周澤楷 湖南省長(zhǎng)沙市第一中學(xué)

動(dòng)能定理是高中物理學(xué)習(xí)中的重點(diǎn)定理，在物理學(xué)習(xí)中有著廣泛的應(yīng)用，既可以應(yīng)用在直線運(yùn)動(dòng)問題中，也可以應(yīng)用在曲線運(yùn)動(dòng)中，既滿足恒力做功的要求，也適合應(yīng)用在變力做功中，不僅可以解決單一過程問題，也能夠解決多過程問題，常常與其他知識(shí)點(diǎn)結(jié)合起來考察我們對(duì)物理問題的掌握情況。

動(dòng)能定理在物理問題的解答上，有顯著的優(yōu)越性，物體從初始狀態(tài)運(yùn)動(dòng)到末運(yùn)動(dòng)過程，不需要考慮物體的運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)性質(zhì)、做功力的類型，可以有效簡(jiǎn)化物理問題的分析過程。應(yīng)用傳統(tǒng)的牛頓運(yùn)動(dòng)定律，涉及的問題較多，我們需要仔細(xì)關(guān)注運(yùn)動(dòng)過程中的細(xì)節(jié)問題，在借助動(dòng)能定理時(shí)，只需要關(guān)注外力做功以及初、末狀態(tài)動(dòng)能，并將運(yùn)動(dòng)狀態(tài)合并在全過程。一般情況下，只要不涉及時(shí)間、加速度，就可以采用動(dòng)能定理來解決相關(guān)問題。

1 關(guān)于動(dòng)能定理的表述與應(yīng)用

在高中物理教材中，動(dòng)能定理的表述有兩種:

第一種:作用在物體上合外力功與物體動(dòng)能增量相等；

第二種:作用在物體上外力做功之和與物體動(dòng)能增量相等。

關(guān)于上述表述，雖然相似，但是其表達(dá)的含義并不相等，目前我們多采用第一種表述方法。

如，在光滑桌面上，放置質(zhì)量m的物體，兩邊均設(shè)置了焊接勁度系數(shù)k的水平輕彈簧，在彈簧兩邊，采用方向相仿、大小相等的水平力緩緩壓縮，其中，合外力做功為0，動(dòng)能增量也是0，這與第一種表述方法是相符的。如果彈簧形變量是x，那么外力做功和就是kx2，但是從總體來看，力學(xué)組動(dòng)能增量是0，可以看出，第二種表述與實(shí)驗(yàn)之間存在矛盾。

那么，將勁度系數(shù)k為輕彈簧，連接質(zhì)量為m的振子，在光滑水平面上，做簡(jiǎn)諧振動(dòng)，系統(tǒng)質(zhì)心動(dòng)能在時(shí)間的變化下，會(huì)發(fā)生變化，但是，在這一過程中，外力是不做功的，應(yīng)該怎樣解釋呢？

對(duì)于這一問題，我們可以這樣分析，外力元功和就是合外力，假設(shè)振元子位移是，那么合外力元功就是dx，外力做功合是0，根據(jù)機(jī)械能守恒定律，動(dòng)能與勢(shì)能之間是可以相互轉(zhuǎn)化的。在合外力的影響下，勢(shì)能與動(dòng)能之間實(shí)現(xiàn)了相互轉(zhuǎn)化，而合外力元功總和并不是0，在這一因素的影響下，振動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)心動(dòng)能會(huì)在時(shí)間的變化下，出現(xiàn)變化。因此，作用在系統(tǒng)上的合外力，所做元功與元增量相同，這是滿足動(dòng)能定理要求的。

從這一理論，我們可以聯(lián)想到汽車在水平水泥地面做功的問題，在這一過程中，外力是不做功的，在汽車加速運(yùn)動(dòng)過程中，內(nèi)力的做功不會(huì)增加質(zhì)心動(dòng)能，那么為什么在運(yùn)動(dòng)過程中，質(zhì)心動(dòng)能會(huì)增加呢？究其根本原因，是由于外力與內(nèi)力之間的正功相互抵消，摩擦力合力做的是正功，會(huì)增加質(zhì)心的動(dòng)能。

2 如何對(duì)動(dòng)能定理內(nèi)涵產(chǎn)生正確的理解

3 結(jié)束語

動(dòng)能定理是高中物理學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，在應(yīng)用動(dòng)能定理來解決問題時(shí)，我們需要關(guān)注過程量與狀態(tài)量，選擇好研究對(duì)象，對(duì)物體運(yùn)動(dòng)過程，受力情況進(jìn)行詳細(xì)的分析，確定好初末狀態(tài)。對(duì)于復(fù)雜的物理問題，可以先劃分物理過程，再進(jìn)行受力分析。

[1]王承金.注重過程感受精彩——關(guān)于《動(dòng)能 動(dòng)能定理》一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)與反思[J]. 中學(xué)物理教學(xué)參考 2015年17期

[2]魏鐵道.利用模型法巧解動(dòng)能定理的多過程問題[J].考試周刊2015年91期

[3]鄭其豐.利用原有認(rèn)知 促生思維型課堂——新課程理念下“動(dòng)能和動(dòng)能定理”的教學(xué)設(shè)計(jì)[J].物理教學(xué)探討 2015年12期

[4]丁江南.選擇用牛頓運(yùn)動(dòng)定律還是動(dòng)能定理解題困惑的分析和對(duì)策[J].中學(xué)物理 2015年23期