对巧用动能定理解决物理特殊问题的探究

摘 要：在分析动能定理内容和运用步骤的基础上，本文结合例题对动能定理在物体过程做功问题、变力做功问题和复杂曲线问题等特殊物理问题解答上的运用过程展开了分析。

关键词：动能定理；物理问题；解题策略

一、 引言

在高中物理学习中，在对功能关系进行比较时，通常需要采用动能定理。相较于其他方法，动能定理理解起来更加容易，通过灵活运用可以轻松解答各种特殊的物理问题。因此，动能定理能够为我们高中生解题提供便利。

二、 动能定理概述

动能定理表达式为W=ΔEk，即W1+W2+W3+…=12mv22-12mv12。不难发现，动能定理用于反映合外力做功和动能变化的关系。在合外力做功的过程中，功为过程量，能为状态量，二者间无直接关系，做功即能量转化的过程。而随着动能的变化，总功就会发生相应转化。如果合力做正功，动能将随之增加。反之做负功，动能将有所减少。利用动能定理，可以明确研究对象，实现对物体运动过程的分析。通过分析对象受力状况和各力做功情况，可以明确物体在始末状态下的动能情况。因此在应用过程中，需要将问题重点放在物体做总功、初动能和末动能上，忽略物体运动的详细过程。

三、 巧用动能定理解决物理特殊问题

（一） 解决物体过程做功问题

例1 如图1所示，在固定盒子中存在一个质量为m的滑块，其与盒子底面的动摩擦因数为μ。一开始，滑块位于盒子中央，以初速度v0向右运动，与盒子两壁碰撞若干次后，滑块速度逐渐减慢，最终变为零。若盒长L，滑块与盒壁碰撞无能量损失，求物体与两壁碰撞次数。

在解答该问题时，需要以滑块为研究对象，判断滑块在运动期间，因为需要克服摩擦阻力做功所以导致初动能被消耗。而滑块在盒子底部进行滑动，与两壁进行多次作用的过程中，尽管摩擦力会发生方向变化，但总体做负功，因此只需要关注摩擦力大小，可以将摩擦力与物体通过的路程相乘。

（二） 解决物体变力做功问题

例2 小车利用定滑轮和绳PQ进行连接，用于拉动山崖下质量为m的物体。对绳和定滑轮的重量进行忽略，小车初始位置为A，此时绳子紧绷，左边长H，小车由静止加速向左运动，由B点向C点运动，AB间距离为H，到达B点速度为VB，求小车由A到B时，绳子Q端物体做功大小。

在求解该问题时，由题目可知，车辆在AB端行驶的过程中，物体仅受重力和拉力的作用，拉力在不断改变，所以还要重点考虑物体上升速度与高度关系。而结合动能定理，可以确定拉力做功大小。

（三） 解决复杂曲线问题

例3 如图2所示，在场强为E的水平匀强电场中，长L的绝缘杆绕过中点的水平轴O在竖直平面内转动，其质量和与轴的摩擦忽略不计，水平轴与场强方向垂直。在杆的两端，存在固定带电小球A和B，质量分别为2m和m，带电量分别为+2Q和-Q。杆最初位于图中竖直位置，在电场力和重力作用下转动到水平位置时，求A球动能大小。

求解该问题时，表面来看似乎为圆周运动问题，对物体A在第二种状态下的动能进行计算，需要对A的速度进行求解。但是想要求解A的速度，需确定其受力情况。从系统受力情况来看，A和B均受电场力F、重力G和杆作用力N的作用，前两个力恒定不变，但杆的作用力未知。因此在水平位置下，难以对A受的合外力进行确定。但是如果运用动能定理，可以直接结合各力做功情况展开分析，因此可以简化问题的求解。

四、 结语

通过研究可以发现，针对特殊的物理问题，可以通过巧妙运用动能定理加以解决。而在实际解题的过程中，还要针对问题的特殊性展开分析，然后结合动能定理知识点和应用步骤进行解题，从而提升我们的做题效率。

参考文献：

[1]赵小勇.巧用动能定理速解高考题[J].中学物理教学参考，2015，44（20）：91.

[2]李春明.巧用“一題多问”掌握动能定理的应用[J].物理之友，2015，31（8）：36-37.

[3]王大春.例谈巧用动能定理的解题策略[J].数理化学习（高中版），2014（10）：21-22.

作者简介：

姚志毅，湖南省长沙市，湖南长沙同升湖实验学校。