高中物理中機(jī)械能守恒定律問題的解題策略探討

董奇烜

摘 要：在高中學(xué)習(xí)過程中，機(jī)械能守恒定律問題一直是我們學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，主要是由于其涉及了力學(xué)和能量學(xué)兩方面知識，在解題過程中常常會應(yīng)用到這一概念。但是，有些學(xué)生對其掌握的程度并不好，無法利用其進(jìn)行解題。因此，在學(xué)習(xí)高中物理機(jī)械能守恒定律時(shí)，我們要善于總結(jié)相關(guān)知識點(diǎn)，靈活的應(yīng)用到解題中。不僅要遵循基本的解題思路，也要掌握有效的解題策略。

關(guān)鍵詞：高中物理；機(jī)械能守恒定律；解決策略

中圖分類號：G63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-9132（2018）09-0097-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2018.09.060

一、 高中物理中機(jī)械能守恒定律問題的解題關(guān)鍵點(diǎn)

第一，要對機(jī)械能守恒定律的基本條件進(jìn)行分析。在機(jī)械能守恒定律研究過程中，其本身就是指兩個(gè)系統(tǒng)或者是兩個(gè)以上系統(tǒng)之間的相互作用。在機(jī)械能中，我們高中常用的就是動能和勢能，后者涉及重力勢能和彈性勢能。只有從根本上了解機(jī)械能守恒定律的“系統(tǒng)”性，才能建立有效的物理關(guān)系結(jié)構(gòu)。

第二，要對機(jī)械能守恒定律的限制條件進(jìn)行分析。“守恒”是總和保持不變，也就是系統(tǒng)中總的勢能和總的動能之和恒定，從而借助功和能的角度展開題目分析。一方面，若是從系統(tǒng)做功的層面進(jìn)行分析，系統(tǒng)內(nèi)只有重力和彈力做功，且沒有外力做功，就能判定系統(tǒng)內(nèi)部形成的做功和為0，系統(tǒng)的機(jī)械能恒定。另一方面，若是從系統(tǒng)能量變化的角度分析，則系統(tǒng)只有動能和勢能之間的轉(zhuǎn)化，沒有其他能量參與，且系統(tǒng)沒有發(fā)生任何的能量交換過程，能夠保證整個(gè)系統(tǒng)機(jī)械能恒定。

第三，要對機(jī)械能守恒定律的基礎(chǔ)性公式含義進(jìn)行分析。在機(jī)械能守恒定律題目解答過程中，要了解公式的含義。1.初始機(jī)械能為E1、最終機(jī)械能為E2，只要系統(tǒng)滿足機(jī)械能守恒定律，則E1恒等于E2，也就是Ek1+Ep1=Ep2+Ek2。2.只要系統(tǒng)滿足機(jī)械能守恒定律，動能的變化量和勢能的變化量相等，此消彼長。

第四，要對機(jī)械能守恒定律的零勢面進(jìn)行有效選取，機(jī)械能守恒定律中，零勢面判定十分關(guān)鍵，不同的選擇會影響題目的解題難度，研究一個(gè)系統(tǒng)就要設(shè)定同一個(gè)零勢面，這樣才能形成統(tǒng)一的對比。需要注意的是，在零勢面選取符合條件的基礎(chǔ)上，要選取最低點(diǎn)作為零勢面[1]。

第五，要對機(jī)械能守恒定律的初始狀態(tài)和最終狀態(tài)進(jìn)行分析，在機(jī)械能守恒定律的學(xué)習(xí)和應(yīng)用過程中，我們要謹(jǐn)記其表述的是最終結(jié)果，只考慮始末運(yùn)動狀態(tài)，對兩者的機(jī)械能總和予以分析，列出等式即可。在機(jī)械能守恒定律的題目解答時(shí)，并不會涉及時(shí)間、加速度等過程物理量，因此，能簡化很多答題步驟。

二、 高中物理中機(jī)械能守恒定律問題的解題策略

為了更好地學(xué)習(xí)高中機(jī)械能守恒定律，在這里分享幾個(gè)我總結(jié)的解題策略，希望有所幫助。

（一） 單個(gè)物體機(jī)械能守恒定律的解題策略

在高考題目中，涉及的主要題型分為以下幾類：

第一類：光滑圓弧。這種題目中，物體的運(yùn)動路線為拋物線，上拋（豎直、傾斜）、下拋（豎直、傾斜）、平拋等是主要的運(yùn)動路徑，要對空氣阻力忽略不計(jì)，物體在運(yùn)動過程中只是受到重力，建立重力勢能和動能的轉(zhuǎn)化關(guān)系。

例題：從高度為h的位置斜向上拋出物體m，初速度為v0，見圖一，求解球落地后的速度。

例題解析：利用機(jī)械能守恒定律解題，將地面設(shè)定為零勢面，建立機(jī)械能恒等式mgh+■mv■■=■mv■■，則能化簡等式得出v1=■。

第二類：光滑斜面。這種題目較為常見，一般將摩擦阻力忽略不計(jì)，物體在運(yùn)動過程中，會受到重力和斜面物體產(chǎn)生的支持力，由于支持力和運(yùn)動方向垂直，并不會對物體做功[2]。因此，在只有重力做功的情況下，整個(gè)物體的機(jī)械能守恒。

例題：物體m以v0的速度向斜面運(yùn)動，見圖二，求最遠(yuǎn)距離。 例題解析：結(jié)合題目對相關(guān)條件進(jìn)行分析，物體運(yùn)動過程中受到了重力和斜面支持力（摩擦力忽略不計(jì)），且支持力不做功，就只有重力做功，因此，勢能和動能之間形成轉(zhuǎn)化關(guān)系，選取地面為零勢面，列出等式■mv■■=mgh=mgs·sin？茲，則能得出距離s為s=■。

通過題目能總結(jié)出，在解答機(jī)械能守恒定律相關(guān)題目時(shí)，首先要對其進(jìn)行受力分析，判定基本條件是否滿足，然后有效選取零勢面，利用恒等式進(jìn)行求解，效率較高。

（二） 輕繩連體結(jié)構(gòu)機(jī)械能守恒定律的解題策略

這種題目也較為常見，利用動滑輪連接兩個(gè)物體，除了動力在做功外，還出現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)部機(jī)械能相互作用后，等量的能量交換過程。但由于沒有其他形式的能量參與機(jī)械能轉(zhuǎn)化，因此，系統(tǒng)和外界不存在能量變化問題，依舊將系統(tǒng)按照機(jī)械能守恒系統(tǒng)進(jìn)行分析[3]。

例題：物體質(zhì)量為M和物體質(zhì)量為m的兩個(gè)物體被細(xì)繩相連，在傾角固定的光滑斜面上運(yùn)行，兩個(gè)物體初始靜止，質(zhì)量為m的物體距離地面為h，試問其落地速度為多少，見圖三。

例題解析：在整個(gè)系統(tǒng)中，對其進(jìn)行受力分析，質(zhì)量為M的物體受力分別為重力Mg、支持力N、滑輪對細(xì)繩的作用力F，質(zhì)量為m的物體受力分別為重力mg、滑輪對細(xì)繩的作用力F，由于重力做功對系統(tǒng)機(jī)械能不會產(chǎn)生影響，支持力垂直斜面不做功，因此，滿足機(jī)械能守恒定律的要求，利用mgh=Mghsin？茲+■M？淄2+■m？淄2得出最終答案？淄=■。因此，在這類題目解答過程中，要確保能對受力情況進(jìn)行有效且全面的分析，集中處理做功的力，然后列出等式，確保有效判斷相關(guān)數(shù)據(jù)[4]。

參考文獻(xiàn)：

[1] 宋敬東.高中物理中機(jī)械能守恒定律問題的解題策略探究[J].中學(xué)物理，2014（9）：80.

[2] 余澤群.機(jī)械能守恒定律中的典型模型例析[J].中學(xué)物理（高中版），2016（6）：95.

[3] 黃茂津.分層教學(xué)法在高中物理機(jī)械能守恒定律教學(xué)中的應(yīng)用[J].中學(xué)理科園地，2017（1）：16.

[4] 陳銀.高中物理機(jī)械能守恒定律教學(xué)中分層教學(xué)法的應(yīng)用[J].都市家教月刊，2016（10）：180.