中學物理守恒定律及其應用分析

彭心淵

摘要 根據我國教育部門頒布的《高考物理學科說明》中，在眾多物理學科知識中，守恒定律是涉及范圍最廣，分數最高的一項定律，其中包含動量守恒定律、電能守恒定律等等。在應用這些守恒定律解題過程中，不僅僅是簡單地將不同守恒定律內容記下來，還需要能夠認識到不同守恒定律之間的關聯，這樣才能夠讓我們有效應用到物理習題中，并且在解決難題中靈活應用各種守恒定律，提高學習成績。本文就對于中學物理守恒定律及其應用進行分析，希望能夠提高對于不同守恒定律的認識，進而做到靈活應用。

關鍵詞 中學物理；守恒定律；應用

中圖分類號 04 文獻標識碼 A 文章編號2095—6363（2016）12—0013—01

在物理學科中守恒可以將其理解為在某一個物理量滿足有關條件的情況下，該物理量在物理變化過程中一直保持不變。守恒定律在中學物理學習中的重要理論知識，在解答物理題過程中如果能夠靈活使用守恒定律，就能夠有效降低物理題的難度，不將系統內的其他作用因素考慮在內，簡化物理題。中學物理教材中的守恒定位主要在力學、電磁學、能量、動量等方面涉及。在解答一道物理題的過程中，有時候僅僅需要使用一種守恒定律就可以，還有的時候需要使用多種守恒定律才可以。這就需要提高對于守恒定律的認識，進而在解題時能夠做到靈活應用，提高物理學習質量。

1守恒定律在力學中的應用

守恒定律在力學方面的應用主要表現在動量守恒及機械能守恒方面，其中還包括彈性碰撞上面的動能守恒及摩擦力作用過程中的能量守恒。本文在對于守恒定律在力學中的應用用具體的例題形式來加以說明。

例1：題目：如圖1所示，小車質量M=0.4kg，并且小車開始是靜止在光滑的水平地面上，小車上面擁有兩端軌道，首先就是弧形軌道AB，其次就是粗糙的水平軌道BC，假設粗糙軌道的滑動摩擦為0.20，現在一個質量為2.0kg的物體從小車的最高點開始滑落，恰好到小車的C點靜止。如果小車高度h₁為2m，h₂為1m，g=10m/s²。那么請問：1）物體在滑落到c點靜止的時候，小車行駛速度為多少？2）小車Bc軌道長度為多少？

解：1）物體在從A點到C點滑落的過程中，在水平方向上并沒有收到任何外力影響，因此物體在水平方面上符合動量守恒定律，假設物體在滑落到C點的時候，M、m分別對于地面所具有的速度為v₁、v₂，并且正方向為向左，這樣就能夠得到方程式：0 mv₂+Mv₁

將v₂=0的結果帶入上述方程式中，就能夠得到v₁也等于零，也就是說小車相對于地面一直是靜止不動的。

2）物體在從A向C滑動過程中，整個系統減少的機械能為mgh₁，消耗的機械能全部都轉化為了整個系統的內能，由于摩擦力在整個系統內做功，根據能量守恒定律可以得出以下方程式：mg=μmgBC

進而解的BC=h/μ=2.0/0.5=4（m）

分析：例1中的整個系統雖然沒有受到任何外力的影響，進而小車與物體所構成的整個系統就沒有任何功率的產生，但是系統內部所產生的機械能轉變成為了系統的內能，進而該系統并不符合機械能守恒定律。

2守恒定律在電磁學中的應用

在靜電場有關問題上應用電量守恒及庫倫定律，能夠有效解決題目之間在電荷轉移及庫侖力變化上的問題，正常情況下與電容器有關的問題也可以使用電量守恒進行分析。同時動量守恒及能量守恒在解決電磁學問題中也十分常見，本文就對于守恒定律在電磁學中的應用，還是使用例題的形式分析。

例2：題目：假設一個質量為m并且帶有電荷-q的物質在水平方向上進行運行，水平方向的一段。與墻連接，物體以初速度v向o點運動，摩擦力為f，并且f

解：因為題目中說明了f

分析：本題可以多個角度分析解答，但是最為簡單的解答方式還是使用能量轉化及守恒定律分析。

3守恒定律在能量守恒中的應用

對于守恒定律在能量方面的應用，使用列舉具體案例的方式分析。

例3：題目：假設質量為M的火車正常以勻速的方式在軌道上行駛，火車所受到的阻力是火車自身重量的n倍，同時火車所受到的阻力與火車行駛速度并沒有任何關系，但火車在行駛到某一個時刻的時候，質量為m的車廂突然脫離了火車，并且火車的牽引力并沒有受到任何的影響，向前行駛了1m，火車司機在發現這個問題之后立即關閉了發動機，火車并且停止運動，請問：火車及車廂都停止后，二者之間的距離為多少？

解：火車司機如果是在車廂脫離的時候立即就關閉了發動機，那么火車及車廂就會以相同的速度向前行駛，之間的距離為零，主要原因是由于火車及車廂的初始速度及加速度相同。但火車是在行駛了1m之后發現的，在這個過程中，牽引力對于火車進行了一部分功，方程式為：W=F1=nMgl，這部分功也就是火車多行駛出來的距離S。

分析：例2中，如果使用牛頓第二定律和運動學知識對于本題進行解答，整個解題過程就將十分復雜，要是使用守恒定律分析就十分簡單，但是對于掌握守恒定律的要求較高。

4守恒定律在動量中的應用

守恒定律在棟梁中的應用需要具有一定條件，首先就是整個系統在實際運行中并不受到任何外力的影響，這個條件是最容易理解的。但是在遇到有關問題的時候，往往會復雜化思考，甚至會想到與功是否有關系。在能量中應用守恒定律的步驟為：1）明確研究對象；2）研究對象的受力分析，分析研究對象時候能夠應用守恒定律；3）明確參考物及研究對象狀態；4）使用守恒定律解題。守恒定律在動量中應用對于研究對象運動方向十分關注，要是沒有明確規定正反方向的時候，題目中的字母僅僅表示大小。

5結論

綜上所述，守恒定律中學物理知識中涉及的范圍十分廣泛，可以說貫穿了整個中學物理學科。在應用守恒定律過程中，首先應該對于物理題目中的條件及物體運動過程全面分析，判斷哪些物理量是守恒的，這就需要真正掌握守恒定律在實際應用中所需要具備的條件，進而明確物體的狀態，正確應用守恒定律。