浅析机械能在高中物理学习中的适用范围

程志凌

（湖北省武汉市第十一中学，湖北 武汉）

机械能的概念开始出现在高中一年级的课程中，这也是我们开始系统学习物理学后第一次接触到的守恒定律——《机械能守恒定律》。实际上机械能的守恒定律是能量在守恒过程中的一个特案，也是让高中生对物理产生兴趣的良好开端。

相对于能量转化的抽象概念，与实际生活结合更加紧密的“机械能”以较强的代入感，让我们很自然地进入高中物理学科的学习。此内容不仅与初中阶段所学的功、功率、势能、动能等内容有着一定的联系，高中物理课程中的实验环节也可以把这些物理学的知识整合具化为可以用眼睛观察到的实践情况，而不像其他知识点只有冷冰冰的文字，因此浅析机械能在高中物理学习中的适用范围不仅能够让我们对新的知识产生兴趣，还能承上启下巩固原本的理论，达到实验实践的目的。机械能在高中物理学科中的作用不仅仅用于学习知识，还可以帮助我们解决之前不能靠牛顿定律分析出来的问题。在物理学科的考试中，机械能出现的范围很广，不论是选择题、填空题还是简答题都有可能会出现，因此了解机械能在高中物理中的范围和适用情况是非常重要的。

一、机械能与动能定理之间的关系

动能，从字面上的理解即为物体运动而产生的能量，在数值的计算上一般为（1/2）mv2，从物理学的角度来解释动能定理，即外力对物体所做功的代数和等于物体动能的增量，这也是中学生在接触动能定律时需要着重理解的概念，老师也会在涉及动能的课程和试题讲解的过程中提到理解这句话的表达式：W（总）=1/2mv2（末）-1/2mv2（初），该公式对于运用动能定理解决机械能的相关问题有着一定的辅助作用。在运用动能定理解答关于机械能的试题，套用该公式的时候只需要考虑到三个量，即运动过程中物体做出的总功W，还有该物体的初动能以及末动能，不再需要对物理在运动过程中发生的状态情况进行更加具体的模拟。按动能定律来讲，受力物体在该方面研究的是受力情况，因此在分析相关试题的时候应当对单个的物体受力情况作出分析。在很多情况下，物理问题中的受力物体往往会因为力的关系发生位移的改变，但是由于位移产生的加速度是不会影响到解题答案的，在解答这样的问题时，我们可以省略关于牛顿第二定律的思考过程，让高中物理问题在解答的过程中更加简单和便捷。例如，一个物体的质量m为葬kg，在平行与斜面的恒定拉力F的作用下做下沿斜面的向上运动，当物体运动到斜面中点的时候去掉F，该物体正好能停在斜面的顶端处。设该斜面的倾角为n，取g=葬m/s2，求拉力F的大小。在分析这个问题的时候，我们可以从物体的受力关系作出判断，物体重力的计算方式为mg，受到的拉力为F，斜面的支持力设为N，摩擦力为f。然后已知该物体在上升到斜面中点的时候去掉了力F，其他的受力情况保持不变，可以由此设定该斜面的长度为S，根据动能定理的等量关系即可求出物体的受力F数值。

二、能量守恒定律与机械能的关系

机械能是高中物理中学习能量守恒定律的基础知识，我们分析试题的时候往往都需要先判断一下机械能的守恒情况，是否能符合能量守恒定律。机械能参与的守恒定律只有在物体受到弹力或者重力的时候才能做功，而且该物体会在做功的过程中发生动能和势能的转变，但是总的能量也就是机械能是不会产生任何变化的，简言之，该物体的能量是守恒的。如上所说，机械能守恒即为重力和弹力下才能发生做功，其他的力对于该物体是没有作用的，即使该物体受到了其他力的作用，也不会产生做功的效果。例如，将一颗小球固定在一个绳子上，将绳子的另一端固定在天花板上，随后让小球在固定的高度上进行释放，小球在运动过程中会受到自身重力的影响，也会受到绳子的拉力，该方向会和小球运动的方向垂直相切，也就是说该绳子的拉力不会产生对小球做功的效果。虽然物体会在运动中受到各种各样的外力，但是这种情况下机械能也是可以守恒的，其基础就是各种外力做功产生的代数和为零，简言之可以当成发挥做功的只有重力，因此机械能可以让能量守恒得到合理的解释。

综上所述，机械能在高中物理中的适用范围除了以上举例的两个方面，也会在其他的知识点中有所体现。我们在使用机械能的知识解决物理相关的问题时，首先应当对题目进行准确的分析，将机械能包含的对应公式和概念了解透彻，依据不同的题境，灵活运用。在高中物理的学习中，在不断充实自身物理知识的前提下，掌握机械能在高中物理学习中所有的适用形式，为提高学习成绩和学习质量打下良好的基础。