導(dǎo)語：能量守恒在高中物理解題的運(yùn)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：能量守恒是高中物理中的重要思想，用于解答物理習(xí)題可降低計(jì)算復(fù)雜度，提高解題效率。為提高學(xué)習(xí)者運(yùn)用能量守恒解題的意識與能力，促進(jìn)高中物理學(xué)習(xí)成績的有效提升，教師應(yīng)在做好基礎(chǔ)知識講解的同時(shí)，圍繞具體例題展示能量守恒在解題中的具體應(yīng)用。本文以“力學(xué)”中平面問題、斜面問題、彈簧問題、傳送帶問題、拋體問題、飛行器問題為例展開討論，以供參考。

關(guān)鍵詞：能量守恒；高中物理；解題；運(yùn)用

高中物理力學(xué)中的能量主要分為機(jī)械能與內(nèi)能，其中機(jī)械能包括物體的動(dòng)能以及重力勢能。兩種能量均遵循一定規(guī)律，有具體的計(jì)算公式。內(nèi)能主要用摩擦力做功加以衡量。為提高學(xué)習(xí)者運(yùn)用能量守恒解題的靈活性，使學(xué)習(xí)者吃透理論，夯實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)，做好能量守恒的應(yīng)用示范，使學(xué)生更好地把握應(yīng)用的相關(guān)細(xì)節(jié)。

一、用于平面問題中

平面問題在高中物理力學(xué)中非常常見。為提高學(xué)習(xí)者利用能量守恒解答平面問題的正確率，課堂上應(yīng)注重多與學(xué)習(xí)者互動(dòng)，使學(xué)習(xí)者掌握功、能之間的關(guān)系，明確不同對象做功時(shí)的計(jì)算公式，理解計(jì)算公式各個(gè)參數(shù)表示的含義，掌握不同對象做功的功率，避免運(yùn)用的過程中張冠李戴。其中由動(dòng)能定理可知物體動(dòng)能的改變量與其合外力做的功相等。這里需要注意對物體進(jìn)行受力分析，搞清楚合外力包括哪些力。計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的內(nèi)能，在明確摩擦力的基礎(chǔ)上，尋找物體在摩擦力方向上運(yùn)動(dòng)的位移。部分平面類問題需要運(yùn)用能量守恒加以間接地求解。在分析物體機(jī)械能的改變量時(shí)既可以從動(dòng)能的改變量和重力勢能的改變量進(jìn)行分析，也可從能量守恒角度。其中從能量守恒角度進(jìn)行分析過程更為簡單，分析問題的效率更高，即，將力做功產(chǎn)生的總能量減去轉(zhuǎn)化的內(nèi)能，即為物體機(jī)械能的改變量。例1.一長度為l，質(zhì)量為M的小車靜止在光滑水平面上，在其最左端放一可視為質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量為m的小物塊。給小物塊施加一個(gè)水平恒力F，使物塊由靜止做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。物塊和小車間的動(dòng)摩擦力為f，經(jīng)過時(shí)間t小車運(yùn)動(dòng)的位移為s，物塊剛好滑到小車最右端，則（）A.此時(shí)物塊的動(dòng)能變化為F（s+l）B.小車的動(dòng)能變化為f（s+l）C.這一過程物塊和小車間產(chǎn)生的內(nèi)能為flD.這一過程物塊和小車增加的機(jī)械能為F（s+l）-fl由動(dòng)能定理可知物塊動(dòng)能的增加等于合外力做的功，物塊受到的合外力為F-f，位移為s+l，因此，動(dòng)能變化為（F-f）（s+l）。小車受到的合外力為f，發(fā)生的位移為s，動(dòng)能的變化為fs。產(chǎn)生的內(nèi)能為摩擦力做的功，根據(jù)題意可知其為fl。由能量守恒可知，物塊和小車系統(tǒng)增大的機(jī)械能為F（s+l）-fl，綜上分析選擇CD。

二、用于斜面問題中

學(xué)習(xí)者對斜面類的情境并不陌生。高中物理很多問題均涉及斜面，考查的知識點(diǎn)不盡相同。高中物理教學(xué)中為使學(xué)習(xí)者能夠熟練運(yùn)用能量守恒知識分析斜面問題，應(yīng)為學(xué)習(xí)者認(rèn)真講解與之相關(guān)的概念，尤其通過在課堂上設(shè)計(jì)判斷正誤類的問題，要求學(xué)習(xí)者根據(jù)自己的理解做出分析與判斷，以更好地了解學(xué)習(xí)者認(rèn)識相關(guān)概念的程度。當(dāng)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)者認(rèn)識上的問題時(shí)及時(shí)進(jìn)行輔導(dǎo)，糾正其理解上的誤區(qū)。另外，考慮到力學(xué)中的能量有機(jī)械能、重力勢能、內(nèi)能，對象較多，為避免學(xué)習(xí)者在分析斜面問題時(shí)不知如何下手，可在課堂上為學(xué)習(xí)者講解如下問題，使其認(rèn)真體會(huì)能量守恒在解題中的具體應(yīng)用，搞清楚相關(guān)能量之間的區(qū)別與聯(lián)系，尤其要求學(xué)習(xí)者做好聽課后的反思，掌握相關(guān)能量的計(jì)算技巧，以后遇到類似問題能夠有效解決。例2.一物體以90J的動(dòng)能沿著固定在地面傾角為α的斜面斜向上運(yùn)動(dòng)。當(dāng)其運(yùn)動(dòng)至某一點(diǎn)時(shí)動(dòng)能減小30J，機(jī)械能減少10J。若物體和斜面的摩擦力阻力大小始終不變，以地面為零勢能點(diǎn)。則（）A.物體返回到斜面底部時(shí)的機(jī)械能為30JB.物體到達(dá)斜面最高點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能為0JC.物體由斜面最高點(diǎn)返回底部過程中重力做功60JD.物體從出發(fā)到返回底部克服阻力做功30J該題創(chuàng)設(shè)的斜面情境雖然難度不大，但是相對來說較為抽象，部分學(xué)習(xí)者往往對基礎(chǔ)知識的理解不夠深入而做出錯(cuò)誤判斷。物體機(jī)械能減少量為摩擦力做的功，該功和物體在斜面上的位移成正比。根據(jù)題意動(dòng)能每減少30J，機(jī)械能減少10J，因此，當(dāng)物體動(dòng)能減少90J，則機(jī)械能減少9030×10J=30J，因此，當(dāng)其達(dá)到斜面上的最高位置時(shí)，機(jī)械能為90J-30J=60J。該能量為物體的重力勢能。物體返回地面的機(jī)械能為90J-30J-30J=30J。綜上所述，AC兩項(xiàng)正確。

三、用于彈簧問題中

彈簧問題是高中物理中相對來說較為抽象的一個(gè)問題。很多學(xué)習(xí)者對彈簧的特點(diǎn)理解不深入，導(dǎo)致在解題的過程中難以下手。事實(shí)上彈簧不僅具有拉力、彈力，而且能夠儲存與釋放能量。高中物理教學(xué)中為使學(xué)習(xí)者熟練掌握彈簧的受力特性以及在儲存、釋放能量時(shí)的注意事項(xiàng)，借助能量守恒巧妙地解答相關(guān)習(xí)題，課堂上既要注重為學(xué)習(xí)者展示彈簧實(shí)物，要求學(xué)習(xí)者通過拉伸與壓縮彈簧進(jìn)行真實(shí)的體驗(yàn)，又要通過設(shè)計(jì)與彈簧相關(guān)的物理實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)習(xí)者親自參與實(shí)驗(yàn)過程，了解彈簧在不同程度的壓縮或拉伸時(shí)儲存的能量之間的關(guān)系，為能量守恒的靈活應(yīng)用做好鋪墊。當(dāng)然為使學(xué)習(xí)者積累運(yùn)用能量守恒分析彈簧問題的經(jīng)驗(yàn)，教師應(yīng)注重與學(xué)習(xí)者一起分析經(jīng)典例題，尤其通過多媒體技術(shù)的應(yīng)用，加深學(xué)習(xí)者對彈簧形變過程的認(rèn)識，更好地掌握相關(guān)解題思路。例3.使用一勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧將質(zhì)量均為m的物塊連接在一起，豎直放在水平地面上，A處在彈簧上端且靜止。某時(shí)刻在距離A的正上方h的高度位置，由靜止釋放一質(zhì)量為m的物塊C。C和A發(fā)生碰撞后隨即黏在一起，彈簧始終在彈性限度內(nèi)。忽略空氣阻力，重力加速度為g，則（）A.C和A相碰后A的最大速度大小為gh2B.C和A碰撞過程中，AC組成的系統(tǒng)損失的機(jī)械能為mgh4C.C和A相碰后彈簧的最大彈性勢能為mgh2D.要使碰后物體B被拉離地面，h至少為8mgk該題較為抽象，難度較大。在進(jìn)行該問題講解時(shí)借助多媒體課件動(dòng)態(tài)、直觀展示彈簧形變過程，降低學(xué)習(xí)者理解難度，更好地增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的自信。根據(jù)題意C被釋放后做自由落體運(yùn)動(dòng)，碰撞前由動(dòng)能定理可知mgh=12mv2，v=2gh。碰撞時(shí)由動(dòng)量守恒可知mv=2mv1，v1=gh2。黏在一起后兩者將做加速運(yùn)動(dòng)，因此，其最大速度大于gh2。碰撞過程由能量守恒可得其損失的機(jī)械能為mgh-12×2mv12=mgh2。由能量守恒AC速度為零時(shí)彈簧彈性勢能最大，其中AC動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈簧彈性勢能的能量為mgh-mgh2=mgh2。加上彈簧原有的彈性勢能，因此，最大彈性勢能應(yīng)大于mgh2。設(shè)起初彈簧的壓縮量為x0，則mg=kx0，要想B能拉離地面，彈簧的伸長量應(yīng)為x0，AC構(gòu)成的系統(tǒng)能量剛好轉(zhuǎn)為自身的重力勢能為2mgx0，即，由能量守恒可得mgh2=4mgx0，聯(lián)立可得h=8mgk。綜上選擇D項(xiàng)。

四、用于傳送帶問題中

與傳送帶相關(guān)的能量問題是高中物理中難度較大的一個(gè)問題。該類問題常常與運(yùn)動(dòng)學(xué)類問題結(jié)合，需要學(xué)習(xí)者通過受力分析，正確判斷出在傳送帶物體上的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。運(yùn)用能量守恒解答該類問題的難點(diǎn)在于準(zhǔn)確地計(jì)算出摩擦力做的功，即轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的能量。其中摩擦力的大小不難判斷，摩擦力的位移則是物體與傳送帶的相對位移。課堂上為使學(xué)習(xí)者理解相對位移，可借助多媒體課件為學(xué)習(xí)者演示物體在傳送帶上的運(yùn)動(dòng)過程，使其清晰地認(rèn)識到相對位移是如何產(chǎn)生的以及如何進(jìn)行計(jì)算。例4.一由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的足夠長的傳送帶傾角θ=37°，按照順時(shí)針方向以速率v=4m/s轉(zhuǎn)動(dòng)。一質(zhì)量m=2kg的小滑塊，以平行于傳送帶向下v0=2m/s的速率滑上傳送帶。小滑塊和傳送帶動(dòng)摩擦因數(shù)μ=78，小滑塊從接觸傳送帶到和傳送帶相對靜止的時(shí)間內(nèi)（）A.小滑塊的加速度大小為0.1m/s2B.重力勢能增大了120JC.小滑塊和傳送帶因摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能為84JD.電動(dòng)機(jī)多消耗的電能為336J該題綜合性較強(qiáng)，能很好地考查學(xué)習(xí)者分析問題以及遷移所學(xué)解決問題的能力。對小物塊進(jìn)行受力分析，由牛頓第二定律可知f-mgsinθ=ma，f=μmgcosθ，聯(lián)立代入數(shù)據(jù)解得a=1m/s2。以沿傳送帶向上為正方向，當(dāng)小滑塊和傳送帶速度達(dá)到一致時(shí)，經(jīng)歷的時(shí)間t=v-(-v0)a=6s，其運(yùn)動(dòng)的位移s=v+(-v0)2t=6m。則重力勢能增加量為mgΔh=mgssinθ=72J。傳送帶運(yùn)動(dòng)的位移S=vt=24m。產(chǎn)生的熱量Q=μmgcosθ（S-s）=252J。由能量守恒可知，電動(dòng)機(jī)多消耗的電能為系統(tǒng)增加的機(jī)械能和內(nèi)能之和ΔE=mgΔh+12m（v2-v02）+Q=336J。綜上選擇D項(xiàng)。

五、用于拋體問題中

高中物理中的拋體運(yùn)動(dòng)分為平拋以及斜拋兩種類型。利用能量守恒解答拋體問題時(shí)不僅需要運(yùn)用拋體運(yùn)動(dòng)的相關(guān)規(guī)律，而且需要明確物體做拋體運(yùn)動(dòng)過程中能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系，分析能量變化的臨界點(diǎn)。高中物理教學(xué)中為使學(xué)習(xí)者掌握運(yùn)用能量守恒解答拋體問題的思路，課堂上教師應(yīng)注重與學(xué)習(xí)者一起剖析經(jīng)典例題并通過設(shè)置懸念，更好地激發(fā)學(xué)習(xí)者的思考熱情。例5.將一可視為質(zhì)點(diǎn)的籃球從距離地面H的高度水平拋出，第一次落地后反彈高度為916H，忽略空氣阻力，重力加速度為g，則以下說法正確的是（）A.籃球在運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能守恒B.籃球第1次落地的豎直分速度為2gHC.籃球第2次反彈的最高點(diǎn)一定為216HD.籃球反彈第1次最高點(diǎn)的重力勢能比拋出點(diǎn)減少了716mgH學(xué)習(xí)者對該問題情境較為熟悉，既考查平拋運(yùn)動(dòng)知識，又考查能量守恒知識。解題時(shí)需要靈活切換分析問題的視角，構(gòu)建對應(yīng)的物理方程。根據(jù)題干描述，籃球第1次反彈并未達(dá)到原有高度，表明其和地面撞擊有機(jī)械能損失，機(jī)械能并不守恒?；@球第1次落地時(shí)水平速度保持不變，在豎直方向上由動(dòng)能定理可知mgH=12mv2，v=2gH。由能量守恒可知籃球第1次落地?fù)p失的能量為mgH-916mgH=716mgH。因碰撞會(huì)導(dǎo)致其在豎直方向的速度變小，因此，第2次落地時(shí)的能量損失會(huì)小于716mgH，則反彈后的最高點(diǎn)應(yīng)高于216H。綜上選擇BD。六、用于飛行器問題中高中物理中與飛行器相關(guān)的能量問題常結(jié)合萬有引力定律進(jìn)行設(shè)問。該類問題創(chuàng)設(shè)的情境較為新穎，往往給出一些新的定義或者計(jì)算公式，考查學(xué)習(xí)者的學(xué)以致用能力。解答該類問題需要認(rèn)真審題，充分吃透題意，構(gòu)建與萬有引力定律之間的內(nèi)在聯(lián)系。同時(shí)，從能量守恒角度分析與之相關(guān)的能量問題。為增強(qiáng)學(xué)習(xí)者解答概率問題的自信心，遇到相關(guān)問題能夠迅速有效地切入，教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)注重多為學(xué)習(xí)者講解相關(guān)例題，使其積累相關(guān)解題經(jīng)驗(yàn)。另外及時(shí)組織學(xué)習(xí)者開展專題訓(xùn)練活動(dòng)，使學(xué)習(xí)者在訓(xùn)練的過程中體會(huì)出錯(cuò)、糾錯(cuò)的過程，逐漸加深對該類問題的理解。例6.宇航員完成對某個(gè)星球探測后，將要乘坐返回艙返回到繞著該星球做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道艙中。假設(shè)返回艙和人的總質(zhì)量為m，該星球?yàn)橘|(zhì)量均勻半徑為R的球體，其表面的重力加速度為g，軌道艙運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r。返回艙和軌道艙對接時(shí)需要確保相同的速度。已知返回過程中克服該星球引力做的功W=mgR（1-Rr）。忽略大氣以及該星球自轉(zhuǎn)的影響。若該宇航員乘坐返回艙安全返回到軌道艙，至少需要消耗多少能量？該題情境新穎，考查萬有引力、能量守恒等知識。由能量守恒可知，宇航員要想成功返回軌道艙，需要克服該星球引力做的功以及自身的動(dòng)能。宇航員和返回艙在該星球表面時(shí)其萬有引力和重力相等，即，GMmR2=mg。設(shè)軌道艙的質(zhì)量為m0，速度為v，由萬有引力提供向心力可得GMm0r2=mv2r，聯(lián)立解得v=Rgr，則消耗的能量E=W+12mv2=mgR（1-Rr）+12m（Rgr）2=mgR（1-R2r）。綜上所述，能量守恒在高中物理解題中有著廣泛應(yīng)用。為提高學(xué)習(xí)者解答相關(guān)問題的效率與能力，教師在教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)嚴(yán)把基礎(chǔ)知識教學(xué)質(zhì)量關(guān)，使學(xué)習(xí)者理解相關(guān)概念以及計(jì)算公式，充分領(lǐng)悟其內(nèi)涵。同時(shí)，通過相關(guān)習(xí)題情境的創(chuàng)設(shè)以及解題過程的展示，給學(xué)習(xí)者做好應(yīng)用示范，并積極開展專題訓(xùn)練活動(dòng)，使學(xué)生積累經(jīng)驗(yàn)，掌握技巧。

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作者：王智榮