孟天

【摘 要】在高中物理學(xué)習(xí)過程中，守恒思維法是一條極為重要的解題方法，它幾乎貫穿整個(gè)高中物理知識(shí)點(diǎn)。本文對守恒思維法的解題思路進(jìn)行了簡介，并以機(jī)械能守恒為例詳細(xì)講解了守恒思維法在相關(guān)物理解題過程中的應(yīng)用，最后對守恒思維法進(jìn)行了反思和總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】高中物理；守恒思維；機(jī)械能守恒；應(yīng)用

前言

高中物理知識(shí)點(diǎn)中許多物體的運(yùn)動(dòng)環(huán)境非常復(fù)雜，例如研究對象處于各種受力情況和外加各種電磁場情況，使得這些物理過程中物體的具體受力分析非常困難，然而無論物理的運(yùn)動(dòng)過程有多復(fù)雜， 它們都遵循著一個(gè)物理界十分普遍的規(guī)律-能量守恒定律，它既適用于宏觀世界，也適用于微觀世界，物體運(yùn)動(dòng)過程的本質(zhì)也就是能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移。如何利用守恒思維法來分析物理過程從某種意義上直接決定著高中物理解題的精度和速度。

1.守恒思維法簡介

物理變化的過程本質(zhì)是能量的變化，能量守恒定律極大地推動(dòng)了近現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展，從本質(zhì)上解決了很多以前無法解釋的科學(xué)。能量的形式有很多種，如熱能，動(dòng)能，電能，勢能，化學(xué)能等，它們之間在一定條件下會(huì)相互轉(zhuǎn)換，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，而在轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)換的過程中其總和不變。把握整個(gè)物理過程典型時(shí)間和狀態(tài)點(diǎn)下的能量狀態(tài)，確定其能量變化類型和規(guī)律成為研究具體物理過程的關(guān)鍵所在。這就是物理學(xué)中常用到的一種思維方法—守恒法。

2.守恒思維法的解題思路

守恒定律通常是對應(yīng)一個(gè)系統(tǒng)，利用守恒思維法分析 解決物理問題的基本解題思路為：

（1）準(zhǔn)確選擇研究對象，研究對象的整個(gè)運(yùn)動(dòng)和相應(yīng)受力過程；

（2）詳細(xì)分解整個(gè)系統(tǒng)中存在相互作用的物體，以及各個(gè)相互作用物體之間是否有作用力或相互做功，從而導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移，電荷轉(zhuǎn)移等。確定研究對象相互作用的本質(zhì)，確定守恒類型；

（3）針對某一具體過程，確定研究對象的初始，結(jié)束狀態(tài)對應(yīng)的物理量；

（4）準(zhǔn)確選擇守恒表達(dá)式，列出守恒方程，求解。

3.守恒思維法的解題示例

如圖1所示，長為2L的輕桿OB，O端裝有光滑的轉(zhuǎn)軸，B端固定一個(gè)質(zhì)量為m的小球B，OB中點(diǎn)A固定一個(gè)質(zhì)量為m的小球A，若OB桿從水平位置由靜止開始釋放到轉(zhuǎn)至豎直位置的過程中，求：

（1）A，B球擺到最低點(diǎn)的速度各是多少？

（2）輕桿對A，B球各做功多少？

（3）輕桿對A，B球做的總功是多少？

（1）按照之前提到的守恒思維法的解題思路，首先要明確研究對象；

有的學(xué)生會(huì)選擇A球或B球與地球組成的系統(tǒng)，這其實(shí)是不對的，是典型的研究系統(tǒng)選擇錯(cuò)誤，A球或B球與地球單獨(dú)組成的系統(tǒng)機(jī)械能并不守恒。此時(shí)應(yīng)選擇A球，B球與地球三者組成的系統(tǒng)，因?yàn)槿呓M成的系統(tǒng)機(jī)械能是守恒的。

（2）詳細(xì)分解整個(gè)系統(tǒng)中存在相互作用的物體及能量轉(zhuǎn)化情況：

輕桿往下擺的過程中，輕桿分別對AB球做了功，繩的彈力一定沿著繩子的方向，而桿的彈力卻不一定沿桿的方向，所以當(dāng)物體的速度與桿垂直時(shí)，桿的彈力可以對物體做功，A球，B球與地球三者組成的系統(tǒng)中只有動(dòng)能和重力勢能發(fā)生轉(zhuǎn)化，此過程是典型的機(jī)械能守恒。

（3）確定具體物理過程的初始和結(jié)束狀態(tài)對應(yīng)的物理量：

初始狀態(tài)：輕桿水平，只有小球具備的重力勢能，而結(jié)束狀態(tài)：輕桿垂直，A，B球擺到最低點(diǎn)，此時(shí)選擇最低點(diǎn)為參考面，小球只具備動(dòng)能。

（4）準(zhǔn)確選擇守恒表達(dá)式，列出守恒方程，求解：

對A球，B球與地球三者組成的系統(tǒng)，由機(jī)械能守恒得

輕桿對A，B球做的總功是0。

從該題可以看出，輕桿對小球B做了正功，對小球A做了負(fù)功，AB兩球及輕桿這一系統(tǒng)，并沒有機(jī)械能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換，故機(jī)械能守恒。

4.守恒思維法的總結(jié)和反思

通過以上介紹和解題示例可見，守恒思維法可以使很復(fù)雜的物理問題和物理過程得到簡化，使解題效率大幅提高，另外在常見解題過程中還應(yīng)熟練掌握機(jī)械能守恒的關(guān)鍵表達(dá)式，在學(xué)習(xí)和解題過程中注重歸納總結(jié)相應(yīng)的物理模型，例如輕連繩模型，輕連桿模型，輕彈簧模型，熟練掌握這些模型中的機(jī)械能守恒解題方法。

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