试论能量守恒在解决高中物理问题方面的应用

桑建新

【摘 要】能量守恒定律是高中物理知识中非常重要的知识点，充分掌握这一知识点对学生物理知识的理解掌握、物理思维的培养提升、物理问题的分析探究都具有积极的影响。能量守恒这一知识点不是单独存在于物理学科中的，而是与物理的許多分支学科都有很大联系，比如，高中学习的力学、电学、光学等，因此，对于能量守恒的学习，首先应当融会贯通，运用能量守恒解决高中物理中的各种问题已成为高中生必须掌握的学习技巧。

【关键词】能量守恒;高中物理;问题解决;方法应用

任何能量都不是凭空产生的，也不能凭空消失，能量常常是由一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在这一过程中能量的总量不会改变，这也是高中所接触到的能量守恒和转化定律。这一定律在自然界中十分重要，也是自然界中普遍存在的规律之一。那么它在物理学科上的应用是什么呢？能量守恒定律在物理学科中能够良好地解决相关问题，是物理学科的一种重要的解决方法。高中物理问题中主要涉及能量守恒定律的有力学、电学、光学等，运用能量守恒定律解决物理中的相关问题，能在促进学生思维能力的同时，提高学生遇到物理问题的解决方式、问题分析能力等。

一、力学问题中能量守恒的应用

可以说，高中最先接触能量守恒这一概念的物理学科是力学，在力学的学习过程中，学生能够初步感知能量守恒定律。比如，物理之间的相互作用力，如果一个物体仅受到重力和弹力的作用，那么物体之间的能量便在动能与势能之间相互转变，但是，在这一过程中，机械能的总量始终保持不变，这就是机械能的守恒与转化，也是能量守恒定律在力学中的主要体现，同时也是解决力学问题的一条重要思路。

（1）石块所能达到的最大高度;

（2）石块落地时的速度。

例题分析：本题主要研究的是拋体运动中机械能守恒定律，斜抛运动的水平分运动可以看作匀速直线运动，因此，石块在达到最高点的速度是抛出初速度的水平分量，由于石块只受到重力的作用，机械能守恒。这样通过机械能守恒定律解析问题，能够更快、更准确地进行解答，从而加快学生解决问题的速度。

二、电学问题中能量守恒的应用

电学中的主要问题是电场中带电物体受到电场力的作用，其所作的功等于带电物体电势能增加量的负值，反映的是通电导体被安培力所做的功，也反映了电能与其他形式能之间的转化和守恒。在高中物理课堂上学习的欧姆定律、电磁感应中的法拉第电磁感应定理及楞次定律等物理定理，都是能量守恒在电学中的具体表现。因此，运用能量守恒的思想解决电学问题会更加方便。

例2：空间存在以ab、cd为边界的匀强磁场区域，磁感强度大小为B，方向垂直纸面向外，区域宽为l1。现有一矩框处在图中纸面内，它的短边与ab重合，长度为l2，长边的长度为2l1，如图所示，某时刻线框以初速v沿与ab垂直的方向进入磁场区域，同时某人对线框施以作用力，使它的速度大小和方向保持不变。设该线框的电阻为R。从线框开始进入磁场到完全离开磁场的过程中，人对线框作用力所做的功等于（  ）。

例题解析：在穿越磁场的过程中，并不是已知有力的作用，也不是已知做功，只在由感应电流的阶段做功，而整个过程可以分为三个阶段：第一阶段，右边进入磁场到右边离开磁场;第二阶段，从右边离开磁场到左边进入磁场;第三阶段，从左边进入磁场到左边离开磁场。

三、光学问题中能量守恒的应用

光学中的能量守恒主要是指在光的照射下，物体发射电子，这种现象被称为光电效应。在高中物理学习的过程中，光学的某些相关知识点比较抽象，但是，运用能量守恒定律进行总结和分析，就能够进一步看透光能的转化本质，并较为透彻地理解光能的能量转化。在光学学习过程中，需要用能量守恒的思路帮助我们解决问题，从而进一步理解光学有关的能量守恒问题。

例3：用频率为v的光照射在某金属表面时产生了电子，当光电子垂直射入磁感应强度匀强磁场中做匀速圆周运动时，其最大半径为R，若以W表示逸出功，m、e表示电子的质量和电量，h表示普朗克常数，则电子的最大初动能是（ ）。

例题解析：根据光电效应方程求出光电子的最大初动能，然后，最大初动能的光电子垂直进入匀强磁场，半径最大，根据半径求出最大速度，从而得出最大初动能。解决本题的关键就是掌握光电效应方程，以及带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式。

结语

自然界中有许多物理定律值得我们探究，能量守恒在其中的表现形式也不尽相同，因此可以看出，能量守恒定律的应用非常普遍。在高中物理教学过程中，教师需要充分掌握能量守恒定律，透彻分析相关知识点，真正理解能量守恒定律的内涵，进而帮助学生在物理学习过程中获得做题优势。

【参考文献】

[1]张秀飞.如何提高初中物理课堂能量守恒知识点教学效率[J].教育教学论坛，2015

[2]王建设，陈宜.提高物理教学效果的三个方面——一高中能量守恒专题复习教学为例[J].化工高等教育，2016