淺析機(jī)械能在高中物理學(xué)習(xí)中的適用范圍

程志凌

（湖北省武漢市第十一中學(xué)，湖北 武漢）

機(jī)械能的概念開始出現(xiàn)在高中一年級(jí)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(gè)特案，也是讓高中生對(duì)物理產(chǎn)生興趣的良好開端。

相對(duì)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(shì)能、動(dòng)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(shí)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(shí)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(duì)新的知識(shí)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(shí)，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(jiǎn)答題都有可能會(huì)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(dòng)能定理之間的關(guān)系

動(dòng)能，從字面上的理解即為物體運(yùn)動(dòng)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(dòng)能定理，即外力對(duì)物體所做功的代數(shù)和等于物體動(dòng)能的增量，這也是中學(xué)生在接觸動(dòng)能定律時(shí)需要著重理解的概念，老師也會(huì)在涉及動(dòng)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(duì)于運(yùn)用動(dòng)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(dòng)能定理解答關(guān)于機(jī)械能的試題，套用該公式的時(shí)候只需要考慮到三個(gè)量，即運(yùn)動(dòng)過程中物體做出的總功W，還有該物體的初動(dòng)能以及末動(dòng)能，不再需要對(duì)物理在運(yùn)動(dòng)過程中發(fā)生的狀態(tài)情況進(jìn)行更加具體的模擬。按動(dòng)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(shí)候應(yīng)當(dāng)對(duì)單個(gè)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(huì)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(huì)影響到解題答案的，在解答這樣的問題時(shí)，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(jiǎn)單和便捷。例如，一個(gè)物體的質(zhì)量m為葬kg，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(dòng)，當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)到斜面中點(diǎn)的時(shí)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=葬m/s2，求拉力F的大小。在分析這個(gè)問題的時(shí)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(shí)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(dòng)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(shí)，我們分析試題的時(shí)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(shí)候才能做功，而且該物體會(huì)在做功的過程中發(fā)生動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)變，但是總的能量也就是機(jī)械能是不會(huì)產(chǎn)生任何變化的，簡(jiǎn)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(duì)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(huì)產(chǎn)生做功的效果。例如，將一顆小球固定在一個(gè)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(dòng)過程中會(huì)受到自身重力的影響，也會(huì)受到繩子的拉力，該方向會(huì)和小球運(yùn)動(dòng)的方向垂直相切，也就是說該繩子的拉力不會(huì)產(chǎn)生對(duì)小球做功的效果。雖然物體會(huì)在運(yùn)動(dòng)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(jiǎn)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(gè)方面，也會(huì)在其他的知識(shí)點(diǎn)中有所體現(xiàn)。我們?cè)谑褂脵C(jī)械能的知識(shí)解決物理相關(guān)的問題時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)對(duì)題目進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，將機(jī)械能包含的對(duì)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(shí)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(jī)和學(xué)習(xí)質(zhì)量打下良好的基礎(chǔ)。