试论力学中能量守恒定律的作用与意义

刘校彤

摘要：本文以试论力学中能量守恒定律的作用与意义为主要阐述，结合当下新课改对物理教学的需求为主要依据，从力学中能量守恒定律解题规律、使用能量守恒在力学解题中的优势、使用能量守恒定律解决力学问题的高效性这几方面进行深入探讨和分析，其目的在于论述能量守恒定律在力学中的作用与意义。

关键词：物理力学；能力守恒定律；解决问题

引言：

能量守恒在整个高中物理教学中具有一定价值，在很多知识中都有所体现，并且在经典物理学习中有所应用和贯彻。高中物理知识体系中有三个能量守恒定律，依次是机械能守恒，能量守恒和动量守恒，在高中物理学习中学生要严格掌握好这三个能量守恒定律知识，加强对这类知识的认识，是解决物理问题的有利保证和依据。

1.力学中能量守恒定律解题规律作用

在机械运动过程中，物体运动会产生一定机械能，进而会立即将机械能转化为起其他能量，借助功能定理，外力所做的功和系统内部所做的功之和就是系统机械能产生的变化量，进而能够求出最终结果。

比如：两个木块，质量分别是m1和m2，现在运用一个不能进行拉伸的非弹性的轻绳将质量为m1和m2的物体连接在一起，轻绳跨过一个没有摩擦力的定滑轮上。质量为m1的物体和斜面之间存在的动摩擦因数为?，与地面之间形成的倾斜角度为α，在开始阶段两个木块之间的高度差为H，在力的作用下，两个木块以静止状态开始运动，请求出m2下降到m1最开始处在的水平位置上，此时具有的速度为多少？

在解决这样的力学问题时，很多学生经常会使用能量守恒定律进行处理，将木块和地球作为力学体系，该体系的内在动力为m1和m2存在的重力。体系受到的外力就是斜面对于木块m1支持力F，和滑动摩檫力f。绳子对m2作的功为负功，对m1做的功为正功，对整体组成的体系所做的功则为0，等效就是不做任何功，能够得到只有滑动摩檫力在做功。那么就以m1最开始所处在的水平面为参考平面进行计算，可以得到力学体系的机械能为

[（m1+m2，）v2/2+m1gHsinα]。从开始到结束机械能逐渐转化成为内能，内能的量值为?m1gHcosα，依据物理能量守恒定律能够得到一个公式为：m2gH=（m1+m2，）v2/2+m1gHsinα+ ?m1Hcosα。通过计算能够得到m2最终下将到m1最开始的水平位置上，那时的速度为v=[2m2gH-2m1gH（ ）sinα+?cosα]/ （m1+m2）]1/2。

2.使用能量守恒在力学解题中的优势

所有物体在运动和变化中都需要依据能量转化和守恒定律进行计算，物体如果违背了变化规律则无法实现，在整个物理变化中必须要遵守能量守恒定律，依此为界限进行衡量，通过此方式能够求出一些实际问题。

比如：有一个木板B，木板的质量为M=1千克，物体C的质量和木板的质量相等，也是1千克。在最开始时期可以运用手掌拖住物体C，使得木板B在o点处于静止状态，绳子恰好能够将其固定在拉直状态，进而，将拖住物体的手掌拿开，使得木板和物体能够进行加速运动，当木板在水平位置上运动到一个距离为L=1米E处时，在木板上轻轻的放置一个质量为5千克的物体N，物体N和木板后退的距离为D=0.5米后，和木板AB之间保持静止状态进而共同运动，最终在F点完全停止运动。现在指导N和B以及B之间的动摩檫因数都为0.2，请求出E和F之间存在的距离？

在解决物理问题时，使用能量守恒定理进行处理，将物体B、N、C和地球看作是一个整体的体系，在整体变化运动过程中，外力就是桌面对木板B所做的滑动摩檫力，内力只有B受到地球给予的重力，物体B和物体N之间也存在一定的滑动摩擦力[1]。因为物体B和N的重力始终没有发生变化，所有可将其假设为0，物体C在最终运动位置处受到的重力是能则为0。也就是说，整个体系在开始的状态时自身具备的机械能可以表示为E=mcg（l1+lEF），末尾位置的机械能就是E‘=0，整个体系在开始状态一直到结尾处的状态中受到的机械能从原来的内能逐渐转变成为的量值则为ΔE内=?mBgl1+?（mC+mN）glEF+?mNgd然后依据能量守恒定律可以得到这样一个公式为：E-ΔE内= E‘，根据上面列出的公式内容带入就能够求出最终的距离结果为lEF=1.5米。因为力学整体从开始一直到停止所受的机械能量的变化就是滑动摩擦力，因为可以使用滑动摩擦力以及运动过程中行驶的位移进行结算，所以在解决力学物理问题时，使用能量守恒定理更加简单和便利，能够简化物理抽象性，对学生来说解决这样的物理问题具有一定优势[2]。

3.使用能量守恒定律解决力学问题的高效性

能量守恒定律一般不会直接分析和考虑运动实际过程，要通过物体能量不断转化进行计算和处理问题，此种方式更加简单和便利。当题目中出现多个物体问题时，可以将多个物体看成一个整体进行解决，借助能量守恒定律进行解决，分析清楚物体间的联系，使得解题过程更加方便和简单。

比如：一个木板B静止在一个光滑的桌面上，一个质量为m的小木块C放置在木板B的最右端，现在给予木板B一个水平的外力f后，那么木板B就是随着外力的作用产生一定的位移，位移的大小则为L[3]。给予的外力较小，使得木板B和木块C之间没有发生相对的滑动，两者之间产生了摩擦，摩擦力的大小为F，进而加强了外力的大小，使得木快C在木板B上发生了一定的滑动，滑动的实际距离则为ΔL，木板和木块之间的摩擦力则为F‘，基于此种情况下，那么能够求出木板B和木块C系统动能的增加量，两者之间的能量增量，和摩擦力对B、C整体系统做的总功为多少？

在刚开始使用的外力较小情况下，木板B和木块C水平受到的力分别是木板B受到一个向左的摩擦力，向右的外力，而木块C则受到一个向右静摩擦力，可以根据动能定理进行计算，得到C的动能增量则为ΔEkc=fl，木板B受到的动能增量则为ΔEKb=FL-fl，那么B和C系统的动能增量就是ΔEk=ΔEKb+ΔEkc= FL

在接下来使用的外力较大情况下，木板B和木块C之间存在的滑动摩擦力则为f，依据动能守恒定律能够得C的动能增量为ΔEkc‘=f（L-ΔL），木板B受到的动能增量则为ΔEKb‘=FL-fl，进而得到整个系统得到了动能增量为ΔEk‘=ΔEkc‘+ΔEKb‘=FL-FΔL，通过计算能够得到最终结果为FL-ΔEk‘=FΔL.

通过计算和解决能够得到这样一个结论，外力作的功就是整个体统和外界能力交换的一个过程，滑动摩擦力和物体自身受到的作用力之前相对位移的大小的乘积也就能够代表所受到的机械能转化成为的内能[4]。

4.結束语

总而言之，力学是学生在高中物理教学中必须掌握的基础知识，高中学生要意识到力学的重要性，在学习能量守恒基础上进行力学知识掌握和问题的解决，借助能量守恒定律解决力学问题，提升解题效果和效率，养成良好解题习惯。

参考文献：

[1]蒋欣吕.浅析力学中能量守恒定律的作用与意义[J].学周刊，2018（3）.

[2]陈德志.探究运用能量守恒定律解决高中物理问题的方法[J].广西教育，2017（6）：162-163.

[3]梁新灿.用能量守恒定律解力学系统难题的规律性[J].中学物理教学参考，2015（2）：39-39.

[4]胡乙丹.如何使用能量守恒定律分析高中物理问题[J].数理化解题研究，2017（4）：64-65.