高中物理解題教學中能量守恒定律的妙用

能量守恒是自然界中一個普遍存在的基本定律，指出能量不會憑空產(chǎn)生與消失，只會在形式上發(fā)生轉(zhuǎn)變，或者在物體之間發(fā)生轉(zhuǎn)移，而能量總量始終保持不變.在高中物理教學中，能量守恒是不可或缺的一部分內(nèi)容，也是高考中的一個高頻考點，廣泛適用于多個類型的物理試題.教師應指引學生根據(jù)題目內(nèi)容妙用能量守恒定律進行解題，使其將復雜化、抽象化的試題變得簡單化與具體化，從而降低題目的難度，最終讓他們遇到的難題迎刃而解.

1妙用能量守恒定律解決力學方面試題

例1一個物體正在以90J的動能沿著一個固定在地面上的斜面由下往上運動，該斜面同水平地面之間所成的夾角為 α ，當該物體運動至某個位置時，動能變小3OJ，機械能則變小10J，假如該物體和斜面之間的摩擦力始終保持不變，當以地面為0勢能點時，以下說法正確的有（ ）

（A）該物體回到斜面底部，其機械能為30J.（B）該物體運動到斜面的最高點，其機械能為OJ.（C）該物體由斜面最高處運動到最低處，在這一過程中重力做功為6OJ.（D）該物體沿著斜面由下到上，再回到底部，摩擦力一共做功30J.

分析 在這道題目中，提供的場景是一個比較常見的斜面，盡管難度一般，但是比較抽象，要用到不少基礎(chǔ)性的物理理論知識.結(jié)合能量守恒定律而言，物體的機械能之所以會減少，原因就在于受到摩擦力的影響，而且機械能減少量等于克服摩擦力做的功，該功還與物體在斜面之上的位移成正比例關(guān)系[1].

詳解 當動能變小30J，機械能變小10J，那么當該物體動能變小90J時，機械能為 ，故選項（A）正確；

當該物體運動到斜面的最高點，機械能為 90J- 30J=60J ，即物體的重力勢能為6OJ，也就是重力做功為6OJ，故選項（B）錯誤，選項（C）正確；

該物體沿著斜面由下到上，再回到底部，機械能

為 90J-30J-30J=30J ，并非一共做功30J，故選項

（D）錯誤.綜上，正確選項是（A）和（C）.

2妙用能量守恒定律解決拋體運動試題

例2將一個籃球當作質(zhì)點，在高度為 H 的位置沿水平方向拋出，籃球第1次落地后彈起的高度為 ，在忽略空氣阻力情況下，以下說法正確的是

（A）在整個運動中籃球的機械能守恒.（B）第1次落地時，籃球在豎直方向上的分速度為 ：（C）第2次反彈時，籃球能夠彈起的最高高度為 （D）第1次反彈時，籃球在最高位置的重力勢能比拋出點少

分析這一題目難度較大，綜合考查平拋運動與能量守恒兩個方面相關(guān)內(nèi)容，不僅需妙用能量守恒定律，還要能夠靈活切換研究視角，列出相應的式子，通過計算確定各個選項正確與否[2].

詳解根據(jù)題意可知，當籃球在第1次反彈中，同拋出的原始高度相比較低，說明籃球和地面進行碰撞時有損失機械能，則在整個運動中籃球的機械能不再守恒，故選項（A）錯誤；

根據(jù)在選項（A）中的分析可知第1次落地時，籃球的機械能不再守恒，不過水平速度保持不變，結(jié)合動能定理能夠得到，籃球在豎直方向上有 mgH= m2，則u=√2gH，故選項（B）正確；

因為籃球和地面出現(xiàn)碰撞現(xiàn)象，故而在豎直方向上籃球速度變小，第2次下落時，籃球的能量要小1mgH，不過反彈高度高于 H，故選項（C）錯誤；

根據(jù)能量守恒定律能夠得到第1次落地時，籃球消耗的能量為 16mgH，也就是在最高位置的重力勢能比拋出點少 ，故選項（D）正確.

綜上，正確選項是（B）和（D）.

3妙用能量守恒定律解決彈簧方面試題

例3如圖1所示，將一個物體放到一個光滑斜面之上的 a 點位置，其重量為 1kg ，斜面和水平面之間的夾角為 30^° ，在 b 點處往下安裝有一根壓縮彈簧，物體由靜止狀態(tài)開始往下滑落，當?shù)竭_ ∣c∣ 點時速度最大，運動至 d 點時開始返回，恰好能夠運動到 a 點，假如bc之間的距離為 0.1m ，彈簧最大彈性勢能為8J，取 g=10m/s² ，以下說法正確的是

圖1

（A）這根彈簧勁度系數(shù)為 50N/m （B）從 d 點往回運動至 b 點，該物體克服重力所做的功為 8J.（C）該物體的最大動能為8J.（D）從 d 點往回運動至 c 點，這根彈簧彈力對物體所做的功為8J.

分析 這是一道典型的彈簧類試題，難點在于物體在運動過程中先經(jīng)過光滑斜面，同彈簧接觸以后往回運動，在這一過程中彈簧的彈性勢能遵循能量守恒定律，不過要考慮到不同情況下能量的轉(zhuǎn)化情況，只要把握好這一關(guān)鍵點，就能夠?qū)Ω鱾€選項中說法的正誤情況進行準確判斷，難題自然就迎刃而解了[3].

詳解當物體運動至 Ψ_c 點時有最大速度，說明這時物體處于受力平衡狀態(tài)，結(jié)合胡克定律及平衡條件能夠得到 mgsin30^°=kx ， x=bc ，解之得 k= 50N/m ，即這根彈簧的勁度系數(shù)為 50N/m ，故選項（A）正確；

從 d 點往回運動至 b 點，根據(jù)機械能守恒定律可知，在這一過程中，這根彈簧的彈性勢能將會轉(zhuǎn)變?yōu)槲矬w的重力勢能和動能，其克服重力所做的功也就是重力勢能所增加的那一部分，要小于8J，故選項（B）錯誤.

由于這根彈簧的最大彈性勢能為8J，這些能量全部是由物體由 α_a 點運動至 d 這一過程中所減少的重力勢能所轉(zhuǎn)化的，只要物體離開 d 點，將會有一部分能量轉(zhuǎn)變成動能，所以難以達到8J，故選項（C）錯誤.

只有彈簧處于原始長度狀態(tài)下，才可以將所有彈性勢能轉(zhuǎn)變?yōu)槲矬w的機械能，那么從 d 點往回運動至 c 點，這根彈簧彈力對物體所做的功難以是8J，故選項（D）錯誤.

綜上，只有（A）選項正確.

4結(jié)語

總的來說，在高中物理解題教學實踐中，能量守恒定律用途廣泛，可用來處理不少常見類型的試題，關(guān)鍵是要明確能量守恒定律與相關(guān)知識點之間存在的聯(lián)系.教師平時需格外關(guān)注能量守恒定律知識的講解與練習，以便學生在解題時擁有扎實的理論知識做支撐，使其能夠巧妙運用能量守恒定律優(yōu)化解題思路、流程與方法，繼而不斷提高他們的物理解題水平.

參考文獻：

[1陳國寶，王紅巖.能量守恒定律在高中物理解題中的運用探討[J].數(shù)理天地（高中版），2024（8）：41一42.

[2]傅祥.能量守恒定律在高中物理解題中的應用研究[J].數(shù)理化解題研究，2024（6）：98-100.

[3]葉新美.能量守恒定律在高中物理解題中的應用研究[J].數(shù)理化解題研究，2023（21）：71-73.