力学中三个能量守恒定律的应用

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  摘 要高中时期是学生学习的关键时期,学生应当认真对待这一阶段的各门学科,认真学好各门学科知识,以便扎实掌握知识,完善知识结构,更好迎战高考。但是,目前很多同学抱怨物理学科太难了。其实,在笔者看来,主要是学生们没有吃透知识点。就以力学中三个能量守恒定律来说,如若扎实的掌握这部分知识,区分能量之间共同点和不同点,再加之一定的习题训练,相信同学们能够学好这部分知识。基于此,本文将立足于围绕力学中三个能量守恒定律,着重分析和说明如何正确运用这部分知识来解答习题。
  【关键词】力学;能量守恒定律;应用分析
  力学是研究力对物体相互作用规律的科学,力学中的能量守恒定律是高中物理中非常重要的知识点,更是高考必出的题型。所以,同学们在日常力学学习的过程中,应当注意清晰准确的掌握三个能量守恒定律,了解三个能量守恒定律的共同点和不同点,以便在做物理习題的过程中能够清楚的确定考点,进而灵活的运用能量守恒定律来进行解题。而在实际与同学们进行这部分知识或习题沟通交流的过程中发现,很多同学都没有真正理解和掌握力学中三个能量守恒定律。为了帮助同学改变这一局面,真正将这部分知识融汇贯通,以下将着重概述三大能量守恒定律,并且借助案例说明能量守恒定律的应用。
  1 力学中三大能量守恒定律的概述
  力学中三大能量守恒定律包括动能定理、机械能守恒定律及功能原理,三者均有能的转化和守恒的特点。
  动能定理是指外力物体做的合功,等于物体的动能增长量。它研究的对象时单位物体或者物体系;使用的条件是在同一个惯性参照系中有速度和位移变化。表达式为:
  ∑W=△EK
  机械能守恒定律则是指在只有重力和弹力做功的物体系内,动能和势能可以相互转化,而总的机械能则保持不变。它研究的对象时物体系统,使用条件是物体重力和弹力做做功。表达式为:Ep1+Ek1=Ep2+Ek2
  功能原理则是指除了重力和弹力值为,其他外力做的功和内力做的代数和等于系统机械能增加量。它研究的对象是单个物体或物体系,使用条件是不计重力和弹力做的功,只计系统内其他外力和内力做的功。表达式为:
  W0+Wex=△E
  通过对比分析,确定三者之间的共同之处有三点:
  其一,作为能的转化和守恒的范畴的力学定律,符合能量守恒与转化普遍规律。
  其二,三个能量守恒定律研究的是能量变化情况,所以利用这三个能量守恒定律可以分析物体恒力做功情况或者变力做功情况,进而列出等式,求解,这也就为这力学问题得到有效解决。
  其三,在利用三个能量守恒定律来进行解题,基本上都是先明确研究对象,分析物体受力情况和运动情况,进而判断考察了那个能量守恒定律,之后利用能量守恒定律来解题。
  2 力学中三个能量守恒定律的应用
  例1. 从离水平地面高H的A点以速度v斜向上抛出一个质量为m的石块,已知V与水平方向的夹角为X,不及空气阻力,请问石头能达到的最大高度?石头落地时的速度?
  命题解读,通过题干阅读,确定这是研究抛体运动中的机械能守恒定律,其中斜抛运动的水运动是匀速直线运动,因此石块在最高点的速度是抛出速度的水平分量。另外,石头仅受到重力的作用。
  (参考图1)假设石头抛出的最高点为B,A、B之间的高度为h,水平速度为V1,那么石块从A到B是遵循机械能守恒定律的。因此,通过列出机械能力守恒定律的公式,将已知条件带入其中,即可计算出石块能够达到的最高高度。
  以地面为参考平面,那么石块从A到地面C点整个过程符合机械能守恒定律,同样通过利用机械能守恒定律的公式能够进一步计算出石块落地时的速度。
  例2 如图所示质量M=10kg的平板车放在光滑的水平面上,而在粗糙的平板车上的A点放一个木块,质量为5kg,现对m实施一个冲量I=30N.S,使其在平板车上滑动,和固定在平板车上右端的弹簧碰撞后弹回,刚好落到A点停下。请问弹簧被压缩时的最大弹性势能?
  解析:通过对题干的阅读,确定这一道典型的力学习题,考察的重点是动量守恒定律。在读题后我们首先要确定这个研究对象木块m,其在冲量作用前后整个系统运行速度,在此次基础上具体分析m与弹簧之间的力的作用情况,进而利用动量守恒定律公式可以进一步计算出弹簧最大弹性势能。
  3 结束语
  基于本文一系列分析,确定力学中的能量守恒定律是高中物理中非常重要的知识点,更是高考必出的题型,同学们应当系统的学习这部分知识,若扎实的掌握这部分知识,区分能量之间共同点和不同点,再加之一定的习题训练,相信同学们能够学好这部分知识。以上内容中已经充分说明了三个能量守恒定律及其应用,希望能够对同学们有所帮助,真正学会并且能够做到灵活运用这部分知识。
  参考文献
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  作者单位
  湖南省长沙市长郡中学 湖南省长沙市 410000
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