浅析“能量守恒定律”在做功问题中的应用

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  【摘 要】“能量守恒定律”是物理中的重要定律,在解决各种做功问题中应用广泛,能量守恒定律的应用范围较广,在做功问题解答中必须会用到这个公式,因此我们在学习这一定律时,要准确把握其适用范围,把做功问题和定律结合在一起,提升自己应用这一定律解决问题的能力。下面针对“能量守恒定律”在做功问题中的应用进行阐述,分享自己关于这一部分的学习经验。
  【关键词】能量守恒定律;做功问题;高中物理
  1.能量守恒定律简介
  能量是支撑自然界正常运转的关键所在,自然界中的能量对应着不同的运动状态,能量有机械能、内能、电能和原子能等区别,不同能量形式之间可以相互转化,通过摩擦可以将机械能转化为内能,而内能也可以转化为机械能,电流经过电热丝可以实现电能到内能的转变,不同形式的能量之间可以通过做功来完成转化。某种形式的能量减少,会伴随着其他形式的能量的增加,能量的减少和增加量是相同的,某个物体的能量减少,一定伴随着其他物体能量增加,两者之间的能量值是一定相同的。能量守恒定律是自然界最普遍的定律,只要有能量的变化就会服从这一定律,做功是最基本的能量变化形式,通过做功可以实现能量形式的转变。因此,要研究做功问题,一定会用到“能量守恒定律”,这也是我们学习物理的基础工具之一。
  2.“能量守恒定律”在做功问题中的应用
  2.1能量守恒定律的适用范围
  我们在“能量守恒定律”学习中不仅仅要明确其概念,更重要的是把这一定义应用到物理题目的解答中,尤其是在做功问题解答中,要学会灵活使用这一定律。能量守恒定律注重各种运动形式中能量的转化,大自然的能量是恒定不变的,每一次做功都包含着能量的转变,但是转化和传递过程中能量是恒定不变的。在物理学习中,“能量守恒定律”适用于机械能守恒、机械能和势能守恒、动能和电势能守恒等,各种形式能量之间是等量转换,运动过程中总能量是恒定的。我们在本文中重点讨论的问题是做功过程中能量守恒定律的应用,探究这一定理的应用条件。
  机械能守恒的条件是:除了重力做功之外,没有其他形式的物体做功,在实际的做功过程中,物体收到了来自其他外力的作用,这些外力的代数和为零则可以认为只有重力做功存在,是满足机械能守恒的前提条件的。在大多数做功问题的解决中,我们默认的机械能守恒的条件是排除了重力作用的影响, 能量守恒定律的研究要限定在一定的系统内,如果系统内是单个物体做功,我们要考虑是否有重力做功的影响,在探究机械能是否存在守恒,而体系内如果有多个物体进行作用, 我们还要把摩擦力和介质阻力纳入到做功对象中。
  2.2做功例题分析
  下面我们选择针对性的例题来研究“能量守恒定律”在做功问题中的应用,例题:下图1所示,一个小车停放在表面光滑的水平面上,其中一个物体沿着水平轨道向上面滑去,当物块到达了一定的高度后再回落。例题中假定小车的质量为m,其质量则为M,物块的滑行速度为v0,求解这一个小物块的滑行最大高度为多少?
  对于此题目的解答要正确使用能量守恒定律,小物块和小车共同构成了一个单独的运动体统,这一个系统中遵守能量守恒定律的范畴,由于表面的光滑的,因此整个体统中没有发生摩擦做功,系统内的机械能是守恒的。因此,此题目的求解可以根据动量守恒定律和机械能守恒定律来进行解答。假定小物块的滑行最大高度为h,其到达最高度时滑行速度为v,根据动量守恒和能量守恒可以列出两个等式,从而解答出可以达到的最大高度h。
  2.3碰撞做功中应用
  碰撞问题是高考考试的重点内容,在碰撞过程中会伴随着做功,涉及到求解物体的位移和相对位移,这类问题把动量守恒和能量守恒结合在一起,针对这种问题的求解,我们要找出物体间的相互位移关系,抓住功能定理和能量守恒定理的本质,列出相应的方程式。能量守恒定律在碰撞问题中应用,我们要明确两个物体发生相对滑动摩擦是将机械能转变为内能,对内能的部分的计算,我们可以采用物体所受合力和相对位移乘积做功来表示。做功是能量转变的量度,系统中物体做功量等于能量的转化量,假设两个物体之间发生了相对滑动,产生了摩擦热,机械能转变为内能,通常而言,摩擦产生的热量大小和两物体相对互动做功是相同的,滑动的程度越大,其能量转化就会越多,相反则能量转化较少,我们可以根据系统中做功产生的能量变化来表示内能的变化,这是能量守恒定律在解答这一类问题中的妙用。
  3.结语
  综上所述,“能量守恒定律”是物理学科中的基础定律,在物理学习中广泛应用,尤其是在做功问题的解答中,这一定律必不可少,是完成题目解答的关键定律。因此,我们在应用这一定律解答做功问题时,要注重对分析系统的选择,选定的系统中能量变化是守恒的,灵活运用机械能、内能和势能的变化量守恒,正确应用这一定律,提高物理难题的解答速率和准确性。
  【参考文献】
  [1]韩晓霞.动量守恒定律与能量守恒定律的适用范围研究[J].济南职业学院学报,2013(04)
  [2]张元生.能量守恒定律在做功解题中的应用[J].山东煤炭科技,2012(12)
  [3]李永磊.探究能量守恒定律在高中物理解题中的应用[J].集宁师专学报,2014(11)
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