能量守恒定律在高中物理解題中的運用探討

【摘要】能量守恒定律是物理學中的普適規律之一，也是解決物理問題的重要工具.本文通過對具體實例的分析，探討能量守恒定律在高中物理解題中的運用方法和技巧.希望能引導學生靈活運用能量守恒定律簡化問題，提高解題效率.

【關鍵詞】高中物理；能量守恒定律；解題技巧

能量守恒定律是自然界普遍適用的基本定律之一，它表明能量在不同形式之間相互轉化時，總量保持不變.能量守恒定律的具體表現形式有：①初狀態的總能量等于末狀態的總能量；②某過程中增加的能量等于減小的能量.

1 解決工業生產中的實際問題

例1 風力發電已成為我國實現“雙碳”目標的重要途徑之一.風力發電機是一種將風能轉化為電能的裝置.某風力發電機在風速為9m/s時，輸出電功率為405kW，風速在5～10m/s范圍內，轉化效率可視為不變.該風機葉片旋轉一周掃過的面積為A，空氣密度為ρ，風場風速為v，并保持風正面吹向葉片.下列說法正確的是（" ）

（A）該風力發電機的輸出電功率與風速成正比.

（C）若每天平均有1.0×108kW的風能資源，則每天發電量為2.4×109kW·h.

（D）若風場每年有5000h風速在6～10m/s范圍內，則該發電機年發電量至少為6.0×105kW·h.

為不變，可知該風力發電機的輸出電功率與風速的三次方成正比，（A）（B）錯誤；

由于風力發電存在轉化效率，若每天平均有1.0×108kW的風能資源，則每天發電量應滿足Elt;1.0×108×24kW·h=2.4×109kW·h，（C）錯誤；

2 處理連接體問題

（1）未接觸彈簧前物塊A，B一起運動的加速度大?。?/p>

（2）彈簧被壓縮過程的最大形變量；

（3）物塊A返回O點過程中速度最大時彈簧彈性勢能為1.5J，求物塊A的最大速度.

解析 （1）以B為研究對象，根據牛頓第二定律有mBg－F=mBa，

以物塊A為研究對象，根據牛頓第二定律有：

F+f－mAgsinθ=mAa，

解得a=2.5m/s2.

（2）設彈簧最大壓縮量為xm，此時彈簧彈性勢能最大為Epm.由初始位置至物塊A運動到最低點過程中，選彈簧、物塊A、物塊B及輕繩組成的系統為研究對象，根據能量守恒有

根據已知條件，上式中的L=1m，物塊A從最低點返回到O點過程中，選彈簧、物塊A、物塊B及輕繩組成的系統為研究對象，根據能量守恒有

mAgxmsinθ+fxm=mBgxm+Epm，

代入數據解得彈簧最大壓縮量為xm=0.4m.

（3）設物塊A向上運動速度最大時彈簧的形變量為x1，輕繩拉力為F1，選A為研究對象，根據平衡條件有kx1+F1=f+mAgsinθ，

選B為研究對象，根據平衡條件有F1=mBg，

聯立解得x1=0.2m，

物塊A由速度最大位置返回到O點過程中，選物塊A，B、輕繩和彈簧組成的系統，根據能量守恒有

mAgx1sinθ+fx1

根據已知條件，式中Ep1=1.5J，

3 解決涉及傳送帶的能量問題

例3 如圖2所示，與水平面成θ＝30°夾角的傾斜傳送帶在電動機的帶動下保持v0＝2 m/s的速率順時針運行，現將一個質量為m＝10 kg的可視為質點的工件放置于傳送帶的底端，經t＝1.9s后，工件被運送到h＝1.5m的位置，重力加速度g取10 m/s2，下列選項正確的是（" ）

（A）工件加速運動的時間為1s.

（C）工件加速運動的過程中傳送帶運動的位移為2 m.

（D）電動機因傳送工件而多消耗的電能為150 J.

4 結語

能量守恒定律在高中物理解題中具有廣泛的應用.通過運用能量守恒定律，學生可以更深入地理解物理現象，提高解題能力.教師在教學中應引導學生掌握運用能量守恒定律解題的方法和技巧，培養學生的科學思維能力.

參考文獻：

[1]牛國光.能量守恒定律在高中物理解題中的應用[J].高中數理化，2018（24）：23-24.