高中物理解题中机械能守恒定律的运用

【摘要】在高中物理教学体系中，为了加深学生对机械能守恒定律的理解，强化学生的解题能力，教师应注重对机械能守恒定律的讲解，改变固有的教学认知思路，从学生的学习基础、接受能力入手，保证机械能守恒定律的教学质量，提高学生的学习能力.

【关键词】高中物理；解题教学；机械能守恒定律

机械能守恒定律在特定情况下，只有重力与弹力做功，物体动能与势能之间的转化具有相互性.然而，机械能在守恒情况下，相较于之前没有明显改变.为了让学生完全理解机械能守恒定律，找到机械能守恒定律的解题方法，需要高中物理教师为学生精心选择典型习题，激发学生对问题的探究意识，找到解决问题的关键点，克服学习问题，让学生达到举一反三、学以致用的效果.

1机械能是否守恒的判定

在高中物理解题教学组织中，为学生讲授有关机械能守恒的知识要点，教师根据教学重点内容，让学生掌握机械能守恒判定条件，指导学生通过直接判定、间接判定等方式[1]，使学生掌握机械能守恒判定定理，帮助学生克服学习难点，提高学生的物理学习效率.

例1在微信上有一款“跳一跳”的小游戏，要求游戏者通过控制棋子脱离平台的速度，在同一平面内，从一个平台跳到另一个平台上，其中棋子的质量为m，棋子可以看做质点．如图1所示，抛物线是棋子在某次跳跃时的运动轨迹，轨迹最高点与平台表面之间的高度为h，忽略空气阻力，重力加速度为g，那么（）

（A）棋子从离开平台到运动到最高点的过程中，其重力势能增加mgh．

（B）棋子从离开平台到运动到最高点的过程中，机械能增加mgh．

（C）棋子离开平台后，在距离平面h2时，其动能是mgh2．

（D）棋子落到另外一个平台上时，其速度大于2gh．

解析棋子从离开平台到运动到最高点，整个过程中是重力做功，做功为－mgh，因此，重力势能增加mgh，（A）选项正确．棋子从起跳到最高点，整个过程只有重力做功，动能与重力势能相互转化，机械能守恒，因此，机械能增加为零，（B）选项错误．棋子离开平台之后，机械能守恒，设最高点位置的动能是EK1，距离平面高度为h2时，其动能是EK2，所以mgh+EK1=mgh2+EK2，求解得出EK2=mgh2+EK1，所以选项（C）错误．从最高点位置落到另外一个平台，根据机械能守恒可以得到mgh+EK1=12mv2，所以可以得出v＞2gh，选项（D）正确．本题的正确答案是（A）（D）．

2单个物体机械能守恒定律的探究

例2观察以下3种物体运动体系，图2是忽视空气阻力的影响，而进行抛体运动；图3是以光滑固定斜面为运动载体，进行曲面运动；图4是在重力作用下做功的“链条”，请问以下3个图形其研究主体是什么，可用什么公式表示？

解析教师指导学生对以上三个图案展开深入分析，探究其研究对象，学生发现3张图片的研究主体均是重力势能和动能的相互转换，同时，学生写出转换公式mgh=12mv2.

例3根据自己所掌握的机械能守恒定律，判定以下正确的选项为（）

（A）正处于匀速运动的物体，其机械能一定保持守恒.

（B）正处于匀速圆周运动的物体，其机械能一定具有守恒特点.

（C）正处于变速运动的物体，其机械能可能存在守恒关系.

（D）合外力对物体做功不能达到零的情况，其机械能势必不存在守恒.

解析此部分知识点学习难点比较低，学生理解起来比较容易，所以而选项（D）有一定的迷惑性，物体所有的重力可划分为内力或者外力，学生一时之间无法做出正确判定.由于教材文本中分析势能往往以系统共同存在为前提，并不是每个物体所独有的，在授课时为了降低学生的学习难度，教师没有让学生思考地球这一研究主体，只对问题的中物体做到具体问题具体分析.

3系统机械能守恒问题探究

例4 如图5所示，在一个直角尺的两端A、B处，分别固定质量为2m和3m的两个小球，在直角尺的定点O处有一个光滑的固定旋转轴，AO=2L，BO=L，开始时，直角尺的AO部分处于水平位置，并且B在O的正下方，当系统由静止开始自由旋转，求：

（1）当A达到最低点时，A小球的速度大小v；

（2）B小球可以上升的最大高度h（直角尺的质量忽略不计）．

解析（1）以直角尺和小球组成系统作为研究对象，由于转动的过程中不受摩擦力和介质阻力的影响，因此，整个系统的机械能守恒．A、B旋转的角速度始终相同，由v=ωr，设小球A的速度是v，所以v=2vB，根据系统的机械能守恒，可以得出2mg·2L=3mg·L+12mv2+123mv2b，求解得出v=8gL11．

（2）通过分析可以得出，B不可能达到O的正上方，因此，其达到最高时，速度为零，设该位置位于OA杆竖直位置向左偏α角，根据机械能守恒定律，得出2mg·2Lcosα=3mgL（1+sinα），化简得到4cosα－3sinα=3，根据数学知识，sin（53°－α）=sin37°，所以α=16°，所以B小球可以上升的最大高度为h=L+L·sin16°=L+L（sin53°－37°）=1.28L．

参考文献：

[1]叶新美.能量守恒定律在高中物理解题中的应用研究[J].数理化解题研究，2023（21）：71-73.