試論力學(xué)中能量守恒定律的作用與意義

1、    試論力學(xué)中能量守恒定律的作用與意義    劉校彤摘要：本文以試論力學(xué)中能量守恒定律的作用與意義為主要闡述，結(jié)合當(dāng)下新課改對(duì)物理教學(xué)的需求為主要依據(jù)，從力學(xué)中能量守恒定律解題規(guī)律、使用能量守恒在力學(xué)解題中的優(yōu)勢(shì)、使用能量守恒定律解決力學(xué)問(wèn)題的高效性這幾方面進(jìn)行深入探討和分析，其目的在于論述能量守恒定律在力學(xué)中的作用與意義。關(guān)鍵詞：物理力學(xué)；能力守恒定律；解決問(wèn)題引言：能量守恒在整個(gè)高中物理教學(xué)中具有一定價(jià)值，在很多知識(shí)中都有所體現(xiàn)，并且在經(jīng)典物理學(xué)習(xí)中有所應(yīng)用和貫徹。高中物理知識(shí)體系中有三個(gè)能量守恒定律，依次是機(jī)械能守恒，能量守恒和動(dòng)量守恒，在高中

2、物理學(xué)習(xí)中學(xué)生要嚴(yán)格掌握好這三個(gè)能量守恒定律知識(shí)，加強(qiáng)對(duì)這類知識(shí)的認(rèn)識(shí)，是解決物理問(wèn)題的有利保證和依據(jù)。1.力學(xué)中能量守恒定律解題規(guī)律作用在機(jī)械運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，物體運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一定機(jī)械能，進(jìn)而會(huì)立即將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為起其他能量，借助功能定理，外力所做的功和系統(tǒng)內(nèi)部所做的功之和就是系統(tǒng)機(jī)械能產(chǎn)生的變化量，進(jìn)而能夠求出最終結(jié)果。比如：兩個(gè)木塊，質(zhì)量分別是m1和m2，現(xiàn)在運(yùn)用一個(gè)不能進(jìn)行拉伸的非彈性的輕繩將質(zhì)量為m1和m2的物體連接在一起，輕繩跨過(guò)一個(gè)沒(méi)有摩擦力的定滑輪上。質(zhì)量為m1的物體和斜面之間存在的動(dòng)摩擦因數(shù)為?，與地面之間形成的傾斜角度為，在開(kāi)始階段兩個(gè)木塊之間的高度差為h，在力的作用下，兩個(gè)木塊以靜

3、止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，請(qǐng)求出m2下降到m1最開(kāi)始處在的水平位置上，此時(shí)具有的速度為多少？在解決這樣的力學(xué)問(wèn)題時(shí)，很多學(xué)生經(jīng)常會(huì)使用能量守恒定律進(jìn)行處理，將木塊和地球作為力學(xué)體系，該體系的內(nèi)在動(dòng)力為m1和m2存在的重力。體系受到的外力就是斜面對(duì)于木塊m1支持力f，和滑動(dòng)摩檫力f。繩子對(duì)m2作的功為負(fù)功，對(duì)m1做的功為正功，對(duì)整體組成的體系所做的功則為0，等效就是不做任何功，能夠得到只有滑動(dòng)摩檫力在做功。那么就以m1最開(kāi)始所處在的水平面為參考平面進(jìn)行計(jì)算，可以得到力學(xué)體系的機(jī)械能為（m1+m2，）v2/2+m1ghsin。從開(kāi)始到結(jié)束機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化成為內(nèi)能，內(nèi)能的量值為?m1ghcos，依據(jù)物理能量守恒

4、定律能夠得到一個(gè)公式為：m2gh=（m1+m2，）v2/2+m1ghsin+ ?m1hcos。通過(guò)計(jì)算能夠得到m2最終下將到m1最開(kāi)始的水平位置上，那時(shí)的速度為v=2m2gh-2m1gh（ ）sin+?cos/ （m1+m2）1/2。2.使用能量守恒在力學(xué)解題中的優(yōu)勢(shì)所有物體在運(yùn)動(dòng)和變化中都需要依據(jù)能量轉(zhuǎn)化和守恒定律進(jìn)行計(jì)算，物體如果違背了變化規(guī)律則無(wú)法實(shí)現(xiàn)，在整個(gè)物理變化中必須要遵守能量守恒定律，依此為界限進(jìn)行衡量，通過(guò)此方式能夠求出一些實(shí)際問(wèn)題。比如：有一個(gè)木板b，木板的質(zhì)量為m=1千克，物體c的質(zhì)量和木板的質(zhì)量相等，也是1千克。在最開(kāi)始時(shí)期可以運(yùn)用手掌拖住物體c，使得木板b在o點(diǎn)處于靜止

5、狀態(tài)，繩子恰好能夠?qū)⑵涔潭ㄔ诶睜顟B(tài)，進(jìn)而，將拖住物體的手掌拿開(kāi)，使得木板和物體能夠進(jìn)行加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)木板在水平位置上運(yùn)動(dòng)到一個(gè)距離為l=1米e處時(shí)，在木板上輕輕的放置一個(gè)質(zhì)量為5千克的物體n，物體n和木板后退的距離為d=0.5米后，和木板ab之間保持靜止?fàn)顟B(tài)進(jìn)而共同運(yùn)動(dòng)，最終在f點(diǎn)完全停止運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)在指導(dǎo)n和b以及b之間的動(dòng)摩檫因數(shù)都為0.2，請(qǐng)求出e和f之間存在的距離？在解決物理問(wèn)題時(shí)，使用能量守恒定理進(jìn)行處理，將物體b、n、c和地球看作是一個(gè)整體的體系，在整體變化運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，外力就是桌面對(duì)木板b所做的滑動(dòng)摩檫力，內(nèi)力只有b受到地球給予的重力，物體b和物體n之間也存在一定的滑動(dòng)摩擦力1。因?yàn)槲?/p>

6、體b和n的重力始終沒(méi)有發(fā)生變化，所有可將其假設(shè)為0，物體c在最終運(yùn)動(dòng)位置處受到的重力是能則為0。也就是說(shuō)，整個(gè)體系在開(kāi)始的狀態(tài)時(shí)自身具備的機(jī)械能可以表示為e=mcg（l1+lef），末尾位置的機(jī)械能就是e=0，整個(gè)體系在開(kāi)始狀態(tài)一直到結(jié)尾處的狀態(tài)中受到的機(jī)械能從原來(lái)的內(nèi)能逐漸轉(zhuǎn)變成為的量值則為e內(nèi)=?mbgl1+?（mc+mn）glef+?mngd然后依據(jù)能量守恒定律可以得到這樣一個(gè)公式為：e-e內(nèi)= e，根據(jù)上面列出的公式內(nèi)容帶入就能夠求出最終的距離結(jié)果為lef=1.5米。因?yàn)榱W(xué)整體從開(kāi)始一直到停止所受的機(jī)械能量的變化就是滑動(dòng)摩擦力，因?yàn)榭梢允褂没瑒?dòng)摩擦力以及運(yùn)動(dòng)過(guò)程中行駛的位移進(jìn)行結(jié)算，

7、所以在解決力學(xué)物理問(wèn)題時(shí)，使用能量守恒定理更加簡(jiǎn)單和便利，能夠簡(jiǎn)化物理抽象性，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)解決這樣的物理問(wèn)題具有一定優(yōu)勢(shì)2。3.使用能量守恒定律解決力學(xué)問(wèn)題的高效性能量守恒定律一般不會(huì)直接分析和考慮運(yùn)動(dòng)實(shí)際過(guò)程，要通過(guò)物體能量不斷轉(zhuǎn)化進(jìn)行計(jì)算和處理問(wèn)題，此種方式更加簡(jiǎn)單和便利。當(dāng)題目中出現(xiàn)多個(gè)物體問(wèn)題時(shí)，可以將多個(gè)物體看成一個(gè)整體進(jìn)行解決，借助能量守恒定律進(jìn)行解決，分析清楚物體間的聯(lián)系，使得解題過(guò)程更加方便和簡(jiǎn)單。比如：一個(gè)木板b靜止在一個(gè)光滑的桌面上，一個(gè)質(zhì)量為m的小木塊c放置在木板b的最右端，現(xiàn)在給予木板b一個(gè)水平的外力f后，那么木板b就是隨著外力的作用產(chǎn)生一定的位移，位移的大小則為l3。給

8、予的外力較小，使得木板b和木塊c之間沒(méi)有發(fā)生相對(duì)的滑動(dòng)，兩者之間產(chǎn)生了摩擦，摩擦力的大小為f，進(jìn)而加強(qiáng)了外力的大小，使得木快c在木板b上發(fā)生了一定的滑動(dòng)，滑動(dòng)的實(shí)際距離則為l，木板和木塊之間的摩擦力則為f，基于此種情況下，那么能夠求出木板b和木塊c系統(tǒng)動(dòng)能的增加量，兩者之間的能量增量，和摩擦力對(duì)b、c整體系統(tǒng)做的總功為多少？在剛開(kāi)始使用的外力較小情況下，木板b和木塊c水平受到的力分別是木板b受到一個(gè)向左的摩擦力，向右的外力，而木塊c則受到一個(gè)向右靜摩擦力，可以根據(jù)動(dòng)能定理進(jìn)行計(jì)算，得到c的動(dòng)能增量則為ekc=fl，木板b受到的動(dòng)能增量則為ekb=fl-fl，那么b和c系統(tǒng)的動(dòng)能增量就是ek=e

9、kb+ekc= fl在接下來(lái)使用的外力較大情況下，木板b和木塊c之間存在的滑動(dòng)摩擦力則為f，依據(jù)動(dòng)能守恒定律能夠得c的動(dòng)能增量為ekc=f（l-l），木板b受到的動(dòng)能增量則為ekb=fl-fl，進(jìn)而得到整個(gè)系統(tǒng)得到了動(dòng)能增量為ek=ekc+ekb=fl-fl，通過(guò)計(jì)算能夠得到最終結(jié)果為fl-ek=fl.通過(guò)計(jì)算和解決能夠得到這樣一個(gè)結(jié)論，外力作的功就是整個(gè)體統(tǒng)和外界能力交換的一個(gè)過(guò)程，滑動(dòng)摩擦力和物體自身受到的作用力之前相對(duì)位移的大小的乘積也就能夠代表所受到的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成為的內(nèi)能4。4.結(jié)束語(yǔ)總而言之，力學(xué)是學(xué)生在高中物理教學(xué)中必須掌握的基礎(chǔ)知識(shí)，高中學(xué)生要意識(shí)到力學(xué)的重要性，在學(xué)習(xí)能量守恒基礎(chǔ)上進(jìn)行力學(xué)知識(shí)掌握和問(wèn)題的解決，借助能量守恒定律解決力學(xué)問(wèn)題，提升解題效果和效率，養(yǎng)成良好解題習(xí)慣。參考文獻(xiàn)：1蔣欣呂.淺析力學(xué)中能量守恒定律的作用與意義j.學(xué)周刊，2018（3）.2陳德志.探究運(yùn)用