高中物理“机械能守恒定律”教学策略探究

摘 要：物理学习讲究思维和方法，尤其是高中阶段经典物理的教学和学习，抓要点、巧分类是理清思路、解决问题的关键。笔者结合实践教学经验和教育一般方法，以机械能守恒定律教学为例，对高中物理抓要点、巧分类教学的实现思路和方法发表看法，以期为高中物理教学质量提高提供经验参考。

关键词：高中物理;机械能守恒定律;教学策略;抓要点;巧分类;

1.机械能守恒的概念和内涵

机械能是自然界中普遍存在的能量形式，具体可分为动能和势能，其中势能包括引力势能、弹性势能、电势能和核势能，机械守恒定律主要与动能、弹性势能和引力势能相关。

简单来说机械能守恒定律就是在只有弹力和重力做工下，物体的机械能总和保持不变，只会在动能和势能之间相互转化。也就是说，在外部条件不变的情况下，机械能总值是固定的，物体的机械能不是动能就是势能也可能是两者的总和。

因此解决以机械能守恒定律相关的物理问题时的关键在于确定物体所在的系统，明确机械能的总值，使学生掌握整体和局部的思维，既能够分析物体的机械能特点又能够明确物体所在系统的机械能特点，从而有效解决问题。这是机械能守恒定律学习的要点和难点。

2.单个物体的机械能守恒问题

单个物体的机械能守恒问题的分类和要点较为简单。解决此类问题只需要考虑物体自身即可，不需要将物体放在一个力学系统里去考虑，此类问题是机械能守恒问题的入门级问题。如常见的平抛运动、匀速直线运动、自由落体运动等。

现在假设有一个小球，做自由落体运动，求小球的机械能（不考虑大气阻力）。遇到这种问题，不能做过多的考虑，因为自由落体中小球的速度会越来越快，如果考虑到动、势能的相互转化，那么此类问题将会陷入无解的情况。在已知机械能守恒的情况下，只需要考虑极限情况，如小球刚开始自由落体或落到地面时，即对应的V=0和V=1/2gt2时，此时对应的分别是动能为0和势能为0，从而快速计算出机械能的值。

解决单个物体机械能守恒问题可分为两步，对极限状态下机械能存在类型进行确定，即分类，确定物体的机械能属于动能还是势能，第二步就是单纯的计算问题。此类问题仅是机械能守恒的入门问题，学生能够熟练解决此类问题，则表明学生具备机械能分类的基本能力，这是解决更复杂机械能守恒问题的基础。

3.两个物体的机械能守恒问题

两个物体的机械能守恒问题则是对单个物体机械能守恒问题的升级，最根本的还是对极限状态的把握以及极限状态下物体机械能存在类型的确定以及计算。常见的此类的机械能守恒问题主要是“天平问题”、“跷跷板”问题等。

如例题：在水平桌面上固定一个高h竖直的立体木块，然后木块上水平方向搭载一个长度L（假设L足够长）的木板，木板两端放两个重物A和B，重物质量分别为m1和m2（m1和m2质量不一定相等，大小关系未知），在重力影响下，木板开始向一个方向倾斜，问重物A上升/下降至最大时，重物A或B的速度。

在此类机械能守恒问题中，关联的物体往往有两个，解决此类问题的关键在于确定系统和明确变化。所谓变化，就是在重力势能影响下，重物动能开始增加，具体是变大或变小视题目内容而定，当然也可能是动能减小，势能增加，但解题思路万变不离其宗。

首先，需要将题目中“天平”和两个重物放在一个系统内分析问题，因此整个系统的机械能守恒，而并非单个物体的机械能守恒。然后再对两个重物分别分析，不难发现上升的重物势能增加、动能也增加，而下降的重物动能增加、势能减少，但整个系统的机械能守恒。再遵从一个物体时机械能守恒解题的一般思路，寻找问题的极限状态。在这个系统中，极限状态有两个，分别是重物刚放上去相对静止状态，和重物下降/上升至最大的相对静止状态，那么不难得到机械能总值为m1gh1+m2gh1，同理也可表示为m1V2+m2V2+m1gh2+m2gh3，。在“天平”系统中，A上升/下降与B下降/上升的速度是保持一致的，这是一个隐藏条件，要捕捉到。然后初始的h已知，g已知，m1、m2已知，那么机械能总值已知。从相对静止运动到相对静止时，h2与h3会与h存在一个相对关系，进一步可求出h2与h3，代入后再求出V2，此时答案就呼之欲出。

上述解题思路不难看出，处理两个物体机械能守恒相关问题的关键在于找到机械能守恒条件，即以系统的思路分析问题。

4.多个物体的机械能守恒问题

如例题：在光滑的水平面上，有物体A，质量M，物体A上有物体B，质量m，A、B之间有一个弹簧，然后施加给A初始速度v，求两个物体相互作用时最大的弹性势能。

这是一道经典的机械能守恒问题，涉及到了A、B、弹簧多个物体，解题的关键在于明确系统和找到运动的极限。

依然是先遵從整体思路进行分析，不难发现，A、B、弹簧构成的运动系统外无力做工，也就是说，A、B、弹簧运动系统的机械能必然守恒，那么就剩下找极限这个难点。问题是求最大弹性势能，那么什么时候弹性势能最大。机械能守恒定律的基本内容就是机械能不会增加或减少，只会在动能和势能之间相互转化，也就是说，动能最小时，势能最大。发挥想象力，A、B及弹簧的运动状态，首先A以速度v做运动，然后接触弹簧，弹簧压缩，B开始运动，然后A、B、弹簧开始保持相对静止状态，A、B、弹簧均做匀速直线运动。这个过程中，动能先转化为弹性势能，弹性势能再转化为动能直至保持相对静止。分析到这里，答案就呼之欲出，动能小的时候就是B开始运动的那一瞬间，余下的就是计算问题。

参考文献

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作者简介：王红辉;性别：男;出生年月：1974.9;籍贯：襄阳;民族：汉;最高学历：本科;职称：中一;研究方向：高中物理教学;邮编：318000;单位：浙江省台州市第一中学