高中物理中机械能守恒定律的应用

赵 晋

(江苏省南京市浦口中等专业学校,江苏 南京 210000)

高中物理中机械能守恒定律的应用

赵 晋

(江苏省南京市浦口中等专业学校,江苏 南京 210000)

机械能守恒定律是高中物理中应用非常广泛的一个定律，为了更好的让学生对该定律进行理解，掌握高中物理基本的研究方法，本文主要对高中物理机械能守恒定律进行了详细的条件分析和表达形式的判断，让学生加深印象，提高分析和解决物理问题的能力.

高中物理；机械能守恒定律；应用

高中物理中的机械能守恒定律主要是指在以下情况下即只有重力和弹力做功，物体的动能和势能之间是互相转化的，机械能是守恒的，总量跟之前相比是不变的.

一、高中物理中机械能守恒定律的基本内容

机械能守恒定律的前提条件就是只有重力或者是弹力做功，其他力不做功，基本内容包括两个方面：(1)理想条件下的重力做功，把空气阻力排除在外，这种情况下机械能是守恒的；(2)物体受到其他的力，但是这些力不做功，只有重力或者是弹力做功，比如玻璃球在水平玻璃上滚动的时候，玻璃给予玻璃球一定的支持力，但这个支持力是不做功的，只有重力在做功，这个时候机械能也是守恒的.

二、如何判断机械能守恒

1.直接判断法：若物体是匀速运动的，如果动能和势能都不变，那么机械能是守恒的，如果物体的势能发生了变化，动能不变，那么物体的机械能是不守恒的.

2.间接判断法：物体所受的力中只有重力(或弹力)做功，这种情况想机械能也是守恒的.

3.能量判断法：如果物体在能量变化过程中只有动能和势能之间的相互转化，没有其他形式的能量的参与，那么机械能也是守恒的.

三、高中物理中机械能守恒定律的表达形式

在高中物理中，机械能守恒定律的表达形式分为三种，分别为守恒观点，转化观点和转移观点.守恒观点主要是指在物体开始前的机械能总和与结束后的机械能总和是相等的，在这个过程中，两次选取的参考势能是一致的，表达方式为E1=E2.转化观点主要是指物体增加(或减少)的机械能与物体减少(或增加)的机械能是相等的，这个过程可以不用选取相同的参考势能，表达式为ΔEk=-ΔEp.转移观点与转化观点基本上类似的，主要是指系统内的两个物体的机械能是相互转移的，即物体A增加的机械能与物体B减少的机械能是相等的，在这个过程中，物体A和物体B的机械能的总量是分别在状态改变前后进行计算的.

四、高中物理机械能守恒定律的应用

高中物理机械能守恒定律的应用主要分为两个方面的内容，单个物体和系统的机械能守恒.

1.单个物体机械能守恒定律的应用

这个方面的应用主要集中在四类：阻力不计的抛体类，固定的光滑斜面类，固定的光滑圆弧类以及悬点固定的摆动类，下面以阻力不计的抛体类作为例子看看单个物体机械能守恒定律是如何应用的.

抛体类的物体在空气中运动是忽略了空气阻力的，在运动过程中只有重力对物体的机械能产生作用，动能和势能是相互转化的，机械能是守恒的.例如，在站在高度为h的二楼上以初速度为v0斜抛一个小球，小球在下落过程中空气阻力忽略不计，那么小球落地后的速度是多少呢.在这个应用中，我们采取机械能守恒定律的思考方式来考虑这道题目的解答方式，第一步要选择一个合理的零势能面，在这个题目中地面就是零势能面，在运动过程中只有重力在做功，抛出时的机械能和落地时的机械能是守恒的，那么方程式可以这么写：mgh+1/2mv02=1/2mvt2，落地时的速度就可以很方便的得出答案.

2.系统机械能守恒定律的应用

相比于单个物体的机械能守恒，系统的机械能守恒会显得比较复杂一些，涉及的方面会比较多，也包括四个方面的类型：轻绳连体类、轻杆连体类、在水平面上可以自由移动的光滑圆弧类、以及悬点在水平面上可以自由移动的摆动类，下面以轻绳连体类作为例子看看系统机械能守恒定律是如何应用的.

轻绳连体类的应用中，系统是机械能守恒的，除了重力做功之外，其他的功都是系统内部相互转移的，系统内部和外界之间没有能量的传递.例如，在一个角度为30度的光滑斜面上，两个物体通过一个定滑轮用绳子连接在一起，两个物体的质量分别为M和m，开始的时候二者都是静止的，m离地面的高度为h，当m落地时的速度是多少.通过分析发现，在这个系统中，有四个方面的作用力，分别是M所受的重力Mg，m所受的重力mg，斜面对M的支持力N，滑轮对细绳的作用力F，其中只有M所受的重力Mg和m所受的重力mg是做功的，在运动过程中能量是相互转化的，所以该系统的机械能是守恒的.在运动过程中，M的势能和动能是增加的，m的势能是减少的，动能是增加的，根据转移观点，可以列出等式为：mgh=Mghsin30+1/2Mv2+1/2mv2，m落地时的速度就可以很方便的得出答案.

所以，高中物理机械能守恒定律的应用是非常灵活的，只要熟练的掌握了机械能守恒定律的原理和做功的变化，在力学问题的解答中可以很方便的进行应用.

[1]杨华.谈高中物理教学中的“巧分类 抓要点”——以“机械能守恒定律”为例[J].中学物理教学参考，2015(4).

[责任编辑：闫久毅]

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2017-06-01

赵晋(1984-)男，江苏南京人，大学本科，二级教师，主要从事高中物理教学工作。

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1008-0333(2017)19-0089-02