(jī)械能守恒狀態(tài)進(jìn)行判定。物塊B帶著子彈狀物體向左運(yùn)動(dòng)，直到彈簧出現(xiàn)最大壓縮量時(shí)，此時(shí)做功的只有彈簧，由此，可以判斷出系統(tǒng)的機(jī)械能守恒;彈簧推動(dòng)著帶有子彈狀物體的物塊B向右運(yùn)動(dòng)，直到彈簧恢復(fù)原有長(zhǎng)度時(shí)，做功的只有彈簧彈力，此時(shí)系統(tǒng)的機(jī)械能是守恒的。

2.1.3 用能量轉(zhuǎn)化判斷

如果系統(tǒng)與外界沒有機(jī)械能傳遞，機(jī)械能仍維持不變，則系統(tǒng)的機(jī)械能是守恒的。具體來說，在機(jī)械能守恒定律應(yīng)用時(shí)，需要對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)能與勢(shì)能變化情況充分掌握，了解運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。如果系統(tǒng)只存在動(dòng)能與勢(shì)能兩種能的相互間轉(zhuǎn)化，而不存在其他能量轉(zhuǎn)化時(shí)，且與外界也不存在能量轉(zhuǎn)化，則系統(tǒng)的機(jī)械能是處于守恒狀態(tài)的。在“子彈”狀物體射進(jìn)物塊B時(shí)，“子彈”狀物體的動(dòng)能出現(xiàn)了轉(zhuǎn)化，即一部分轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的內(nèi)能，此時(shí)減少了系統(tǒng)的機(jī)械能，不再是守恒的機(jī)械能。

2.2 機(jī)械能守恒的重要表達(dá)式

E1與E2是初始運(yùn)動(dòng)及最終運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中機(jī)械能的表達(dá)式，因?yàn)镋1=E2，將公式展開，得到公式為Ek1+Ek2=Ek2+Ep2。系統(tǒng)中的勢(shì)能變化量等于動(dòng)能變化量，這是系統(tǒng)機(jī)械能守恒的一個(gè)表現(xiàn)，也就是說動(dòng)能增加量與勢(shì)能減少量是相等的;除去地球這一系統(tǒng)，物體1與物體2，相等的是物體1減少的機(jī)械能與物體2增加的機(jī)械能，用公式可表達(dá)為E1減=E2增。在以上這些公式中，Ek1+Ek2=Ek2+Ep2的運(yùn)用時(shí)要關(guān)注重力勢(shì)能參考面，而其他公式則不需要關(guān)注。

2.3 對(duì)零勢(shì)能面合理選擇

可以隨意對(duì)零勢(shì)能面選擇，只有選擇合適的零勢(shì)能面，才能使問題的分析難度進(jìn)一步降低。在對(duì)同一個(gè)系統(tǒng)研究時(shí)，選擇的零勢(shì)能面可以是相同的，通常，用低點(diǎn)作為零勢(shì)能面的情況較多。此外，要保證初始與最終運(yùn)動(dòng)勢(shì)能達(dá)到統(tǒng)一。在對(duì)機(jī)械能守恒這一定律使用時(shí)，通常只對(duì)始末的運(yùn)動(dòng)情況考慮，運(yùn)動(dòng)過程不需要考慮，也就是說只對(duì)開始與終止機(jī)械能的總量計(jì)算。機(jī)械能守恒運(yùn)用中，也不需要考慮加速度與時(shí)間問題。為此，解題的步驟得以大大簡(jiǎn)化。

2.4 解題技巧

因?yàn)闄C(jī)械能守恒定律只對(duì)物體初始、末尾兩種狀態(tài)關(guān)注，物體運(yùn)動(dòng)過程不需要考慮，為此，在對(duì)相關(guān)力學(xué)題型求解時(shí)，運(yùn)用機(jī)械能守恒可以將復(fù)雜的問題變得簡(jiǎn)單化。總體的解題技巧歸納為：（1）了解題目研究對(duì)象;（2）分析物體受力情況;（3）對(duì)物體始末兩種狀態(tài)有充分了解;（4）依據(jù)機(jī)械能守恒定律將方程式列出;（5）求解后對(duì)結(jié)果做相關(guān)分析。單個(gè)物體與地球所構(gòu)成的系統(tǒng)及系統(tǒng)機(jī)械能守恒問題是高中階段機(jī)械能守恒所涉及的主要問題。具體的解題技巧如下：

2.4.1 單個(gè)物體機(jī)械能守恒技巧

2.4.2 系統(tǒng)機(jī)械能守恒技巧

這類問題有多種類型，解決起到難度更大，常見的有輕繩連體、輕體連桿等問題。在一個(gè)傾斜角為的光滑斜面中，兩個(gè)物體通過跨過定滑輪的繩子連接到一起，兩個(gè)物體的質(zhì)量分別為M與m，且初始時(shí)兩物體均為靜止?fàn)顟B(tài)，設(shè)問：m距離地面高度為h時(shí)，求m落地時(shí)的速。此題可以這樣分析：細(xì)繩、M、m共同將一個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成，所受外力有四種，一種是M受的重力，表示為Mg;一種為M受的支持力，表示為N;還有滑輪對(duì)細(xì)繩產(chǎn)生的力，表示為F。系統(tǒng)機(jī)械能不會(huì)受M與m的重力影響而發(fā)生改變，N與斜面是垂直的，且沒有分力出現(xiàn)在位移方向，因?yàn)椴蛔龉Α４送猓槍?duì)該類問題，還要考慮到速度的關(guān)系。總的來說，通過對(duì)定律靈活運(yùn)用，以上這類問題均能變得簡(jiǎn)化。

2.5 保證課堂學(xué)習(xí)效率，獨(dú)立完成習(xí)題作業(yè)

因?yàn)楫?dāng)前很多高中生對(duì)機(jī)械能守恒學(xué)習(xí)較為吃力，需要進(jìn)一步提高課堂學(xué)習(xí)效率，因?yàn)闄C(jī)械能守恒知識(shí)是環(huán)環(huán)相扣的，一旦某些知識(shí)沒學(xué)好，接下來的學(xué)習(xí)也會(huì)同樣吃力。為此，可以讓學(xué)生采取做課堂筆記的方式，因?yàn)檎n本中機(jī)械能量守恒涉及的內(nèi)容有限，以基礎(chǔ)理論與例題為主，通過做筆記形式將老師課上補(bǔ)充的知識(shí)點(diǎn)、例題記錄下來，有效學(xué)習(xí)教師的思維方法，幫助更好的掌握課堂重點(diǎn)知識(shí)，對(duì)于不懂得知識(shí)點(diǎn)也可以記下來，課后方便問周圍同學(xué)或者老師。

在課后要做好復(fù)習(xí)，對(duì)于課上學(xué)習(xí)的公式、定理等要多加復(fù)習(xí)，并多做練習(xí)題，尤其是容易混淆的知識(shí)。每完成一節(jié)課，都要引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成課后梳理及總結(jié)課堂內(nèi)容的好習(xí)慣，以更好的消化、理解舊知識(shí)，提高對(duì)新知識(shí)的掌握，并多做專項(xiàng)訓(xùn)練，以提高知識(shí)的運(yùn)用能力。

3 結(jié)束語

總之，機(jī)械能守恒是高中物理學(xué)習(xí)的重點(diǎn)及難點(diǎn)，要首先熟悉、理解守恒及力學(xué)相關(guān)知識(shí)，為守恒學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，不斷從多個(gè)方面探究多樣化的學(xué)習(xí)技巧，以更高效、快速的掌握相關(guān)定理，并熟練、靈活用機(jī)械能守恒解題，取得更顯著學(xué)習(xí)效果。

（作者單位：利津縣高級(jí)中學(xué)）