譚洪艷

【內(nèi)容摘要】機(jī)械能守恒定律為高中物理知識(shí)中的重點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容，更是難點(diǎn)內(nèi)容，需要將相關(guān)的知識(shí)融會(huì)貫通。這一知識(shí)點(diǎn)比較抽象，不容易理解，所以在授課的過程中，要幫助學(xué)生提升對(duì)知識(shí)的理解，使其內(nèi)化于心并學(xué)會(huì)巧用機(jī)械能守恒定律，使得對(duì)知識(shí)的應(yīng)用更加靈活，提升學(xué)習(xí)的效果。因此，本文針對(duì)高中物理機(jī)械能守恒的巧用做出了詳細(xì)的研究和分析，以便學(xué)生對(duì)于機(jī)械能守恒定律能夠真正靈活應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】高中物理機(jī)械守恒巧用

機(jī)械能守恒定律的知識(shí)點(diǎn)，在高中教學(xué)中比較難，這一知識(shí)點(diǎn)只對(duì)物體的起始以及末尾狀態(tài)進(jìn)行了關(guān)注，對(duì)物理中間運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的過程有所忽視。因此，在對(duì)動(dòng)力學(xué)的相關(guān)問題進(jìn)行解決的過程中，需要應(yīng)用機(jī)械能守恒定律，會(huì)將原本更加抽象的知識(shí)變得簡(jiǎn)單，對(duì)于解題技巧的掌控，可以概括為：其一，明確題目所研究的對(duì)象;其二，針對(duì)物理實(shí)施相應(yīng)的受力分析;其三，對(duì)系統(tǒng)可否有負(fù)荷機(jī)械能守恒產(chǎn)生進(jìn)行判斷;其四，對(duì)物體的開始和末尾兩種不同的狀態(tài)給予明確;其五，依照機(jī)械能守恒定律，將方程列出來之后求解;其六，分析最后的求解結(jié)果。

一、??? 單個(gè)物體的機(jī)械能守恒

物體機(jī)械能包含了物體的勢(shì)能以及動(dòng)能，前者還涵蓋了彈性勢(shì)能以及引力勢(shì)能等。這里提出的理論對(duì)于學(xué)生來說，在理解方面存在較大的難度，所以對(duì)于知識(shí)的具體應(yīng)用，無從下手。

單個(gè)物體在實(shí)際運(yùn)動(dòng)當(dāng)中，如產(chǎn)生了平拋運(yùn)動(dòng)、物體下落以及圓周運(yùn)動(dòng)等，只有重力產(chǎn)生了作用，其他的力沒有產(chǎn)生作用，說明機(jī)械能是守恒的。對(duì)于這一問題的解決，不但要對(duì)機(jī)械能是否守恒進(jìn)行正確掌握，還需要對(duì)特殊的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行應(yīng)用[1]。

二、??? 兩個(gè)物體的機(jī)械能守恒

兩個(gè)物體產(chǎn)生的機(jī)械能守恒問題，可探討存在的兩種情況。其一，兩個(gè)物體的繩子為緊繃狀態(tài)的過程中，運(yùn)動(dòng)方向和相連的繩子移動(dòng)，會(huì)構(gòu)建出相應(yīng)的夾角，這便說明了不同的兩個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)速率;其二，在繩子處于緊繃狀態(tài)的過程中，利用輕繩連接兩個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)方向，那么緊繃的兩個(gè)物體在繃緊當(dāng)中的任何一時(shí)刻，所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)速率都是相等的。在對(duì)這一問題進(jìn)行解決的過程中，需要將兩個(gè)物體的速率情況進(jìn)行深刻挖掘[2]。

例如：質(zhì)量分別為2m和3m的兩個(gè)小球固定在一根直角尺的兩端A、B，直角尺的頂點(diǎn)O處有光滑的固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸。AO、BO的長分別為2L和L。開始時(shí)直角尺的AO部分處于水平位置而B在O的正下方。讓該系統(tǒng)由靜止開始自由轉(zhuǎn)動(dòng)，（sin37°=0.6），不計(jì)直角尺的質(zhì)量，求：

（1）當(dāng)A到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)，A小球的速度大小v;

（2）B球能上升的最大高度h;

（3）要使直角尺能繞轉(zhuǎn)軸O順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，需要對(duì)該系統(tǒng)做功。則至少要對(duì)該系統(tǒng)做多少功？

對(duì)于題目的分析，要將直角尺和兩小球組成的系統(tǒng)為對(duì)象，由于轉(zhuǎn)動(dòng)過程不受摩擦和介質(zhì)阻力，所以該系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。

（1） 過程中A、B轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度始終相同，有：? vA=2vB

系統(tǒng)的機(jī)械能守恒得：△EPA=△EKA+△EKB+△EPB

即： 2mg·2L=3mg·L+12·2m·v2+12·3m·v2B

解得 ：? v=8gl11

（2）B球不可能到達(dá)O的正上方，它到達(dá)最大高度時(shí)速度一定為零，設(shè)該位置位于OA桿豎直位置向左偏了α角。如圖所示（2）。

則有2mg·2Lcosα=3mg·L（1+sinα）

此式可化簡(jiǎn)為?? 4cosα-3sinα=3

解得 sin（53°-α）=sin37°，α=16°

（3）轉(zhuǎn)動(dòng)過程中系統(tǒng)的重力勢(shì)能最大時(shí)，動(dòng)能最小。要使直角尺能繞轉(zhuǎn)軸O順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，系統(tǒng)應(yīng)轉(zhuǎn)過動(dòng)能最小處。如圖（3）所示。

取OA桿的初始位置為零勢(shì)能參考點(diǎn)，則如圖（3）所示處系統(tǒng)的重力勢(shì)能威者? EP=2mg·2Lcosθ+3mg·Lsinθ

此式可化簡(jiǎn)為?? EP=mgL（4cosθ+3sinθ）≤5mgL

系統(tǒng)的重力勢(shì)能最大值? EP=5mgL

系統(tǒng)位于初始位置的重力勢(shì)能：? EPO=-3mgL

由功能觀點(diǎn)有：?? W=△EP增

W=EP-EPO=8mgL

至少要對(duì)該系統(tǒng)做功W=8mgL

三、??? 多個(gè)物體的機(jī)械能守恒

單個(gè)物體以及兩個(gè)物體之間存在的機(jī)械能守恒問題， 需要教師的系統(tǒng)引導(dǎo)，利用教師的引導(dǎo)，學(xué)生對(duì)于知識(shí)的把控會(huì)更加具體。針對(duì)多個(gè)物體之間的機(jī)械能守恒問題，需要先幫助學(xué)生對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行明確，對(duì)其受力情況分析;其次，判斷機(jī)械能守恒的條件，查看是否為機(jī)械能守恒;再次，對(duì)統(tǒng)一的勢(shì)能零點(diǎn)和相應(yīng)的慣性參考系進(jìn)行統(tǒng)一，綜合分析運(yùn)動(dòng)的過程，可對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能以及勢(shì)能進(jìn)行確定。最后，機(jī)械守恒定律針對(duì)相應(yīng)的方程進(jìn)行建立，之后計(jì)算結(jié)果。

結(jié)束語

總之，機(jī)械能守恒定律，只對(duì)物體的起始以及末尾狀態(tài)進(jìn)行了關(guān)注，對(duì)物理中間運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的過程有所忽視。因此，在對(duì)動(dòng)力學(xué)的相關(guān)問題進(jìn)行解決的過程中，需要應(yīng)用機(jī)械能守恒定律，會(huì)將原本更加抽象的知識(shí)變得簡(jiǎn)單。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉欣.物理教學(xué)中學(xué)生自主探究能力的培養(yǎng)——以《機(jī)械能守恒定律》為例[J].甘肅教育，2019（17）：186.

[2]周棟梁.基于物理觀念形成和發(fā)展的高中物理單元教學(xué)設(shè)計(jì)——以人教版《物理》必修2“機(jī)械能守恒定律”單元為例[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2019，48（13）：18-23.

（作者單位：長春市農(nóng)安高級(jí)中學(xué)）