藍(lán)明浩

（青島市嶗山區(qū)第一中學(xué)，青島 266100）

在高中物理定律中，以能量守恒定律的涉及范圍較廣，除力學(xué)以外，在光學(xué)、電磁學(xué)等領(lǐng)域都能夠遇到與之相關(guān)的題目。解答此類題目，則需要對能量守恒定律相關(guān)的理論知識有著一定的掌握，確定能量轉(zhuǎn)化的路徑和方式，并用數(shù)值對能量的轉(zhuǎn)化進(jìn)行度量。

1 能量守恒定律的應(yīng)用

與其它定律不同，能量守恒定律的使用并不具有明確的局限性，在適用范圍上較廣，如機(jī)械運(yùn)動、分子運(yùn)動等能夠用到，下面通過幾個例題進(jìn)行分析。

1.1 機(jī)械運(yùn)動中能量守恒定律的應(yīng)用

物體在機(jī)械運(yùn)動過程中會伴隨著能量的轉(zhuǎn)移，如摩擦力導(dǎo)致的機(jī)械能向熱能的轉(zhuǎn)換，根據(jù)功能定理可知：外力做功與系統(tǒng)內(nèi)部保守內(nèi)力做功之和等于系統(tǒng)機(jī)械能的變化量，此定理同樣適用于多質(zhì)點(diǎn)機(jī)械運(yùn)動情況。當(dāng)不存在外力的情況下，系統(tǒng)內(nèi)多質(zhì)點(diǎn)的保守內(nèi)力做功并沒有發(fā)生機(jī)械能向其它形式能量的轉(zhuǎn)化。無論何種機(jī)械運(yùn)動方式，都滿足能量守恒定律的要求，根據(jù)能量轉(zhuǎn)換過程中的相關(guān)參數(shù)變化，可以對能量變化情況進(jìn)行量化，其中參數(shù)包括距離、位移、速度等。

例1：如圖 1所示，在水平面上放有兩個物體，分別為A、B，兩者之間用輕質(zhì)彈簧連接，現(xiàn)已知mA=2mB，其中，物體A緊貼墻壁，此時對物體B施加外力F，F(xiàn)的方向指向物體A，此時力F對輕質(zhì)彈簧做功為W，當(dāng)撤去外力F時，求物體A離開墻壁時的最大彈性勢能為多少？

圖1

解析：為簡化分析步驟，這里可將A、B看作一個系統(tǒng)，根據(jù)能量守恒定律可知，物體A的彈性勢能最大時間發(fā)生于物體A、B具有相同速度時，也就意味著輕質(zhì)彈簧形變最大的時間點(diǎn)。

解：假設(shè)物體A離開墻壁的時間為t0，那么此時物體B的速度則設(shè)為v0

在該例題中，直接使用機(jī)械能守恒定律進(jìn)行求解的難度較大，其中涉及到動量守恒的內(nèi)容，則需要多次使用能量守恒定律才能夠求出最大彈性勢能Epmax。

1.2 能量守恒定律與分子熱運(yùn)動

在物理知識學(xué)習(xí)中我們可以了解到，在分子進(jìn)行熱運(yùn)動的過程中，伴隨著內(nèi)能的產(chǎn)生，并且，內(nèi)能與其它形式能量之間通過做功、熱傳遞等形式進(jìn)行轉(zhuǎn)化。其中，整個系統(tǒng)在內(nèi)能量化的增加方面與外界對系統(tǒng)做功與熱量傳遞的總和。

例2 某質(zhì)量為Mkg的金屬塊（銅）被固定在地面上，一狙擊手將質(zhì)量為mkg的銅制彈頭射入該金屬塊（銅）中，此后，兩者溫度均呈現(xiàn)出明顯增加，使用溫度計測量后發(fā)現(xiàn)二者溫度上漲了12℃。試問，如果此時將金屬塊（銅）放置在光滑的表面上，將銅制彈頭以相同速度射入該金屬塊（銅）內(nèi)，兩者溫度上升為11℃，求金屬塊（銅）與銅制彈頭的質(zhì)量比。

解析：由熱力學(xué)第一定律內(nèi)容可以求出物體內(nèi)能的變化，利用能量守恒定律，將減少的機(jī)械能與內(nèi)能的改變量相對應(yīng)，就可以建立等量關(guān)系。

解：將銅制彈頭的初速度設(shè)為v0，在第二次光滑平面射擊時，兩者所達(dá)到的最終速度為v，第一次二者升高溫度為12℃，第二次二者溫度升高為11℃，從常見物體比熱容表中確認(rèn)銅的比熱容為C，利用能量守恒關(guān)系可以建立如下等量關(guān)系。

2 能量守恒定律解題中需要注意的幾點(diǎn)

在實際解題過程中，對于能量守恒定律的使用需要綜合考慮多方面的因素，由于相關(guān)參數(shù)的矢量特性，則需要特別注意下幾個方面的內(nèi)容。

首先，機(jī)械運(yùn)動過程中力的方向性問題。對于存在力的分解問題的，則需要在運(yùn)動方向上進(jìn)行正交分解，以求出力在運(yùn)動方向上所做功的大小。

其次，對多質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的分析，則需要通過分析多個質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動方向和受力情況的矢量和，或者是對每一個質(zhì)點(diǎn)的使用能量守恒定律，最終以矢量相加的方式求出最終結(jié)果。

最后，對于能量守恒定律的使用，需要特別注意特別情況下的輕質(zhì)、光滑等特殊詞匯，在已知參數(shù)中，對未使用到的參數(shù)需要進(jìn)行確認(rèn)，避免遺漏相關(guān)參量。

3 結(jié)束語

能量守恒定律是高中階段解決生活中實際問題的一種理想化手段，通過能量的關(guān)系轉(zhuǎn)化，對系統(tǒng)內(nèi)部不同形式能量的轉(zhuǎn)移加以區(qū)分。能量守恒定律的使用，使原本復(fù)雜的問題簡單化，提高了傳統(tǒng)解題方法的效率和準(zhǔn)確度。

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[2] 華興恒.動量能量守恒齊用 難題不難求解完勝[J].試題與研究，2016（02）.

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