浅析守恒思维在高中物理解题中的应用

孟天

【摘 要】在高中物理学习过程中，守恒思维法是一条极为重要的解题方法，它几乎贯穿整个高中物理知识点。本文对守恒思维法的解题思路进行了简介，并以机械能守恒为例详细讲解了守恒思维法在相关物理解题过程中的应用，最后对守恒思维法进行了反思和总结。

【关键词】高中物理；守恒思维；机械能守恒；应用

前言

高中物理知识点中许多物体的运动环境非常复杂，例如研究对象处于各种受力情况和外加各种电磁场情况，使得这些物理过程中物体的具体受力分析非常困难，然而无论物理的运动过程有多复杂， 它们都遵循着一个物理界十分普遍的规律-能量守恒定律，它既适用于宏观世界，也适用于微观世界，物体运动过程的本质也就是能量的转化和转移。如何利用守恒思维法来分析物理过程从某种意义上直接决定着高中物理解题的精度和速度。

1.守恒思维法简介

物理变化的过程本质是能量的变化，能量守恒定律极大地推动了近现代科学的发展，从本质上解决了很多以前无法解释的科学。能量的形式有很多种，如热能，动能，电能，势能，化学能等，它们之间在一定条件下会相互转换，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转移或转换的过程中其总和不变。把握整个物理过程典型时间和状态点下的能量状态，确定其能量变化类型和规律成为研究具体物理过程的关键所在。这就是物理学中常用到的一种思维方法—守恒法。

2.守恒思维法的解题思路

守恒定律通常是对应一个系统，利用守恒思维法分析 解决物理问题的基本解题思路为：

（1）准确选择研究对象，研究对象的整个运动和相应受力过程；

（2）详细分解整个系统中存在相互作用的物体，以及各个相互作用物体之间是否有作用力或相互做功，从而导致能量转化和转移，电荷转移等。确定研究对象相互作用的本质，确定守恒类型；

（3）针对某一具体过程，确定研究对象的初始，结束状态对应的物理量；

（4）准确选择守恒表达式，列出守恒方程，求解。

3.守恒思维法的解题示例

如图1所示，长为2L的轻杆OB，O端装有光滑的转轴，B端固定一个质量为m的小球B，OB中点A固定一个质量为m的小球A，若OB杆从水平位置由静止开始释放到转至竖直位置的过程中，求：

（1）A，B球摆到最低点的速度各是多少？

（2）轻杆对A，B球各做功多少？

（3）轻杆对A，B球做的总功是多少？

（1）按照之前提到的守恒思维法的解题思路，首先要明确研究对象；

有的学生会选择A球或B球与地球组成的系统，这其实是不对的，是典型的研究系统选择错误，A球或B球与地球单独组成的系统机械能并不守恒。此时应选择A球，B球与地球三者组成的系统，因为三者组成的系统机械能是守恒的。

（2）详细分解整个系统中存在相互作用的物体及能量转化情况：

轻杆往下摆的过程中，轻杆分别对AB球做了功，绳的弹力一定沿着绳子的方向，而杆的弹力却不一定沿杆的方向，所以当物体的速度与杆垂直时，杆的弹力可以对物体做功，A球，B球与地球三者组成的系统中只有动能和重力势能发生转化，此过程是典型的机械能守恒。

（3）确定具体物理过程的初始和结束状态对应的物理量：

初始状态：轻杆水平，只有小球具备的重力势能，而结束状态：轻杆垂直，A，B球摆到最低点，此时选择最低点为参考面，小球只具备动能。

（4）准确选择守恒表达式，列出守恒方程，求解：

对A球，B球与地球三者组成的系统，由机械能守恒得

轻杆对A，B球做的总功是0。

从该题可以看出，輕杆对小球B做了正功，对小球A做了负功，AB两球及轻杆这一系统，并没有机械能与其他形式能量的转换，故机械能守恒。

4.守恒思维法的总结和反思

通过以上介绍和解题示例可见，守恒思维法可以使很复杂的物理问题和物理过程得到简化，使解题效率大幅提高，另外在常见解题过程中还应熟练掌握机械能守恒的关键表达式，在学习和解题过程中注重归纳总结相应的物理模型，例如轻连绳模型，轻连杆模型，轻弹簧模型，熟练掌握这些模型中的机械能守恒解题方法。

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