探討機(jī)械能在高中物理學(xué)習(xí)中的適用范圍

劉豐睿

摘 要：高中階段物理學(xué)習(xí)知識(shí)內(nèi)容涵蓋面廣，涉及到大量的復(fù)雜理論知識(shí)，需要形成清晰的解題思想，善于靈活運(yùn)用所學(xué)習(xí)的物理知識(shí)點(diǎn)。才能不斷提升物理綜合素質(zhì)水平，文章重點(diǎn)探討高中物理學(xué)習(xí)中機(jī)械能學(xué)習(xí)的有效方法，分別從研究對(duì)象分析以及物理表達(dá)運(yùn)用兩方面進(jìn)行。在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)探討機(jī)械能在高中物理學(xué)習(xí)中的適用范圍，并列舉不同機(jī)械能概念應(yīng)用中的重點(diǎn)，幫助形成高中物理學(xué)習(xí)的有效方法[1]。

關(guān)鍵詞：機(jī)械能;高中物理;物理學(xué)習(xí)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）09-0226-02

1 高中物理學(xué)習(xí)中機(jī)械能的學(xué)習(xí)方法

1.1 掌握物理研究對(duì)象的合理性

高中物理學(xué)習(xí)中，機(jī)械能學(xué)習(xí)首先需要掌握物理研究對(duì)象的合理性，機(jī)械能所包括的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)比較多樣化。既包括在系統(tǒng)內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)換，更需要讓物體形成完善的解決方法以及清晰的解決思路。在學(xué)習(xí)物理機(jī)械能期間，學(xué)生需要對(duì)每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，形成清晰的認(rèn)識(shí)，并了解所研究對(duì)象的合理性，能夠通過(guò)代表性的物理知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行機(jī)械能方面的延伸，充分了解物體原有的合理性，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)概念以及規(guī)律的深入理解，將所學(xué)習(xí)了解到的知識(shí)與概念應(yīng)用到其它問(wèn)題解決中。無(wú)論是運(yùn)行狀態(tài)，還是內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換，在研究過(guò)程中，首先需要對(duì)其進(jìn)行精準(zhǔn)的劃分，能夠了解物體研究開(kāi)展的方向，并認(rèn)知在相關(guān)范圍內(nèi)物體研究的合理性，從而進(jìn)行更為深入的規(guī)律論述表達(dá)。對(duì)于物理學(xué)習(xí)過(guò)程中的機(jī)械能守恒定律，以及運(yùn)行狀態(tài)的判斷，能夠從機(jī)械能學(xué)習(xí)過(guò)程中的概念與規(guī)律層面進(jìn)行初步劃分，在此基礎(chǔ)上，可以進(jìn)入到更為深入的學(xué)習(xí)狀態(tài)中，對(duì)問(wèn)題的研究也能更加清晰準(zhǔn)確。

1.2 掌握與機(jī)械能相關(guān)的物理表達(dá)

機(jī)械能相關(guān)的物理表達(dá)學(xué)習(xí)中，學(xué)生在此階段，需要掌握的主要內(nèi)容是物理規(guī)律以及定義，在遇到與機(jī)械能相關(guān)的問(wèn)題時(shí)，第一時(shí)間聯(lián)想到相關(guān)的物理表達(dá)式。學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械能，首先需要掌握全面的物理表達(dá)公式，并通過(guò)物理表達(dá)公式與機(jī)械能之間的相互整合，充分學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識(shí)，機(jī)械能相關(guān)問(wèn)題解答。物理表達(dá)式是不可缺少的技術(shù)，物理表達(dá)式學(xué)習(xí)難度相對(duì)較大。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，如果不能與實(shí)際的機(jī)械能實(shí)驗(yàn)相聯(lián)系，很容易出現(xiàn)記憶混亂，運(yùn)用機(jī)械能解決高中物理學(xué)習(xí)中的相關(guān)問(wèn)題，掌握理論公式后才能進(jìn)入到實(shí)踐問(wèn)題解答階段，對(duì)于學(xué)習(xí)期間物理表達(dá)式的靈活運(yùn)用。還應(yīng)該從機(jī)械能理論規(guī)律劃分層面進(jìn)行，學(xué)生遇到問(wèn)題后能夠第一時(shí)間將其歸納到相關(guān)的定義以及規(guī)律中，在此基礎(chǔ)上也能夠聯(lián)想到相關(guān)的物理表達(dá)公式，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行解析，對(duì)問(wèn)題所描繪的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析。

掌握機(jī)械能在高中物理中的基本學(xué)習(xí)方法后，將其應(yīng)用在不同物理知識(shí)問(wèn)題解答中，還應(yīng)該結(jié)合知識(shí)點(diǎn)特征。進(jìn)行專業(yè)分析，不僅要通過(guò)機(jī)械能理論以及公式解決物理知識(shí)問(wèn)題，同時(shí)，在高中階段的物理學(xué)習(xí)中，更應(yīng)該善于應(yīng)用機(jī)械能定律，對(duì)所學(xué)習(xí)的相關(guān)物理知識(shí)點(diǎn)深層次掌握。

2 機(jī)械能在高中物理學(xué)習(xí)中的適用范圍

機(jī)械能在高中物理中的應(yīng)用不僅是解決功和能的問(wèn)題，還為電磁學(xué)和熱學(xué)等提供了重要的依據(jù)。有時(shí)候我們碰到一些力學(xué)問(wèn)題，首先就會(huì)想到用牛頓定律解題，但是在實(shí)際的解題過(guò)程中，很多問(wèn)題是牛頓定律不能解決的，這時(shí)就可以利用機(jī)械能進(jìn)行解答。機(jī)械能在物理選擇題、填空題和解答題中幾乎都會(huì)出現(xiàn)，并且通常在解答題中是以壓軸的方式出現(xiàn)，因此，明確機(jī)械能在高中物理學(xué)習(xí)中的適用范圍對(duì)提升我們的物理學(xué)習(xí)能力來(lái)說(shuō)具有非常重要的作用。

2.1 動(dòng)能定理

動(dòng)能定理學(xué)習(xí)在高中物理中占有的比例十分大。動(dòng)能定理學(xué)習(xí)中主要包括外力對(duì)物體所做的功，以及外力作用下所產(chǎn)生的功與物體動(dòng)能之間的增量關(guān)系。在高中物理學(xué)習(xí)初級(jí)階段，需要掌握并熟練應(yīng)用動(dòng)能定理：W總=1/2mv22 -1/2mv12。學(xué)習(xí)的最初理論階段，需要對(duì)動(dòng)能定理的表達(dá)公式進(jìn)行理解，動(dòng)能定理學(xué)習(xí)運(yùn)用過(guò)程學(xué)生通常只需要對(duì)機(jī)械能做功的問(wèn)題來(lái)解決。動(dòng)能定理學(xué)習(xí)中對(duì)于整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的總功率計(jì)算，需要結(jié)合物體運(yùn)動(dòng)的初動(dòng)能以及物體自身重量來(lái)進(jìn)行考慮，并對(duì)物體的末動(dòng)能進(jìn)行計(jì)算，并不需要考慮物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度的變化?？梢詫⑵淅斫鉃檠芯课矬w運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的做功以及受力變化，機(jī)械能在動(dòng)能定理中應(yīng)用，需要對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的單個(gè)狀態(tài)進(jìn)行分析，如果物體移動(dòng)過(guò)程是勻速的，并不會(huì)涉及到加速度。在此類問(wèn)題解答過(guò)程中，應(yīng)該優(yōu)先使用動(dòng)能定理。如果不是涉及到加速度，不需要使用牛頓第二定律，將在解答過(guò)程中也會(huì)更加地簡(jiǎn)單便捷。例如，在解題過(guò)程中涉及到平面斜坡運(yùn)動(dòng)，假設(shè)物塊的重量m為1kg，在平行于斜面的拉力F作用下，N物塊沿著斜面向上運(yùn)動(dòng)。物體與斜面之間會(huì)產(chǎn)生摩擦力，將摩擦因數(shù)設(shè)為0.1，物塊運(yùn)動(dòng)至斜面的中間點(diǎn)時(shí)，去掉F力，物塊剛好可以運(yùn)動(dòng)到斜面的頂端停止，斜面傾斜角度為30°，g=1m/s2，求拉力F。

在解答這個(gè)問(wèn)題時(shí)，首先需要對(duì)物體的受力情況進(jìn)行分析，對(duì)物塊受力的不同方向進(jìn)行標(biāo)記，根據(jù)摩擦力大小與傾斜角度計(jì)算出斜面的支撐力，如圖1所示。在此基礎(chǔ)上，設(shè)定去掉拉力F時(shí)，其他力不變的情況下，傾斜面的長(zhǎng)度為S，根據(jù)動(dòng)能定理求出物體從斜面底端運(yùn)動(dòng)到頂端時(shí)的能量關(guān)系，構(gòu)建動(dòng)能公式，最終可以求出拉力F的大小。

2.2 機(jī)械能守恒

機(jī)械能守恒主要研究運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的做功以及耗能相關(guān)問(wèn)題，在對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行解答時(shí)，首先需要判斷是否符合機(jī)械能守恒定律，機(jī)械能守恒表示物體在重力或者彈力作用下所做的功，在做功過(guò)程中，物體的動(dòng)能與勢(shì)能都會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)換。但即使在做功過(guò)程中，機(jī)械能與勢(shì)能之間相互轉(zhuǎn)換，最終的機(jī)械能卻是守恒不變的。在運(yùn)用相關(guān)定律解決物理知識(shí)問(wèn)題時(shí)，需要清晰掌握機(jī)械能守恒定律，以及達(dá)到機(jī)械能守恒狀態(tài)的相應(yīng)條件。只有重力與彈力作用下產(chǎn)生的能量，才符合機(jī)械能守恒定律。如果在物體運(yùn)動(dòng)做功狀態(tài)中其他力也參與并提供了外力影響到最終的動(dòng)能，并不符合這一定律，解決此類問(wèn)題時(shí)還需要結(jié)合其他公式進(jìn)行詳細(xì)分析。比如，將繩子的一端系在天花板上，另一端固定小球，繩子繃直后將小球從一定的高度拋出。此時(shí)小球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，受自身重力與繩子提供的拉力共同作用，小球由高至低，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終保持著機(jī)械能守恒，此時(shí)拉力并不會(huì)對(duì)小球做功[2]。物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受其他外力影響，并且外力同樣做功，此時(shí)也并不能完全排除機(jī)械能可以守恒，但前提是外力做功的合力為零，物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中既能表現(xiàn)出重力做功，便能夠達(dá)到機(jī)械能守恒。高中物理知識(shí)學(xué)習(xí)階段，機(jī)械能適合應(yīng)用在機(jī)械能守恒定律中，學(xué)生在對(duì)機(jī)械能守恒定律進(jìn)行分析時(shí)，也能進(jìn)一步全面概括了解當(dāng)前的機(jī)械能運(yùn)動(dòng)發(fā)展?fàn)顩r[3]。并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行更為深入的研究，形成機(jī)械能守恒與相關(guān)物理知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)性，在機(jī)械能守恒前提下，也能對(duì)不同作用力的作用方向，做出更詳細(xì)精準(zhǔn)的判斷。

2.3 其他應(yīng)用

機(jī)械能在高中階段的物理學(xué)習(xí)中十分重要，不僅在動(dòng)能定理，機(jī)械能守恒中應(yīng)用廣泛，同時(shí)也涉及到高中物理學(xué)習(xí)的其他知識(shí)內(nèi)容。例如在高中物理學(xué)習(xí)階段的功率關(guān)系，機(jī)動(dòng)車(chē)啟動(dòng)原理等方面，都涉及到機(jī)械能的不同知識(shí)點(diǎn)。在學(xué)習(xí)高中物理知識(shí)的同時(shí)，學(xué)生還需要將機(jī)械能相關(guān)理論知識(shí)應(yīng)用在生活中的物理問(wèn)題解答中，能夠善于從機(jī)械能相關(guān)概念以及定律的角度。對(duì)所遇到的問(wèn)題進(jìn)行分析解決，這樣才能更精準(zhǔn)地掌握機(jī)械能應(yīng)用方法，對(duì)于機(jī)械能的相關(guān)知識(shí)內(nèi)容也能做出更深入的理解，更需要將機(jī)械能中的不同定律進(jìn)行區(qū)分。例如，動(dòng)能定理與機(jī)械能守恒之間的區(qū)分，如果在相關(guān)問(wèn)題解答中，對(duì)問(wèn)題的歸屬內(nèi)容判斷錯(cuò)誤，接下來(lái)，問(wèn)題分析中應(yīng)用的公式以及定律也會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，最終影響到解題效果。對(duì)機(jī)械能進(jìn)行分層次學(xué)習(xí)，體現(xiàn)出機(jī)械能在高中物理問(wèn)題解答中的不同作用，對(duì)學(xué)生養(yǎng)成物理知識(shí)解答習(xí)慣也有很大幫助。我們?cè)趯W(xué)習(xí)機(jī)械能相關(guān)知識(shí)的過(guò)程中，需要對(duì)不同的概念進(jìn)行理解，并且熟練運(yùn)用計(jì)算公式，因?yàn)闄C(jī)械能知識(shí)點(diǎn)考察的不僅是對(duì)概念的理解，還包括物體在不同的做功條件下適用的計(jì)算公式。在運(yùn)用機(jī)械能解答高中物理相關(guān)題型的時(shí)候，要對(duì)題目進(jìn)行完整的分析，通過(guò)其涉及到的內(nèi)容使用正確的機(jī)械能概念和運(yùn)算公式，要懂得將不同的機(jī)械能運(yùn)用方式區(qū)別開(kāi)來(lái)，并能夠靈活運(yùn)用[4]。

高中階段的物理知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，在遇到問(wèn)題后，首先對(duì)所應(yīng)用的公式、定律進(jìn)行判斷，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)問(wèn)題的條件分析，才能夠形成完善的解題思路。同時(shí)，更應(yīng)善于對(duì)物理問(wèn)題中的隱藏條件進(jìn)行分析，通過(guò)隱藏條件來(lái)補(bǔ)充物理解題過(guò)程中的定律應(yīng)用，也能形成物理解題過(guò)程中的正確思想。高中階段所學(xué)習(xí)的機(jī)械能相關(guān)物理知識(shí)點(diǎn)，在日常生活問(wèn)題解決中也十分適用，學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)，不僅以提升成績(jī)?yōu)槟繕?biāo)，更應(yīng)該養(yǎng)成科學(xué)的問(wèn)題解決習(xí)慣。在日常生活學(xué)習(xí)中，也能善于通過(guò)機(jī)械能發(fā)現(xiàn)身邊的問(wèn)題，并通過(guò)機(jī)械能來(lái)創(chuàng)新解題思想，全面提升高中生綜合素質(zhì)水平，進(jìn)入到更為高效的學(xué)習(xí)狀態(tài)中。機(jī)械能在高中物理學(xué)習(xí)過(guò)程中的適用范圍是非常廣的，在學(xué)習(xí)和運(yùn)用過(guò)程中，需要明確不同的機(jī)械能概念，針對(duì)具體的物理題進(jìn)行具體分析，在學(xué)習(xí)過(guò)程中可以和同學(xué)一起討論，增強(qiáng)自己對(duì)相關(guān)知識(shí)的掌握程度，從而提升自身的學(xué)習(xí)質(zhì)量。

3 結(jié)語(yǔ)

高中階段物理知識(shí)學(xué)習(xí)，機(jī)械能是重中之重，在學(xué)習(xí)過(guò)程中，既要掌握切實(shí)有效的學(xué)習(xí)方法。同時(shí)學(xué)生也應(yīng)該明確自身的學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)方向，能夠從個(gè)人技能提升的角度嚴(yán)格要求自己，在物理學(xué)習(xí)中發(fā)揮機(jī)械能相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的更大作用。同時(shí)也能在學(xué)習(xí)過(guò)程中不斷強(qiáng)化理論能力，高效運(yùn)用當(dāng)前的各類學(xué)習(xí)方法，解決物理學(xué)習(xí)以及日常生活中所遇到的問(wèn)題。在機(jī)械能學(xué)習(xí)過(guò)程中，教師應(yīng)該善于運(yùn)用創(chuàng)新教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立思考、獨(dú)立解決問(wèn)題，建立起不同知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)性，使學(xué)生在物理問(wèn)題解答時(shí)能夠形成整體思想[5]。不斷強(qiáng)化物理能力水平，對(duì)機(jī)械能作出更深層次的了解，才能進(jìn)入到更為理想的綜合素質(zhì)提升狀態(tài)中，為學(xué)生學(xué)習(xí)能力提升，創(chuàng)造切實(shí)有效的教學(xué)環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

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