力学中能量守恒定律的作用与意义分析

摘 要：物理知识在生活中的应用十分广泛，物理知识的学习不仅可以提升学生的物理素养，还有助于学生的全面发展。基于此，本文以高中物理中的能量守恒定律作为研究对象，对其在力学中应用的作用和意义进行分析，首先介绍了能量守恒定律的内涵及重要性，然后结合具体例题，分析了能量守恒定律在解答力学问题中的优势，能量守恒定律的应用可以提高简化力学问题的解题流程，使学生更容易找到解题思路，提高力学问题解答的效率和准确性。

关键词：力学;能量守恒定律;动能定理

前言：作为物理学习的重要内容，能量守恒定律在高中物理中占据重要地位，在力学、光学及电磁学等领域有广泛的应用。在进行能量守恒定律的教学及学习时，需要重点掌握能量守恒定律的概念、内涵、计算公式及转化路径等内容，这样在解答物理问题时灵活应用能量守恒定律，明确系统中能量变化，准确解答物理问题。

一、能量守恒定律分析

能量守恒定律可以描述为一个系统的总能量可以用系统中传入能量和传出能量来表示，这一总能量涵盖系统的内能、机械能和热能等多种形式的能量。在实际生活中，能量守恒定律的应用较为广泛，如水利发电是将机械能转变为电能，核能发电是将热能转变为机械能，再由机械能转变为电能。在高中力学知识中，能量守恒定律是重点内容，几乎贯穿于整个力学学习中，主要涉及到动能定理、动量定理以及及机械能守恒定律这三个方面。高中物理教师及高中生需要认识到能量守恒定律的重要作用，加强能量守恒定律相关知识的教学效果，确保高中生可以深入了解能量守恒定律，并在高中力学问题中灵活应用能量守恒定律解答问题，提高学生的物理素养，培养学生的物理学习能力，有助于学生物理学习成绩的提升[1]。

二、力学中能量守恒定律的作用与意义分析

（一）能量守恒定律可以提高力学解题效率

在解答力学问题时，能量守恒定律的应用可以显著提高解题效率。结合能量守恒定律的相关知识，学生可以根据题目的已知条件，明确不同物体间的受力关系和能量关系，更快地找到解题思路，提高力学题目解答的效率和质量。以下面一道例题为例：木板A静止于光滑水平面上，木板A上方的最右端放置了一个木块B，A在水平外力F的作用下，木板A的位移为s，木块B没有移动。如果加大外力F，则木块B在木板A上方进行相对滑动，木块B的位移是Δs，这时木板A和木块B的摩擦力为f，求上述两种水平外力作用下，木板A和木块B间的能量变化（包括木板A系统及木块B系统动能及总能量的变化）和摩擦力f对木板A系统及木块B系统做的功。

基于能量守恒定律，可以按照如下方式解答题目：当水平外力F较小时，木块B的动能变化可以按照动能定理进行计算，即：ΔEkB=fs，这里的f是指静摩擦力，木板A的动能变化是ΔEkA=Fs-fs，整个系统的动能变化为ΔEkB+ΔEkA=Fs;在水平外力F较大时，木板A和木塊B间存在滑动摩擦力，基于动能守恒定律，木块B的动能变化为：ΔEkB’=f’（s-Δs），木板A的动能变化是ΔEkA’=Fs-f’s，整个系统的动能变化为ΔEkB’+ΔEkA’=Fs-f’Δs。在木板A和木块B运动过程中，不仅会出现动能变化，还存在内能变化，这里的内能变化是指两者间滑动摩擦力产生的热量，滑动摩擦力对木块B做的功是正功，为f’（s-Δs）;对木板A做的是负功，为-f’s。按照能量守恒定律，其热量就是f’Δs，做的功W=f’（s-Δs）--f’s=-f’Δs。在上述问题中，只要学生可以掌握能量守恒定律的相关知识，就可以迅速列出等式，正确解答题目。

（二）能量守恒定律可以简化力学解题流程

在高中物理学习阶段，力学系统中初始状态和末状态之间的机械能变化可以通过滑动摩擦力和相对位移之积来体现。因此，在解答相关力学题目时，如果根据题目已知条件，可以列出力学系统中的能量守恒公式，就可以通过能量守恒定律进行力学问题的解答，能够有效简化解题流程，更快地得出问题的答案[2]。以下面一道例题为例：A、B两个物体的质量分别是m和M，A和B由一个不可伸缩的非弹性轻绳连接在一起，将物体A放置在斜面上，斜面的倾角为θ，动摩擦因数为μ，在斜面顶端安装一个无摩擦的定滑轮，将轻绳穿过定滑轮，使物体B与水平线垂直。在初始状态下，物体A和物体B的高度差是h，现由静止释放，使物体A和物体B进行运动，计算物体B落到物体A初始高度时的速度。

在解答上述问题时，可以将两个物体和地球看做是一个力学系统，系统的内力是两个物体的重力，外力可以用斜面对物体A的支持力和滑动摩擦力的和来表示。根据能量守恒定律，在两个物体运动过程中，轻绳对物体A作正功，对物体B作负功，两者之和为0。由此可以看出，在物体运动过程中，只有滑动摩擦力做功。在完成上述分析后，可以将物体A初始状态下的水平面作为重力势能参考平面，从而得出末状态下力学系统的机械能计算公式：（M+m）+mghsinθ;在物体运动过程中，能量变化值为μmghcosθ。所以，Mgh=（M+m）+mghsinθ+μmghcosθ，则问题的答案v=[2Mgh-2mgh（sinθ+μcosθ）/（M+m）]1/2。

对受力分析方法进行有效对比，将m及M作为一个整体，则：

又比如：盒中有一木块，木块与盒子之间的动摩擦因数为μ，盒的质量是木块质量的2倍，若木块以速度v向左移动，在忽略碰撞时能量损失的情况下，则求取物体与盒子之间处于相对静止状态下的速度。该问题的计算也可充分利用能量守恒定律对力学解题过程加以简化。

结论：综上所述，基于能量守恒定律，在解答物理问题时，可以通过对物体的始末状态的分析，来确定能量转化关系，提高力学问题解答的效率及准确性，需要受到教师及学生的重视。通过本文的分析可知，高中生在解答力学问题时，需要对力学系统进行全面分析，如果力学系统中存在能量转化，分析能量守恒定律在问题中的适用性，通过能量守恒定律公式的罗列，明确题目中已知条件和未知量的关系，从而正确解答力学题目，提高高中生的物理知识应用能力，培养高中生的物理核心素养，促进高中生的全面发展。

参考文献

[1]刘弘灿.如何利用两个力学守恒定律解决实际问题[J].中国高新区，2017（22）：77.

[2]黄致睿.如何用能量守恒分析高中物理问题[J].科技与企业，2016（02）：191.

作者简介：王瑞峰（2000.12.03——），性别：男，民族：汉族，籍贯：内蒙古包头市，包头市第一中学。