力学中三个能量守恒定律的应用分析

闫志诚

摘要：能量守恒定律是高中物理学非常重要的一个知识点，牢固掌握其基本知识点对解决物理学其他问题非常重要.能量守恒并不是孤立存在，它与力学、光学、电学都有着千丝万缕的联系，相互贯穿，解决物理界中很多实在问题.本文根据苏教版物理学所具有的特点，从多个方面分析能量守恒定律在高中物理中应用.

关键词：物理；高中；应用分析；

运动作为是物理学研究最常用的一种形式 ，其种类很多，包括机械运动、分子热运动、电磁运动等，而能量是衡量这些运动的最基本量度.能量消失和产生都不是无缘无故 的 ，往往 是两 种形 式 的能量互 相转 化 ，比如 电能 、光能、热能之问的转化，当物体运动时，能量就会发生传递 ，此时表示物体进行了做功或者热传递。

一、 能量守恒在不同物理领域中的应用

（一）、在机械运动中能量守恒的应用

在机械运动过程中，物体运动做功产生机械能，并随后将机械能转化为热能和其 他能 ，由功能定理 ：外力做功与系统内部保守内力做功之和等于系统机械能的改变量 ，多质点动能定理：外力做功与系统内力做功之和等于系统动能的改变量.

其中一个质点所受外力对它做的功等于系统动能的改变量.若系统只受到保守内力做功 ，那么没有机械能与其他能之间转化 ；否则存在机械能与其他形式能产生转化 ，如摩擦生热.通常来说 ，只要机械能与其他形式能之间产生了转化则都可以用系统内部成对的非保守力做功来衡量该转化。

按照上文能量之间相互转化的规律 ，不仅能够求出转化的能量，而且还能够求出物理学中难以求出的其他物理量，如变力做功、空间位置、位移、路程和速率等.下面通过一个具体实例来分析能量守恒定律在机械运动中的应用 ：

例 1 如 图 1 所示 ，水 平面上放置两物体 A ，曰，两者用一根轻弹簧相连，已知 m = 2m ，A放置在直角墙壁，现给 B 物体在 图1F 外力作用下压缩弹簧做功 ，随后突然去除外力F ，当4离开墙壁最大弹性势能为多少？

解题思路：首先需要将 A 、 看成一个整体 ，在 A 离开墙壁前 和离 开后 分 别满 足 系统 机 械 能 守恒 和 动 能守恒.所 以弹性势能最大发生在 A 、B 具有相 同速度时 ，此 时弹簧的形变也是最大.

A 恰好要离开墙壁时刻点作为临界点，此时假设 B 的初速度为 ，有 ：

令 A 、B同速时的速度为 ，根据机械能守恒定律 ，有：

根据动量守恒定理又知：

最后求出

如果用机械能守恒定律很难直接求出最大弹性势能.

（二）、在分子热运动中能量守恒应用

当分子进行热运动时，将会有内能产生，内能与其他形式的能之間相互转化 ，并通过做功和热传递来实现的.根据热力学第一定律 ：任一过程系统 的内能的增量等于该过程中外界对系统做功和热传递热量的总和.

下面分析一例说明：

例 2 现有一铅块固定在地面不动，其质量大小为

kg，另有有一铅弹，质量为 m kg，并以一定速度击打铅块，在击打过程中二者的温度增加了 12～C ，现在若将原来大小的铅块放置在光滑的水平面上，然后铅弹用 同样的速率击打它并且然后留在铅块中，二者的温度增加了 11℃，求铅块与铅弹的质量 比.

解题思路 首先根据热力学第一定律来得出气体 内能的变化，再运用能量守恒定律 ：内能的改变量等于减少的机械能

设铅弹的初速度为 ，第二次两者达到的共同速度为 ，两次升高的温度分别为△￡ 和 △￡：，铅的比热容为 C ，因损失的机械能全部转化为铅块和铅弹的内能，故有：

二、 能量 守恒定律判断某个物理过程应该满足的条件

由于任何物理变化过程都遵循能量转化和守恒定律 ，因此 违背定律 的物理变化过程是不可能实现的 ，而能够实现的物理变化过程一定是受到能量守恒定律的制约 ，据此可以求出应满足的其他条件.

例3现有一入 射粒子 和一静 止粒 子 ，质 量分别 为 rn.和 m ，，并让两者发生碰撞.已知正常情况下机械能在碰撞

过程中是有损失的，试验中测出了碰撞后第二个粒子速度为，求第一个粒子原来速度 %的值的可能范围

解题思路：要求出第一个粒子原来速度 %的可能的范围就必须找到临界状态的值.已知碰撞的不同性质中，弹性碰撞不损失机械能 ，因此对应的弹性碰撞求出的值应该是各种碰撞中 。可能值的最小值.在机械能损失的非弹性碰撞过程能量损失最多，所以此时 % 的值应该最大值.

根据动量守恒定律和完全非弹性碰撞特点设碰撞后两粒子共同速度 有

所以综上可知 ，第一个粒子原来速度范围为

应该强调的是按照能量转化的观点分析解决问题的方法与按照 力 、动 量 的分析观点解决问题方法是相辅相成的，均要熟练的掌握，并应清楚认识它们之间存在的差异和使用的范围，三者是不能相互替代的

能量守恒解决物理问题时很少需要考虑物体运动的中间过程 ，通过能 量的转化关 系我们 即可解 决 问题 ，应用起来也相对较为简洁.另外 当有多个物体组成的系统问题较为复 杂的情况下，此时在解决这类问题时通常是将这个系统看成一个整体再利用你让那个两守恒来解决问，将物体之间的关系作为内部关系，并且利用能量守恒可以忽略这些关系 简化了问题本身解决起来也方便 、简单.

参考文献：

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