宋晨光

(山東省鄒平市第一中學(xué) 256200)

高中物理中能量守恒的內(nèi)容雖然較為簡單，但要想深刻理解、靈活應(yīng)用并非易事.為使學(xué)生正確、靈活應(yīng)用能量守恒解答不同類型的物理習(xí)題，應(yīng)做好相關(guān)習(xí)題類型的匯總，使學(xué)生見到更多的物理習(xí)題，尤其通過示范具體的解題過程，使其掌握破解的思路與技巧.

1 用于分析板——塊相對(duì)運(yùn)動(dòng)問題

做功與能量的變化密切相關(guān)，是能量轉(zhuǎn)化的量度.運(yùn)用能量守恒分析板塊相對(duì)運(yùn)動(dòng)問題時(shí)應(yīng)注重從做功切入.一般情況下除重力或彈簧彈力之外的其他外力對(duì)物體做正功會(huì)使其機(jī)械能增加，反之會(huì)減小.解題時(shí)結(jié)合題干創(chuàng)設(shè)的情境，對(duì)板、塊的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有個(gè)整體的把握與判斷.同時(shí)通過對(duì)板、塊分別進(jìn)行受力分析，明確其所受的力、力的方向以及對(duì)應(yīng)力做功的正負(fù).思考力做功使哪些物體的能量發(fā)生了變化，把握物體能量的來源以及去向，如此也就不難分析出正確結(jié)果.

如圖1所示，在光滑的水平面上放一長木板A，某時(shí)刻物塊B以水平速度v0沖上A后，由于摩擦力作用最后停止在木板A上.則以下分析正確的是( ).

圖1

A.物塊B動(dòng)能的減少量等于系統(tǒng)損失的機(jī)械能

B.物塊B克服摩擦力做的功等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加量

C.物塊B損失的機(jī)械能等于木板A獲得的動(dòng)能與系統(tǒng)損失的機(jī)械能之和

D.摩擦力對(duì)物體B做的功和對(duì)木板A做的功總和等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加量

分析物塊B滑上木板后受到摩擦力的作用做勻減速運(yùn)動(dòng)，摩擦力對(duì)其做負(fù)功.木板A受到摩擦力的作用做勻加速運(yùn)動(dòng)，摩擦力對(duì)其做正功.兩者速度達(dá)到一致，不再發(fā)生相對(duì)滑動(dòng).需要注意的是木板A的速度未和物塊B的速度達(dá)到一致時(shí)，會(huì)因木板A和物塊B之間的相對(duì)滑動(dòng)而產(chǎn)生熱量.由能量守恒可知，木塊B因受到摩擦力動(dòng)能減小，減小的動(dòng)能一部分轉(zhuǎn)化為A的動(dòng)能，一部分因摩擦轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，因此，只有C項(xiàng)正確.

2 用于分析彈簧——斜面問題

運(yùn)用能量守恒分析彈簧-斜面問題時(shí)應(yīng)把握兩點(diǎn)：(1)彈簧受力發(fā)生形變，其他形式的能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢(shì)能，并在彈簧中儲(chǔ)存起來.當(dāng)彈簧恢復(fù)到原長的過程中也就是能量釋放的過程，當(dāng)彈簧達(dá)到原長時(shí)，儲(chǔ)存的能量完全釋放.(2)在斜面上運(yùn)動(dòng)的物體與彈簧發(fā)生作用時(shí)，其速度達(dá)到最大的點(diǎn)是物體受力平衡的點(diǎn)，此時(shí)彈簧處于壓縮狀態(tài).

如圖2所示，將質(zhì)量為1kg的滑塊放在傾角為30°的光滑斜面的a點(diǎn)，由靜止下滑，b點(diǎn)開始?jí)嚎s彈簧，c點(diǎn)時(shí)達(dá)到最大速度，d點(diǎn)(圖中未畫出)時(shí)開始彈回，剛好能夠再次回到a點(diǎn)，若bc=0.1m，彈簧彈性勢(shì)能的最大值為8J，g取10m/s2，則( ).

圖2

A.彈簧的勁度系數(shù)為50N/m

B.d→b點(diǎn)，滑塊克服重力做功8J

C.滑塊的動(dòng)能最大值為8J

D.d→c點(diǎn)，彈簧的彈力對(duì)滑塊做功8J

分析滑塊在c點(diǎn)速度達(dá)到最大，表明其受力平衡，由平衡條件以及胡克定律可得mgsin30°=kx，x=bc，解得x=50N/m；d→b點(diǎn)由機(jī)械能守恒可知，彈簧彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為滑塊的重力勢(shì)能和動(dòng)能，克服重力做的功僅是重力勢(shì)能的增加量，因此，滑塊克服重力做功應(yīng)小于8J；彈簧彈性勢(shì)能的最大值為8J，該能量全部由滑塊從a→d點(diǎn)時(shí)減少的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化而來，滑塊只要離開d點(diǎn)均有部分能量轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，因此，滑塊的最大動(dòng)能不可能達(dá)到8J；彈簧只有在b點(diǎn)原長時(shí)，才會(huì)將所有的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為滑塊的機(jī)械能，因此，d→c點(diǎn)，彈簧的彈力對(duì)滑塊做功達(dá)不到8J.綜上只有A項(xiàng)正確.

3 用于計(jì)算物塊——斜面問題

運(yùn)用能量守恒計(jì)算物塊-斜面問題時(shí)應(yīng)明確不同形式能量的計(jì)算表達(dá)式，注重思考表達(dá)式中一些參數(shù)與其他知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)，如動(dòng)能計(jì)算式中含有速度“v”，能和平拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)以及動(dòng)量定理、動(dòng)量守恒定律相關(guān)聯(lián).同時(shí)，運(yùn)用其他知識(shí)計(jì)算速度“v”時(shí)應(yīng)注重相關(guān)定理、定理成立的條件，避免張冠李戴，生搬硬套.如在某一方向上系統(tǒng)不受力或所受的合外力為零時(shí)可運(yùn)用動(dòng)量守恒定律求解速度“v”.

4 用于解答物塊——圓弧問題

高中物理綜合性問題涉及的物體運(yùn)動(dòng)過程較為復(fù)雜，對(duì)學(xué)生綜合分析問題的能力要求較高.運(yùn)用動(dòng)量守恒解答該類問題應(yīng)注重把握兩點(diǎn)：其一，思考分析物體參加了哪些形式的運(yùn)動(dòng)，是圓周運(yùn)動(dòng)還是平拋運(yùn)動(dòng)以及這些運(yùn)動(dòng)遵循哪些規(guī)律.其二，通過認(rèn)真審題，把握物體運(yùn)動(dòng)的全過程，掌握能量的來源與去向，既可從整體角度構(gòu)建能量守恒方程，也可對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行拆分，構(gòu)建對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)過程的能量守恒方程，具體應(yīng)根據(jù)題目設(shè)計(jì)的問題來定.

5 用于解答碰撞問題

教學(xué)實(shí)踐中為提高學(xué)習(xí)者解答該類問題的能力，一方面，為學(xué)習(xí)者透徹地講解相關(guān)理論知識(shí)，尤其結(jié)合具體案例與其一起推導(dǎo)物理方法，使其深入理解，牢固掌握.另一方面，為使其掌握相關(guān)解題思路，應(yīng)注重結(jié)合多媒體技術(shù)為其展示物體碰撞的具體情境，把握碰撞前后物體運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，以更好地找到解題切入點(diǎn)，增強(qiáng)其解題自信心.同時(shí)，要求學(xué)習(xí)者做好解題反思，及時(shí)發(fā)現(xiàn)與堵住知識(shí)漏洞.

圖3

6 用于解答電磁感應(yīng)問題

教學(xué)實(shí)踐中一方面與學(xué)習(xí)者一起分析電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化方向以及轉(zhuǎn)化路徑，幫助學(xué)習(xí)者構(gòu)建清晰、系統(tǒng)的知識(shí)體系，為運(yùn)用能量守恒解決問題做好鋪墊.另一方面，為防止學(xué)習(xí)者在解題的過程中走彎路，課堂上應(yīng)圍繞具體問題與學(xué)習(xí)者積極交流，幫助其更好的找到解題的切入點(diǎn).同時(shí)，注重給學(xué)習(xí)者預(yù)留空白時(shí)間，要求其嘗試著寫出解答過程，進(jìn)一步加深其印象.

如圖4所示，將MN與PQ兩根電阻不計(jì)的導(dǎo)軌相距為L，平行固定在水平面上.其中彎曲部分不計(jì)阻力，水平部分有阻力.右端和一阻值為R的定值電阻相連.磁感應(yīng)大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直導(dǎo)軌水平部分豎直向上.由靜止將一電阻為R，質(zhì)量為m的金屬棒由圖中釋放，在水平導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)的距離為d時(shí)剛好停止.金屬棒和導(dǎo)軌水平部分的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，重力加速度為g.求金屬棒產(chǎn)生的焦耳熱以及金屬棒在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t.

圖4

能量守恒定律是自然科學(xué)中最基本的定律之一，在分析物理問題中有著廣泛的應(yīng)用.高中物理教學(xué)中為提高學(xué)生運(yùn)用能量守恒解答相關(guān)習(xí)題的能力，應(yīng)在深入講解能量守恒理論知識(shí)的基礎(chǔ)上為學(xué)生展示能量守恒在不同問題情境中的應(yīng)用，使學(xué)生更好的把握能量守恒本質(zhì)，掌握相關(guān)的應(yīng)用思路與技巧.