蔣正洋

(江蘇省揚(yáng)州市樹人中學(xué)高二(二)班，江蘇 揚(yáng)州 211400)

能量守恒分析高中物理問題

蔣正洋

(江蘇省揚(yáng)州市樹人中學(xué)高二(二)班，江蘇 揚(yáng)州 211400)

能量守恒是高中階段物理課程的重點(diǎn)內(nèi)容，能量守恒定律并非是一個單獨(dú)的分支，而是貫穿于物理學(xué)科的多個方向中中，例如天體運(yùn)動、圓周運(yùn)動、電學(xué)、光學(xué)等的解題過程中常常出現(xiàn)，掌握這一個知識點(diǎn)對于高中生們進(jìn)行物理題目的分析能夠十分有效的幫助大家解決各種問題，應(yīng)當(dāng)是我們高中生必備的技巧.

高中;物理;能量守恒;問題

在傳統(tǒng)的能量守恒定律中，往往都以能量既不會憑空產(chǎn)生也不會憑空消失，只不過會從一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式的概念出現(xiàn)在物理學(xué)習(xí)過程中.

1.力學(xué)中的能量守恒問題

圖1

謂力，就是物體之間的相互作用力.如果一個物體只受到重力和彈力的作用，那么這個物體的能量就只會在勢能和動能之間互相轉(zhuǎn)化，但是機(jī)械能的總量是保持不變的，這就被稱作為機(jī)械能的轉(zhuǎn)化和守恒.如圖1.

已知這條水平傳送帶按照均勻的速度前行，速度為3m/s，在A端的上方置有一裝滿木塊的桶，在正常運(yùn)作情況下，木塊會按照50kg/s的流量落在傳送帶上，當(dāng)一段時間的運(yùn)動過后，木塊與傳送帶保持一致速度，并運(yùn)動到傳送帶的B端，針對木塊運(yùn)動的這一過程，計算電動機(jī)變化的功率，以及一分鐘內(nèi)木塊與傳送帶摩擦產(chǎn)生的熱量.在這道題中，運(yùn)用傳統(tǒng)的力學(xué)解題方式分析較為復(fù)雜，因此可以通過能量守恒定律進(jìn)行分析.當(dāng)木塊掉落到傳送帶上之后，摩擦力持續(xù)對木塊做正功，而對傳送帶做的是負(fù)功，假設(shè)此時木塊的速度為3m/s.此時，傳送帶做的功就會轉(zhuǎn)變?yōu)槟緣K的動能以及摩擦產(chǎn)生的熱量，即是摩擦力產(chǎn)生的熱量進(jìn)行了轉(zhuǎn)化，在一分鐘內(nèi)傳送帶與木塊摩擦產(chǎn)生的熱量與電動機(jī)增加的功率之和必定等于傳送帶在這個過程中做功的大小.這就是一個通過能量守恒定律迅速切入解決問題的典型例題，大大簡化了傳統(tǒng)受力分析解決問題的繁瑣步驟，并且清晰易懂，學(xué)生們只需要配品能量守恒的方程即可解決問題，不用擔(dān)心在受力分析時忽略了某個方向的力，或搞錯了力的大小.

2.電學(xué)中的能量守恒問題

在電學(xué)問題中，我們也常常運(yùn)用能量守恒定律解決物理問題，電場中帶點(diǎn)的物體受到了電場力的作用之后開始做功，做功的大小就等于帶電物體電勢能增加的大小，但方向相反，這是電學(xué)問題中最為基本的能量守恒條件，即W=-Ep變化量，這個公式反應(yīng)了通電的導(dǎo)體在安培力的作用下做出的功，也反應(yīng)了電能與其他帶電物體承受的力之間的關(guān)系，不論怎樣變化都是在守恒的前提下進(jìn)行轉(zhuǎn)化.

圖2

已知桌面上按照圖示方式排列了三個帶有正電的質(zhì)點(diǎn)1、2、3，并且質(zhì)量均為m，帶電量為q，三個質(zhì)點(diǎn)恰好落在一個邊長為1的等邊三角形的三個頂點(diǎn).質(zhì)點(diǎn)1、2和3之間用絕緣棒連接在一起，1和2的質(zhì)點(diǎn)用不帶摩擦的鉸鏈連接在一起.整個系統(tǒng)中，三個質(zhì)點(diǎn)最初的速度都是0，在運(yùn)動過程中，質(zhì)點(diǎn)3從初始位置O點(diǎn)運(yùn)動到了C點(diǎn)，試問點(diǎn)3的運(yùn)動速度？這道題可以忽略三個質(zhì)點(diǎn)的外力作用，將整個三角形看作一個系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)能量守恒，但是C點(diǎn)始終是質(zhì)心保持不變.因此，在運(yùn)動狀態(tài)時質(zhì)點(diǎn)3應(yīng)該會從起點(diǎn)，受到質(zhì)點(diǎn)2和3的共同作用力下沿著OC的路徑運(yùn)動，但是三個質(zhì)點(diǎn)始終都會保持三角形頂點(diǎn)的位置，這時能量守恒定律可以寫作Ek=Ep，所有的勢能都轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?，機(jī)械能保持不變.

3.光學(xué)中的能量守恒問題

光學(xué)往往作為高中物理階段的基礎(chǔ)科目或是選修內(nèi)容，在光的照射條件下，物體會發(fā)射電子，這種現(xiàn)象就被稱作為光電效應(yīng).學(xué)習(xí)光學(xué)方面的能量守恒問題必須要掌握愛因斯坦提出的光電效應(yīng)方程，即mv2=2(hv-W).光電效應(yīng)方程說明的是金屬中的電子吸收光子的能量，總能量中的一部分運(yùn)用于克服原子核對于電子的引力做功，也就是常說到的逸出功，另一部分的能量稱作電子離開金屬表面時具有的動能.由此可以知道，愛因斯坦的方程表達(dá)式充分說明了能量守恒定律的表現(xiàn)形式.在光學(xué)的學(xué)習(xí)中，雖然有許多的理論知識在學(xué)習(xí)過程中比較抽象，但是通過能量守恒定律進(jìn)行簡單的分析，并對常出現(xiàn)的物理學(xué)光學(xué)問題進(jìn)行總結(jié)，就會很容易將能量轉(zhuǎn)化的問題說清楚.

[1]鄭會林.用能量守恒分析高中物理問題[J].新課程(中學(xué)),2014(04).

[2]周峰.例談高中物理能量守恒定律[J].數(shù)理化學(xué)習(xí)(高三版),2013(11).

[責(zé)任編輯：閆久毅]

2017-07-01

蔣正洋(2000.10.16-)，江蘇省興化人，在校學(xué)生.

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1008-0333(2017)28-0079-01