關(guān)于機(jī)械能守恒定律的“五性”的理解

摘 要從基本特征來講，機(jī)械能守恒定律包含了如下特性：物體如果僅受到彈力或者自身重力，那么在做功的狀態(tài)下，物體本身的勢(shì)能以及動(dòng)能將會(huì)呈現(xiàn)彼此轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)。然而從整體的視角看，機(jī)械能將會(huì)始終維持恒定。經(jīng)過分析可知，上述定律包含了五種基本特性。同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)物理時(shí)，應(yīng)當(dāng)密切關(guān)注上述定律中的“五性”，因地制宜給出與之有關(guān)的習(xí)題解答。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械能守恒定律；“五性”；具體分析

在物理學(xué)科中，機(jī)械能守恒定律應(yīng)當(dāng)構(gòu)成其中的核心與關(guān)鍵。從目前的現(xiàn)狀來看，物理學(xué)科的較多習(xí)題也都涉及到上述的根本定律。因此可見，同學(xué)們針對(duì)機(jī)械能守恒這個(gè)關(guān)鍵性的物理定律應(yīng)當(dāng)予以透徹掌握，在透徹解析的前提下才能將其適用于多樣化的題目解答。分析定律中的五種特性，有助于同學(xué)們深入題目主旨，簡(jiǎn)化解題流程并且縮短了解答題目耗費(fèi)的時(shí)間。

1 定律的基本原理

從動(dòng)力學(xué)的視角看，機(jī)械能守恒定律本身構(gòu)成了力學(xué)中的根本性定律。依照上述定律，某個(gè)物體在特定時(shí)刻如果沒有受到來源于外界的任何做功，那么系統(tǒng)動(dòng)能以及系統(tǒng)勢(shì)能二者的總和就可以維持恒定。具體來講，只要沒有外界的做功，那么機(jī)械功的輸入就會(huì)相當(dāng)于零。在此狀態(tài)下，保守力對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是起到特定作用的。動(dòng)能以及勢(shì)能彼此之間產(chǎn)生了特定的轉(zhuǎn)化，然而整體上的能量總和應(yīng)當(dāng)始終維持在恒定狀態(tài)。

在物理學(xué)科中，同學(xué)們通常都會(huì)涉及到上述定律。對(duì)此如果予以簡(jiǎn)化，則可以將其歸納成如下內(nèi)涵：首先給出特定的勢(shì)場(chǎng)，假定某個(gè)運(yùn)動(dòng)中的質(zhì)點(diǎn)可以維持恒定的動(dòng)能以及勢(shì)能。因此可見，在題目給定的動(dòng)力場(chǎng)中，應(yīng)當(dāng)排除各類外力帶來的影響，物體勢(shì)能以及物體動(dòng)能之間的加和是恒定的。具體在解答題目時(shí)，針對(duì)外界各種類型的動(dòng)能改變都要予以排除，因此無法將其適用于任何類型的參考系。在排除能量損耗以及其他阻力的狀態(tài)下，僅僅受到自重的影響，滾擺等物體將會(huì)維持恒定性的某種重復(fù)運(yùn)動(dòng)。

2 關(guān)于“五性”的探究

2.1 “五性”涉及到的內(nèi)容

第一是相對(duì)性。機(jī)械能應(yīng)當(dāng)涉及到勢(shì)能以及動(dòng)能。具體在計(jì)算之前，先要選擇特定的參考系，也就是選取特定的參考平面并且將其作為零勢(shì)能的參照位置。由此可見，如果選擇了各異的零勢(shì)能平面或者參考系，那么與之相應(yīng)的運(yùn)算結(jié)論也將體現(xiàn)為差異性。

第二是系統(tǒng)性。從本質(zhì)來講，勢(shì)能本身就具備體系化的顯著特征。這是由于，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)為特定的勢(shì)能狀態(tài)。在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)，各類物體呈現(xiàn)特定的位置以及相互作用力，因而產(chǎn)生了上述的勢(shì)能。因此可見，只有保守力場(chǎng)才會(huì)涉及到系統(tǒng)性，其中典型為彈性勢(shì)能、分子勢(shì)能、重力勢(shì)能以及電勢(shì)能等。

第三是標(biāo)量性。從表達(dá)式的視角來看，機(jī)械能守恒定律在根本上應(yīng)當(dāng)屬于標(biāo)量式。也就是說，初期以及末期的機(jī)械能都應(yīng)當(dāng)表述為特定的負(fù)數(shù)或者正數(shù)值。在選取零勢(shì)能面的前提下，同學(xué)們應(yīng)當(dāng)明確：零勢(shì)能面至少應(yīng)當(dāng)超出重力勢(shì)能，而不論勢(shì)能本身的正負(fù)特征，同時(shí)也并不涉及到特定的方向，據(jù)此就能簡(jiǎn)化解答流程。

第四是守恒性。守恒性首先涉及到變化的守恒，然后涉及到不變的守恒。也就是說，維持恒定的是系統(tǒng)本身具備的機(jī)械能，而內(nèi)部勢(shì)能以及內(nèi)部動(dòng)能應(yīng)當(dāng)處在不停互換的狀態(tài)中。只有滿足上述要素，才能將其稱之為守恒性。

最后是條件性。條件性指的是唯有彈力做功或者物體自重的做功，而并不涉及到其他外力做功。針對(duì)特定的系統(tǒng)來講，應(yīng)當(dāng)可以排除其他外在性的做功，或者上述做功的加和為零。在某些狀況下，解答物理題還可能涉及到多個(gè)彈簧系統(tǒng)或者其他物理系統(tǒng)，對(duì)此也要致力于判斷條件，確保其符合條件性的根本要求。

2.2 探析典型例題

例如，題設(shè)給出了如下假定：在固定彈簧一側(cè)的狀態(tài)下，把小球掛在彈簧另外一側(cè)。從水平面開始，確保小球可以自由進(jìn)行下放。小球本身具有m的總質(zhì)量，圍繞O的懸掛點(diǎn)在不停擺動(dòng)。這種狀態(tài)下，要求同學(xué)們分析小球本身具備的能量守恒特性。

通過分析題設(shè)可知，小球一旦處于下擺的狀態(tài)，那么將會(huì)由此而產(chǎn)生特定比例的彈性勢(shì)能，彈性勢(shì)能應(yīng)當(dāng)來源于重力勢(shì)能，也就是小球本身的自重。實(shí)質(zhì)上，地球表面與小球二者并沒有構(gòu)成守恒性的機(jī)械能系統(tǒng)；然而如果再加上彈簧這個(gè)特殊物體，那么三者之間的能量就會(huì)達(dá)到平衡。在上述的題設(shè)中，各種類型物體都表現(xiàn)為彼此之間的相互作用，同時(shí)也伴有能量互換。具體在解答時(shí)，同學(xué)們還需密切結(jié)合題設(shè)來選擇參照系統(tǒng)。

經(jīng)過綜合分析可以得知，機(jī)械能守恒定律本身具備五種典型的特性，這五種特性之間具有密不可分的內(nèi)在聯(lián)系。從本質(zhì)來講，能量守恒本身包含了機(jī)械能的守恒。受到彈力做功或者重力做功的影響，整個(gè)系統(tǒng)將會(huì)表現(xiàn)為能量轉(zhuǎn)換的趨勢(shì)。在上述過程中，整體上的機(jī)械能應(yīng)當(dāng)是恒定的。因此在未來的解題練習(xí)中，同學(xué)們還需要不斷的摸索，靈活運(yùn)用上述定律的五種本質(zhì)特性來尋求解答。

參考文獻(xiàn)

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作者單位

湖南省長(zhǎng)沙市明德中學(xué) 湖南省長(zhǎng)沙市 410000