對(duì)高中物理中能量守恒定律的探析

肖澤政

摘要：高中物理是一門(mén)非常重要的學(xué)科，在我們的平常生活中，具有非常大的應(yīng)用性和實(shí)踐性。對(duì)于高考而言，學(xué)好高中物理對(duì)于我們很多高中生來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。高中物理從力的相互作用到電磁學(xué)均涉及了能量的轉(zhuǎn)換，因此能量守恒定律在高中物理學(xué)習(xí)中具有重要作用。正確并巧妙使用能量守恒定律有助于快速解決一些復(fù)雜的高中物理問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：高中物理；能量守恒；難點(diǎn)分析

一、能量守恒定律簡(jiǎn)述

所謂能量守恒是指在一個(gè)體系中，某個(gè)物體某種能量的改變必然會(huì)引起另一個(gè)物體或其本身的能量發(fā)生變化，但不管體系之間的物體發(fā)生怎么的變化，其體系總能量之和是不會(huì)改變的。根據(jù)課程所學(xué)，高中物理涉及的能量守恒問(wèn)題主要有以下幾類：（1）機(jī)械能與機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換。（2）機(jī)械能與電磁場(chǎng)相結(jié)合的能量問(wèn)題。（3）能量守恒與動(dòng)量守恒相結(jié)合的問(wèn)題。

二、能量守恒問(wèn)題的難點(diǎn)分析

能量守恒思想始終貫穿高中物理，所以熟練使用能量守恒定律是獲得物理高分的基礎(chǔ)。結(jié)合高中所學(xué)知識(shí)和往年試題，能量守恒問(wèn)題的難點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：

（一）正確選取研究對(duì)象

高中物理中與能量有關(guān)的題型有許多，如果可以運(yùn)用能量守恒定律解題，就可以省去大量的中間步驟，直接得出結(jié)果。能量守恒問(wèn)題的難點(diǎn)在于如何正確選取研究對(duì)象，因此抓住問(wèn)題的關(guān)鍵，選取合適的研究對(duì)象就成為解題的重點(diǎn)。關(guān)于如何把握研究對(duì)象，可以記住一些常用的結(jié)論，這也是解題的技巧。

（二）靈活選取零勢(shì)能面

關(guān)于能量守恒定律的另一個(gè)難點(diǎn)就是零勢(shì)能面的選取，因?yàn)樵诟咧形锢眍}中大多涉及到勢(shì)能，所以零勢(shì)能面的正確選取就非常重要。

三、能量守恒定律在解題中的應(yīng)用

能量守恒定律對(duì)物理解題有著很大的幫助，以下將舉例說(shuō)明能量守恒定律在解題中的應(yīng)用。

（一）在力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題中的應(yīng)用

能量守恒定律在力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題中的應(yīng)用是最常見(jiàn)的題型，把握各動(dòng)能、勢(shì)能之間的能量轉(zhuǎn)化是解題的關(guān)鍵。如下面這個(gè)例題：

例題1：一塊質(zhì)量是m=2kg的小木塊的半徑是R=1.25m。在光滑的圓弧軌道上從A點(diǎn)由靜止開(kāi)始往滑下，圓弧的軌道是豎直的，被固定在某一面上，最底端B點(diǎn)切線是水平的。a、b兩輪的半徑是r=0.4m，滑塊和傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.1，傳送帶右端點(diǎn)C與水平地面的距離為h=1.25m，C的垂直投影到點(diǎn)E上。取g=10m/s2。

（1）若傳送帶達(dá)到靜止時(shí)，滑塊剛好在b輪的頂點(diǎn)C處由傳送帶滑下，那么B、C兩點(diǎn)間的相距多遠(yuǎn)？

（2）當(dāng)a、b兩輪按照某個(gè)角速度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，滑塊從C點(diǎn)做離心運(yùn)動(dòng)到達(dá)地面上的D點(diǎn)，如果C、D兩點(diǎn)的距離是3m。試問(wèn)：a、b兩輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度和滑塊與傳送帶間產(chǎn)生的內(nèi)能是多少。

分析：（1）由題意可知，滑塊從A到B由機(jī)械能守恒有：

滑塊由B到C，由動(dòng)能定理：

滑塊恰能在C點(diǎn)離開(kāi)傳送帶：

解得x=10.5m。

（2）設(shè)滑塊從C點(diǎn)飛出的速度為

，a、b兩輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω，則

解得ω=15rad/s.

滑塊在傳送帶上加速過(guò)程，根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律及功能關(guān)系有：

對(duì)滑塊有：-μmg=ma

滑塊加速時(shí)間：

滑塊位移為：

傳送帶移動(dòng)的距離：

產(chǎn)生的內(nèi)能：

解得Q=1J.

由此可研究對(duì)象的選取以及動(dòng)能、勢(shì)能之間的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系是解題的關(guān)鍵。

（二）機(jī)械能守恒問(wèn)題

例題2：均質(zhì)鏈條總長(zhǎng)L，放置于光滑水平面上，水平面距離地面高為2L，均質(zhì)鏈條的1/5懸垂與水平面上，鏈條開(kāi)始時(shí)刻靜止，在t=0時(shí)釋放，試問(wèn)均質(zhì)鏈條下端第一次接觸地面時(shí)均質(zhì)鏈條的速度。

分析：因?yàn)樯婕暗街亓?shì)能問(wèn)題，首先我們應(yīng)該選取一個(gè)零勢(shì)能面做參考點(diǎn)。最終鏈條一端接觸地面，故選取地面為零勢(shì)能面。則有：

由此便可求解出鏈條剛落地時(shí)的速度。

四、總結(jié)

能量守恒定律是高中物理學(xué)習(xí)中使用最多的一個(gè)定律也是最為重要的定律之一，對(duì)于這個(gè)定律，要做到了然于心，才能快速有效的求解高中物理中的力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)等與能量守恒相關(guān)的問(wèn)題。對(duì)于能量守恒，最為基礎(chǔ)的就是分析能量變化，對(duì)每一道與能量守恒有關(guān)的題目，首要任務(wù)就是分清楚體系中哪些物體發(fā)生了能量變化，由什么能轉(zhuǎn)換為了什么能，這樣才能保證題目的正確率，并且真正掌握能量守恒的含義，對(duì)于學(xué)習(xí)其它物理知識(shí)的學(xué)習(xí)有所幫助。

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