淺析機(jī)械能在高中物理學(xué)習(xí)中的適用范圍

程志凌

摘 要：機(jī)械能是高中物理學(xué)科整體內(nèi)容中非常重要的一環(huán)，也是日常生活中常常會遇到的物理相關(guān)問題解決辦法的核心思路，可以說機(jī)械能不僅構(gòu)成了中學(xué)物理課的內(nèi)容，也將貫穿于人們的日常生活，因此學(xué)好物理學(xué)中的機(jī)械能部分是十分重要的。從機(jī)械能在高中物理學(xué)習(xí)中的適用情況進(jìn)行分析，為學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)和生活中更好地理解和運(yùn)用物理學(xué)中的機(jī)械能知識做一定的鋪墊。

關(guān)鍵詞：機(jī)械能；高中物理；物理

機(jī)械能的概念開始出現(xiàn)在高中一年級的課程中，這也是我們開始系統(tǒng)學(xué)習(xí)物理學(xué)后第一次接觸到的守恒定律——《機(jī)械能守恒定律》。實(shí)際上機(jī)械能的守恒定律是能量在守恒過程中的一個特案，也是讓高中生對物理產(chǎn)生興趣的良好開端。

相對于能量轉(zhuǎn)化的抽象概念，與實(shí)際生活結(jié)合更加緊密的“機(jī)械能”以較強(qiáng)的代入感，讓我們很自然地進(jìn)入高中物理學(xué)科的學(xué)習(xí)。此內(nèi)容不僅與初中階段所學(xué)的功、功率、勢能、動能等內(nèi)容有著一定的聯(lián)系，高中物理課程中的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)也可以把這些物理學(xué)的知識整合具化為可以用眼睛觀察到的實(shí)踐情況，而不像其他知識點(diǎn)只有冷冰冰的文字，因此淺析機(jī)械能在高中物理學(xué)習(xí)中的適用范圍不僅能夠讓我們對新的知識產(chǎn)生興趣，還能承上啟下鞏固原本的理論，達(dá)到實(shí)驗(yàn)實(shí)踐的目的。機(jī)械能在高中物理學(xué)科中的作用不僅僅用于學(xué)習(xí)知識，還可以幫助我們解決之前不能靠牛頓定律分析出來的問題。在物理學(xué)科的考試中，機(jī)械能出現(xiàn)的范圍很廣，不論是選擇題、填空題還是簡答題都有可能會出現(xiàn)，因此了解機(jī)械能在高中物理中的范圍和適用情況是非常重要的。

一、機(jī)械能與動能定理之間的關(guān)系

動能，從字面上的理解即為物體運(yùn)動而產(chǎn)生的能量，在數(shù)值的計(jì)算上一般為（1/2）mv2，從物理學(xué)的角度來解釋動能定理，即外力對物體所做功的代數(shù)和等于物體動能的增量，這也是中學(xué)生在接觸動能定律時需要著重理解的概念，老師也會在涉及動能的課程和試題講解的過程中提到理解這句話的表達(dá)式：W（總）=

1/2mv2（末）-1/2mv2（初），該公式對于運(yùn)用動能定理解決機(jī)械能的相關(guān)問題有著一定的輔助作用。在運(yùn)用動能定理解答關(guān)于機(jī)械能的試題，套用該公式的時候只需要考慮到三個量，即運(yùn)動過程中物體做出的總功W，還有該物體的初動能以及末動能，不再需要對物理在運(yùn)動過程中發(fā)生的狀態(tài)情況進(jìn)行更加具體的模擬。按動能定律來講，受力物體在該方面研究的是受力情況，因此在分析相關(guān)試題的時候應(yīng)當(dāng)對單個的物體受力情況作出分析。在很多情況下，物理問題中的受力物體往往會因?yàn)榱Φ年P(guān)系發(fā)生位移的改變，但是由于位移產(chǎn)生的加速度是不會影響到解題答案的，在解答這樣的問題時，我們可以省略關(guān)于牛頓第二定律的思考過程，讓高中物理問題在解答的過程中更加簡單和便捷。例如，一個物體的質(zhì)量m為akg，在平行與斜面的恒定拉力F的作用下做下沿斜面的向上運(yùn)動，當(dāng)物體運(yùn)動到斜面中點(diǎn)的時候去掉F，該物體正好能停在斜面的頂端處。設(shè)該斜面的傾角為n，取g=am/s2，求拉力F的大小。在分析這個問題的時候，我們可以從物體的受力關(guān)系作出判斷，物體重力的計(jì)算方式為mg，受到的拉力為F，斜面的支持力設(shè)為N，摩擦力為f。然后已知該物體在上升到斜面中點(diǎn)的時候去掉了力F，其他的受力情況保持不變，可以由此設(shè)定該斜面的長度為S，根據(jù)動能定理的等量關(guān)系即可求出物體的受力F數(shù)值。

二、能量守恒定律與機(jī)械能的關(guān)系

機(jī)械能是高中物理中學(xué)習(xí)能量守恒定律的基礎(chǔ)知識，我們分析試題的時候往往都需要先判斷一下機(jī)械能的守恒情況，是否能符合能量守恒定律。機(jī)械能參與的守恒定律只有在物體受到彈力或者重力的時候才能做功，而且該物體會在做功的過程中發(fā)生動能和勢能的轉(zhuǎn)變，但是總的能量也就是機(jī)械能是不會產(chǎn)生任何變化的，簡言之，該物體的能量是守恒的。如上所說，機(jī)械能守恒即為重力和彈力下才能發(fā)生做功，其他的力對于該物體是沒有作用的，即使該物體受到了其他力的作用，也不會產(chǎn)生做功的效果。例如，將一顆小球固定在一個繩子上，將繩子的另一端固定在天花板上，隨后讓小球在固定的高度上進(jìn)行釋放，小球在運(yùn)動過程中會受到自身重力的影響，也會受到繩子的拉力，該方向會和小球運(yùn)動的方向垂直相切，也就是說該繩子的拉力不會產(chǎn)生對小球做功的效果。雖然物體會在運(yùn)動中受到各種各樣的外力，但是這種情況下機(jī)械能也是可以守恒的，其基礎(chǔ)就是各種外力做功產(chǎn)生的代數(shù)和為零，簡言之可以當(dāng)成發(fā)揮做功的只有重力，因此機(jī)械能可以讓能量守恒得到合理的解釋。

綜上所述，機(jī)械能在高中物理中的適用范圍除了以上舉例的兩個方面，也會在其他的知識點(diǎn)中有所體現(xiàn)。我們在使用機(jī)械能的知識解決物理相關(guān)的問題時，首先應(yīng)當(dāng)對題目進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，將機(jī)械能包含的對應(yīng)公式和概念了解透徹，依據(jù)不同的題境，靈活運(yùn)用。在高中物理的學(xué)習(xí)中，在不斷充實(shí)自身物理知識的前提下，掌握機(jī)械能在高中物理學(xué)習(xí)中所有的適用形式，為提高學(xué)習(xí)成績和學(xué)習(xí)質(zhì)量打下良好的基礎(chǔ)。

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？誗編輯 魯翠紅