能量守恒分析物理问题

朱中良

(江苏省扬州大学附属中学东部分校 225000)

能量的概念十分抽象，但它在自然界中以多种形式存在，它可以以我们用眼能看到的机械能存在，也能以感知的热能存在.与能量相关的能量守恒定律是高中物理重要的定律之一，掌握能量守恒定律知识的内容，熟练运用能够给相关问题的解决带来便捷，对于培养综合学习物理的能力有促进作用.

一、力学世界看能量守恒

高中力学涵盖了三大能量守恒定律：动能定理、功能定理与机械能守恒定律.以这些定律衍射出来的能量守恒题目更是千千万万，无法数清.以熟练掌握相关定理或定律的内容为基础，凭借能量守恒定律的运用，促进高中力学内容的学习与掌握.如：

例1如图1所示，一木板A的质量mA=1kg，物体B的质量mB=1kg.刚开始用手托住物体B，木板A在O点处于静止状态，此时绳子刚好处于紧绷拉直的状态.随后，将手从物体B上抽离，让A.B一起作加速运动.当A在水平水平桌面上滑动s1=1m的距离到E点时，在该木板上轻缓的放上物体C，质量mC=5kg，物体C相对于木板A后退距离d=0.5m后，与木块A相对静止而一起发生运动，最终在F点停止运动.已知物体C和木板A、物体A与桌面之间的动摩擦因数均是μ=0.2，求点E与点F之间实际距离是多少.

解析此题涉及的运动过程众多，若一一进行研究只会使得问题复杂化，因此运用能量守恒的角度，将A、B、C和地球看作一个系统，在整个系统运动的过程中，外力做功单单只有桌面与木板A之间的滑动摩擦力做功，内力做功有物体B的重力做功，还有物体A与物体C之间的滑动摩擦力做功.因为物体A与C的重力势能未发生变化，因此不妨设其为0，对物体B取其终点位置为重力势能零势能点.那么由题意知，该系统的初始的机械能E=mBg(s1+sEF),末状态的机械能E′=0,从初始状态到末状态机械能转化为内能的转化值是ΔE内=μmAgs1+μ(mA+mB)gsEF+μmcgd.根据能量守恒得E-ΔE内=E′将相关表达式代入可以得到sEF=1.5m.

反思从初始状态到末状态，整个系统的机械能的变化量可以用滑动力与相对应的位移的乘积表示，所以用能量守恒的角度分析该类题型会更加便捷高效，具有优越性.随着学习深入和知识的增加，学生需要用新知识解决老问题，实现知识点的深化理解和能力的提高.

二、热学角度观能量守恒

能量守恒不仅存在于力学中，也存在热力学中.在热力学中，能量可以从一个物体转移到另一个物体上，但是在转换的过程中能量的总值是固定不变的，即ΔU=Q+W.这就是能量在热力学中的表现形式.熟练掌握，灵活运用热力学第一定律可以简化问题，如：

例2若用煤油烧水，将50kg、20℃的热水加热到60℃，共需要燃料1L.已知煤油的热值是4.6×107J/kg，水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)，煤油密度是0.8×103kg/m3，求：(1)将50kg、20℃的热水加热到60℃一共需要吸收的热量是多少？(2)完全燃烧1L煤油共释放出多少热量？(3)烧水的效率.

反思：能量守恒是针对系统而言的，本题就涵盖了两个系统内的能量转移问题，所以需要学生确定先研究哪个系统，再研究哪个系统，有主有次；其次该题需要学生熟练掌握相关的物理公式，根据题意能快速准确的提取出相应的公式进而代入数据计算；因为能量在转移或转化的过程中能量是恒等不变的，守恒的，但是煤油燃烧烧水，只是将煤油完全燃烧释放的热量中一部分转移到水上，还有散发在空气中的热量等.

三、磁场领域视能量守恒

电磁学是高中物理的重要内容之一，也是经常考察的考点.用好能量守恒不仅可以简化问题，还可以建立直观的解题思绪.因此能量守恒是解决电磁场问题的重要方法.如：

例3如图2所示，光滑的水平面上放置三个带正电的质点，以1,2,3分别表示，该三个质点均在边长为1的等边三角形的三个顶点上，C是三角形的中心点，M表示质量，q表示电荷.质点1与质点3、质点2与3之间均是绝缘杠杆完成相连，最初质点的速度为0，运动之后的质点3到C处，求此时的速度.

解析不妨将三个质点视为一个系统，从能量守恒角度分析.分析后发现C点的位置是固定不变的，质点3会在质点1、2的作用下，沿着0C的方向运动.因此由能量守恒得：ΔEK=ΔEP

反思运用能量守恒对电势进行分析，解法比较常规，可以进行专门的训练，总结解法，进而强化电磁场的学习.

总之，运用能量守恒解决问题只需要分析能量的转化关系和守恒条件，无需关注中间的具体过程，因而往往能简化问题，给解题带来方便.对于较复杂的多过程的问题，不仅要从细节上分析能量的转化关系，而且要有整体观念，从题目中涉及的众多问题对象和过程整体综合考虑，纵览全局，寻找整体中能量守恒的最简关系.