摘要：“牛頓力學(xué)”作為經(jīng)典力學(xué)的主體，是以數(shù)學(xué)幾何方法進行物體受力表示的力學(xué)定律，適用于普通狀態(tài)下的物體受力分析。諸如汽車運動原理、飛機的飛行原理、人體的平衡都問題可以從“牛頓力學(xué)體系”中尋求答案。結(jié)合所學(xué)知識，探求牛頓力學(xué)本質(zhì)，我們發(fā)現(xiàn)力的產(chǎn)生和變化永遠與“能量守恒問題”相聯(lián)系，或許可以這樣認為；物體運動狀態(tài)的產(chǎn)生是力和能量共同作用的結(jié)果，物體受力一定會產(chǎn)生能量。在這樣的思路引導(dǎo)下，我們可以適從生活中的一些案例來探討這些問題。

關(guān)鍵詞：牛頓力學(xué)；能量守恒；物體運動；問題研究

一、力的作用與能量轉(zhuǎn)化

每天騎自行車上學(xué)我們經(jīng)常有這樣的感受，在上坡的時候我們需要付出更多的力氣才能讓自行車保持運動并上到斜坡的最高點，當(dāng)下坡的時候，我們即使不用腳去做功，自行車也會自動前行并保持加速運動狀態(tài)。按照力學(xué)理論解釋，自行車下坡主要受到了重力的影響，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，動能令自行車產(chǎn)生了動力，自行車可以保持勻加速運動狀態(tài)。而上坡的時候，我們身體的運動給自行車向上的動力，但是上坡受到了重力的影響，當(dāng)自行車所受動力大于自行車所受重力時，自行車才能保持向上運動狀態(tài)，而動能在這一運動過程中轉(zhuǎn)化為了重力勢能。從這個生活事例我們可以看出，自行車的運動狀態(tài)與自行車的受力大小有關(guān)，力的變化始終伴隨著能量的變化，能量的大小始終保持著守恒狀態(tài)，是人體做功產(chǎn)生機械能，機械能轉(zhuǎn)化為動能，動能轉(zhuǎn)化為重力勢能，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能的過程。

二、特殊狀態(tài)中物體力和能量的變化

上述事例只是在日常狀態(tài)下證明了物體受力變化與物體的能量變化，要是在特殊的狀態(tài)下呢？例如，真空環(huán)境、高溫高壓環(huán)境、極度低溫狀態(tài)下，物體是否還能保持這樣的運動變化？由于這些環(huán)境的創(chuàng)造所需設(shè)備和資源過于苛刻，只能在實驗室條件下完成，所以我們只能通過假設(shè)的方法進行間接證明。假設(shè)真空環(huán)境下，沒有空氣阻力，有一個處在靜止?fàn)顟B(tài)的小球，小球表面和小球所處平面絕對光滑，不考慮摩擦力影響。這時給小球施加一個力，讓小球直線運動。在這種理論實驗狀態(tài)下，小球受到力的作用會改變原來的運動狀態(tài)，且受到平面支撐力和重力的影響，小球會呈現(xiàn)出勻速直線運動，且一直維持下去。在運動狀態(tài)中小球受到力的影響，一直維持著運動狀態(tài)，而所受的力令小球產(chǎn)生動能，由于未受到空氣阻力和摩擦力的影響，小球的動能不會發(fā)生轉(zhuǎn)化，因此小球的運動狀態(tài)不會發(fā)生改變。由此可見，在“牛頓力學(xué)”范疇下，力的產(chǎn)生和改變伴隨著物體的能量變化，當(dāng)處在絕對理想環(huán)境中，物體的能量無法發(fā)生轉(zhuǎn)化，會讓物體一直保持固定的運動狀態(tài)。

三、能量守恒定律

結(jié)合所學(xué)物理知識，探究“牛頓力學(xué)”，我們發(fā)現(xiàn)在物理學(xué)視域中，能量既不能憑空被創(chuàng)造，也不能憑空產(chǎn)生，它是不同能量形式之間的轉(zhuǎn)化。例如，汽車能夠跑起來，那是由于汽車裝備有內(nèi)燃機，內(nèi)燃機通過燃燒化石燃料進行做功，將化學(xué)能源轉(zhuǎn)化為動能，令汽車運動起來，蒸汽機火車也是同樣的原理。高空跳傘運動員從飛機上跳下來，是重力勢能轉(zhuǎn)化為動能的結(jié)果。我們可以這樣試想，跳傘運動員從飛機上跳下來，受到重力的作用產(chǎn)生向下運動的趨勢，當(dāng)重力勢能轉(zhuǎn)化為動能時，跳傘運動員向下進行運動。由此可見，物體運動過程中勢必伴隨著能量的變化，而物體能量變化是不同能量形式之間相互轉(zhuǎn)化的結(jié)果。

四、牛頓力學(xué)與能量守恒

如果探究“牛頓力學(xué)”中的守恒問題，在我看來準確的定義應(yīng)該是探究物體力的變化和物體的能量守恒問題，力和能量沒有直接關(guān)系，而是物體運動狀態(tài)中同時具有力的作用和能量的轉(zhuǎn)化，這點在上面敘述中已經(jīng)論述過。我認為物體受到力的作用，改變了運動狀態(tài)，物體在運動狀態(tài)變化過程中伴隨著能量的變化。物體受到力的作用產(chǎn)生運動，運動產(chǎn)生做功，做功讓物體產(chǎn)生了能量轉(zhuǎn)化，這樣的理解更為科學(xué)合理。我們可以試想這樣一個事例，物體放在桌面上，當(dāng)物體放在桌面上的一刻，桌面給了物體支撐力，而物體自身重力和桌面的支撐力產(chǎn)生二力平衡，合力為零，處在靜止?fàn)顟B(tài)。這時物體就沒有產(chǎn)生能量的變化，所以物體受力與能量轉(zhuǎn)化之間并沒特定的聯(lián)系，只是物體在運動狀態(tài)中能量可能發(fā)生轉(zhuǎn)化，并且遵循能量守恒定律。眾多學(xué)科領(lǐng)域的科學(xué)家就“能量守恒問題”都展開過研究，他們普遍認為“能量既不可能被創(chuàng)造，也不可能被消滅”，是物質(zhì)的特殊表現(xiàn)狀態(tài)。受到“牛頓力學(xué)”思想的影響，我們習(xí)慣性地認為物體受到力的作用會產(chǎn)生能量，并且能量之間會相互轉(zhuǎn)化。其實這種物理認知是不對的，力是兩個物體相互作用的結(jié)果，而能量是物體的一種表現(xiàn)形式，在力的作用下，物體產(chǎn)生位移，做了功，產(chǎn)生了能量的變化，并且各種能量形式如；化學(xué)能、動能、重力勢能之間相互轉(zhuǎn)化。

綜上所述，“牛頓力學(xué)”中的守恒問題是；物體受到“力”的作用使運動狀態(tài)發(fā)生的改變，物體運動狀態(tài)改變可能伴隨能量的變化，一種能量形式轉(zhuǎn)化為另外一種能量形式，遵循能量守恒定律。物體所受力的大小和強弱與物體能量的轉(zhuǎn)化沒有特定的聯(lián)系，物體受力變化可能產(chǎn)生能量轉(zhuǎn)化，也可能不涉及能量轉(zhuǎn)化，要具體問題具體分析。

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作者簡介：何凱（1999.10.05）男，籍貫：四川省崇州市，學(xué)校：四川省成都市第十二中學(xué)。endprint