借助能量守恒,解答物理难题

李伟

【摘要】能量守恒属于高中物理课程体系中的一个重要知识点，其并非孤立存在的一个知识，而是同不少物理知识都存在着一定的联系，在解决一些高中物理试题时均能够起到十分关键的作用.在高中物理解题训练中，当遇到一些难度系数较高的试题时，教师可指导学生借助能量守恒的优势，帮助他们顺利解答这些物理难题，使其不断增强学习自信.本文针对如何借助能量守恒解答高中物理难题作探讨，同时给出部分解题实例，帮助学生理解.

【关键词】能量守恒;高中物理；动力学

1 借助能量守恒解答动力学方面难题

能量守恒同力学知识之间存在着十分紧密的联系，对力学知识，高中物理相比初中物理较为深奥，涉及范围也更加广泛，包括重力、弹力、摩擦力、平衡力与相互作用力等，题目难度也有所提升，学生遇到难题的频率更是越来越高，当遇到一些较为复杂的力学问题时，若用能量守恒定律能解决此类问题，教师可以指导学生借助能量守恒展开分析，因为物体在运动过程中会伴随着多种能量的转化，利用能量守恒可以有效化解力学问题的复杂程度，使其学生轻松的解答难题[1].

例1 某物体以90J的动能沿着固定在地面的倾斜角度为α的斜面斜向上运动，当这个物体运动到某一点时动能减小30J，机械能减少10J，如果物体与斜面之间的摩擦力大小一直没有发生变化，那么以地面为零势能点，则（  ）

（A）当这个物体返回至斜面底部时机械能为30J.

（B）当这个物体运动至斜面最高处时机械能为0J.

（C）当这个物体从斜面最高点运动至底部过程中重力所做的功为60J.

（D）这个物体从出发至返回底部克服阻力所做的功为30J.

解析 本题中给出的是一个典型的斜面情境，较为抽象，如果学生对基础知识掌握得不够牢固就容易出现错误，基于能量守恒视角，物体机械能的减少量就是克服摩擦力所做的功，这个功同物体在斜面上的位移成正比关系，根据题意可知，当动能减少30J时，机械能减少10J，所以当这个物体的动能减少90J时，机械能就减少30J，当它运动至斜面最高处时，机械能大小是90J－30J=60J，即物体的重力势能为60J，而物体返回底部的机械能大小是90J－30J－30J=30J，所以说选项（A）（C）是正确的.

2 借助能量守恒解答抛体运动难题

在高中物理课程教学中，抛体運动主要分为斜抛与平抛两大类，借助能量守恒解答抛体运动难题时，不仅需用到抛体运动规律的相关知识，还要明确物体在运动过程伴随的能量转化问题，确定好能量变化的临界点.因此，高中物理教师在抛体运动解题教学中，针对一些难题的处理，应当引导学生以抛体运动规律为基础，借助能量守恒精准找到能量发生变化的临界点，使其找准解题的突破口，最终让他们顺利解答难题[2].

例2 将一篮球（可视为质点）从距离地面高度为H处水平抛出，第一次落地以后弹起高度是916H，假如空气阻力忽视不计，重力加速度为g，那么下列说法正确的有（  ）

（A）篮球在这一运动过程中机械能是守恒的.

（B）篮球在第一次落地时竖直方向分速度大小是2g4.

（C）篮球在第二次反弹时最高点距地面的高度是216H.

（D）篮球第一次反弹时最高点的重力势能与抛出点相比减少716mgH.

解析 本题难点在于不仅考查平抛运动方面的知识，还考查能量守恒方面的知识，学生在解题过程中应灵活自如地切换视角，通过分析建立出相应的物理方程.选项（A），结合题目中给出信息的描述，篮球进行第一次反弹时并没有运动至原先的高度，这表明篮球同地面发生碰撞时机械能有所损失，机械能不守恒，故错误；选项（B）.当篮球第一次落地时水平速度没有发生变化，根据动能定理可知在竖直方向上有mgH=12mv2，v=2gH，故正确；选项（C），由于篮球与地面之间发生碰撞，导致篮球在竖直方向上的速度减小，第二次下落时的能量比716mgH小，那么反弹后的最高点将会比216H高，故错误；选项（D），结合能量守恒可知篮球第一次落地时损失的能量是mgH－916mgH=716mgH，故正确答案选（B）（D）.

3 借助能量守恒解答弹簧类难题

弹簧问题作为高中物理解题训练中一类较为抽象的问题，不少学生都没有深入理解弹簧的特点，以致于他们在解答部分难题时无从下手.当处理一些难度较大的弹簧问题时，教师应该先带领学生认真分析并熟练掌握弹簧的受力特征，以及弹簧能量变化时的特点，使其借助能量守恒巧妙解答弹簧方面的难题，使他们精准掌握这类试题的解题思路与技巧[3].

例3 如图1所示，把质量为1kg的滑块放在倾角为30°的光滑斜面的a点，从静止开始下滑，b点开始压缩轻弹簧，c点时滑块达到最大速度，d点开始弹回，刚好可以再次回到a点，如果bc=0.1m，弹簧的弹性势能的最大值为8J，g取10m/s2，那么（  ）

（A）弹簧的劲度系数为50N/m.

（B）d→b点，滑块克服重力做的功为8J.

（C）滑块的动能最大值为8J.

（D）d→c点，弹簧的弹力对滑块做的功为8J.

解析 选项（A），当滑块在c点时速度最大，说明此时受力平衡，根据胡克定律与平衡条件可知mgsin30°=kx，x=bc，解得x=50N/m，故正确；选项（B），d→b，结合机械能守恒可知，弹簧弹性势能转化成滑块的动能与重力势能，克服重力做的功只是重力势能增加的部分，比8J小，故错误；选项（C），弹簧弹性势能的最大值是8J，该能量全部由滑块从a→d时减少的重力势能转化而来，只要滑块离开点d，就会有部分能量转化成动能，故无法达到8J，故错误；选项（D），只有弹簧在原长时，才能够把所有弹性势能转变成滑块的机械能，所以d→c点，弹簧的弹力对滑块所做的功无法达到8J，故错误.

4 结语

能量守恒能够用来解答多个类型的高中物理难题，关键之处在于要精准把握好能量守恒同其他物理知识点之间的内在联系，教师应要求学生注重对物理知识系统性、整体性的认知，使其学会灵活借助能量守恒达到化繁为简的目的，提升他们解答物理难题的能力.

参考文献：

[1]王智荣.能量守恒在高中物理解题中的运用探究[J].试题与研究，2022（30）：19-21.

[2]宋晨光.高中物理能量守恒在解题中的应用探究[J].数理化解题研究，2022（22）：107-109.

[3]马彦平.能量守恒在解决高中物理问题方面的应用探讨[J].课程教育研究，2020（05）：182.