探究高中物理机械能守恒的学习技巧

【摘要】机械能量守恒是物理学中一条重要的定律。本文以高中教材为例，结合文献阐述了高中物理机械能守恒类的学习技巧，在技巧上着重对解题的方法和思路进行了研究，对此提出了一些想法，希望对分析和解决这类问题有效，同时也可以为高中同学提供一些思路希望可以对物理的学习有所帮助。

【关键词】机械能守恒；解题；策略

【中圖分类号】G633.7 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2017）16-0293-01

机械能守恒定律详细来说就是能量守恒在力学的表现，同时也是一种较为特殊的能量守恒定率。在系统中重力做工和外力做工但是相对于内力可以忽略，我们使用机械能守恒解决这类问题，可以避免牛顿定律所带来的解决繁琐，为力学类问题的解决完美的提供了一条简洁的途径。机械能守恒只涉及物体的始末状态而不关心运动过程从而可以对问题进行简化。在使用此条定律是要注意抓关键点，避免出现使用不当等问题。

一、机械守恒问题的关键点

1.在系统中研究机械能守恒

系统，一般是由两个或两个以上相互作用物体组合而成。在定理中机械能有动能和势能组成，在势能中又包括重力势能、弹性势能，同时势能为系统的势能它不是单单属于其中某个物体，因此重力势能是物体和地球所构成的系统。弹性势能属于弹性的物体说构成的系统，一般说一种机械能是一个物体的这种说法其实是不完全正确的，正因为这类误解的存在，常常使得在解决这类问题时头疼或者出错。

2.机械能守恒按照限制条件

机械能守恒为系统总势能和动能之和是不变的。因此可以在功和能这个角度分析这一系统是否为机械能守恒。

（1）系统做功中，系统只有弹力和重力可以做功，在系统中不存在外力做功或系统内部做功的和等于零，这类情况下我们认为在这个系统中机械能保持不变。

（2）从能量的角度来看问题，系统中如果单有动能和势能之间发生转化，而不存在其他形式的能参与转化或者外界和这个系统不存在能量的交换，由此可以认为系统机械能没有改变。

3.机械能守恒的重要表达式

（1）在初始跟最终的状态中机械能的表达式为E1和E2，因此E1=E2，在展开公式中：EK1+EP1=EK2+EP2。

（2）系统机械能守恒为在系统中的势能的变化量跟系统中动能的变化量是相等，即动能的增加量等于势能的减少量，同理势能减少量也等于动能的增加量。

（3）在系统中排除地球这个系统外，还有1物体和2物体，那么1所减少机械能和2所增加机械能是相等的，即ΔE1减=ΔE2增.

在上面的表达式中，需要特别重视的是在运用1.3.1中的表达式时要重视重力势能参考面，在1.3.2和1.3.3中我们可以不使用规定的重力势能零势能参考面。

4.选取合理的研究对象

在使用机械能守恒定律的时候要确保研究对象的正确，在系统中存在多个物体、多个运动过程的时候就要根据在解题中的方便程度，选择合理的研究对象来作为系统。再做对象的受力分析和研究它做功对系统造成的影响，从而使用机械能守恒解决问题。

5.合理选择零势能面

零势能面在选取的时候可以随意选择但是选择一个适合解决问题的零势能面便可以简化问题的研究难度。在研究同样一个系统的时候要选择同样的零势能面。一般会选择最低点来作零势能面。

6.确定始末状态动能势能要统一

一般在使用机械能守恒这一定律的时候，通常只考虑始末的运动情况而不考虑运动过程，即只需要计算出开始时机械能总量和终止时机械能总量。在运用机械能守恒过程中，避免了加速度和时间的问题。因此相对于牛顿定律大大的简化了解题的步骤，避免了使用牛顿定律的困难和繁琐。

二、机械能守恒定律的解题策略

在高中阶段我们在处理机械能守恒方面包含了单个物体和地球所构成的系统和系统机械能守恒两大类问题。

1.单个物体机械能守恒的策略

通常此类问题包括阻力不计入抛体、固定光滑圆弧、固定光滑斜面、悬点固定的摆动等四大类问题。现在以固定光滑圆弧类的问题为例进行解析。

（1）这类题有竖直向上抛、竖直向下、斜下抛、斜上抛和平抛假设物体在空中时空气阻力不计，这样物体运动中只受到重力作用，也称为仅有重力做功。通过这种方式实现重力的势能和动能之间的转换，因此此物体机械能守恒。例题1在高度h以初速度v0斜向上抛，空气阻力为零，算出落地速度。

经过分析此类问题使用牛顿定律可以解决但是过程繁琐，所以使用机械能守恒来分析，第一步选取地面为零势能参考平面，在物体抛出跟落地时能量守恒列出式子：

Mgh+1/2mv?0=1/2mvt?，那么vt=

2.系统机械能守恒策略

这类问题的解决比较棘手，包括类型较多，通常有轻体连杆、轻绳连体等类型的问题。现在只对其中一类轻绳连体的问题进行分析。下图中，倾角为θ的光滑斜面，质量为M和m的两个物体通过跨过定滑轮的绳子连在一块，初始时两个物体都是静止状态，此时，m距离地面的高度为h，那么m落地时的速度是多少？

在分析中可以看到在M、m和细绳所组成的这一系统中，有四个外力：M受的重力Mg，m受的mg，M受的支持力N，滑轮对绳的力F，在M和m的重力不可能改变系统机械能，力N垂直斜面，位移方向没有分力因此不做功。

关于此类问题，还有几点，速度的关系要通过物体间细绳连接物速度关系确定。总得来说，在这类问题中要灵活运用定律，在这类问题的分析上可以起到简化的作用。希望我的简单分析可以使同学们的解题思路更加开阔。

参考文献

[1]周宏雷.探究高中物理有效性教学——以机械能守恒为例[J].林区教学，2013（12）：83-84.

[2]赵威.以机械能守恒定律为例探究高中物理课堂教学中的“抓要点，巧分类”[J].中华少年，2016（3）：32-32.

[3]黄红燕.概念网络图在高中物理教学中的应用举例——以机械能守恒定律为例[J].广西教育：中等教育，2016（30）：152-152.

作者简介：张奕然，女，生于2000年6月，籍贯：山东省潍坊市，现就读于辽宁省盘锦市高级中学三年16班。