【摘要】機(jī)械能守恒是高中物理的核心概念，也是高考的?？純?nèi)容.在解題時(shí)，只要系統(tǒng)滿足機(jī)械能守恒的條件，就可以直接運(yùn)用該定律簡化復(fù)雜的物理過程，從而提高學(xué)生解題的正確性和效率.本文通過實(shí)例分析，探討機(jī)械能守恒在解答物理問題中的實(shí)際應(yīng)用，旨在提升學(xué)生的解題技巧和應(yīng)試能力.

【關(guān)鍵詞】機(jī)械能守恒；高中物理；解題技巧

機(jī)械能守恒定律是高中物理學(xué)習(xí)中的一個(gè)重要規(guī)律，它不僅在理論上具有深遠(yuǎn)的意義，而且在解決實(shí)際問題時(shí)發(fā)揮著關(guān)鍵作用.特別是在面對復(fù)雜多變的物理過程時(shí)，只要系統(tǒng)滿足機(jī)械能守恒的條件，就可以繞過繁瑣的中間步驟，直接利用機(jī)械能守恒定律進(jìn)行求解.這種方法不僅大大提高了解題的準(zhǔn)確性，也顯著提升了學(xué)生的解題效率.接下來，通過具體的例題分析，來探討機(jī)械能守恒在物理問題解答中的巧妙應(yīng)用.

1 機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用

在實(shí)際解題中，需要確定題目是否符合機(jī)械能守恒條件，在此過程中，學(xué)生可以借助概念判斷法、系統(tǒng)觀察法和動(dòng)量結(jié)合法進(jìn)行分析.

單個(gè)物體的機(jī)械能守恒問題較為簡單，一般出現(xiàn)在不計(jì)阻力或忽略摩擦的運(yùn)動(dòng)中，這類問題題目背景較為明顯，學(xué)生能夠輕松辨別機(jī)械能守恒.

復(fù)雜體系的機(jī)械能守恒問題在考試中較為常見，這類問題具有一定的復(fù)雜性，需要學(xué)生擁有一定的物理基礎(chǔ).常見的復(fù)雜體系的機(jī)械能守恒問題有輕桿連體類、輕繩相連類、板塊模型等.

2 單個(gè)物體機(jī)械能守恒的運(yùn)用

例1 如圖1，光滑細(xì)管固定在水平地面上，AB、BC段是半徑為R的四分之一圓弧，管口D高度為H，現(xiàn)將質(zhì)量為m的小球從D處由靜止釋放，最終從由A點(diǎn)水平拋出，則下列各結(jié)論正確的是（ ）

（A）小球落地后，與管口A的水平距離為22RH－4R2.

（B）小球落地后，與管口A的水平距離為2RH－4R2.

（C）小球能夠由管口A水平拋出需要滿足H>2.5R.

（D）小球能夠由管口A水平拋出需要滿足H>2R.

解析 小球在管道運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能守恒，

有12mv2A+mg·2R=mgH，

解得vA=2gH－4gR，

小球由管口A水平拋出后做平拋運(yùn)動(dòng)，豎直方向有：2R=12gt2，

水平方向有：x=vAt，

聯(lián)立可得x=22RH－4R2，故（A）正確，（B）錯(cuò)誤；

小球在管內(nèi)運(yùn)動(dòng)，管壁提供支持力，故到達(dá)管口A時(shí)，其速度大于0即可，

有vA=2gH－4gR>0，

解得H>2R，故（C）錯(cuò)誤、（D）正確.

3 系統(tǒng)的機(jī)械能守恒問題

3.1 板塊模型類問題

板塊模型是一類常見的問題，而在解答反復(fù)碰撞的問題時(shí)，學(xué)生便可以借助機(jī)械能守恒，忽略其碰撞過程，運(yùn)用整體思維，確定其最終狀態(tài)，便可以進(jìn)行列式計(jì)算.

例2 如圖2，傾角為θ的光滑斜面下端固定一擋板C，斜面上有一長木板A，A的下端距C為d，A上端放有一小物塊B，A、B質(zhì)量均為m，A、B兩者間動(dòng)摩擦因數(shù)μ=32tanθ，同時(shí)由靜止釋放A、B，A、C碰撞時(shí)間極短，前后速度無損失，整個(gè)過程中B未從A上滑落，求：

（1）A、C第一次碰撞的速度v1；

（2）為使B、C不碰撞，A最小長度L應(yīng)為多少？

解析 （1）A，B由靜止釋放，第一次接觸擋板C前系統(tǒng)機(jī)械能守恒，

則有2mgdsinθ=12×2mv21，

可得v1=2gdsinθ.

（2）在運(yùn)動(dòng)過程中，A、C會(huì)不斷發(fā)生碰撞，碰撞前后其速度大小沒有變化，故碰撞沒有能量損失.B則是一直克服摩擦力向下運(yùn)動(dòng).對整個(gè)過程運(yùn)用能量守恒可得：mgdsinθ+mg（d+L）sinθ=μmgLcosθ，解得L=4d.

3.2 桿模型連接體問題

在輕桿模型的連接體中，當(dāng)整個(gè)過程中僅有重力做功時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)機(jī)械能守恒.而在系統(tǒng)內(nèi)部，內(nèi)力則會(huì)對一個(gè)物體做正功、對另一個(gè)物體做負(fù)功，總功為0；同時(shí)伴隨著一個(gè)物體機(jī)械能增加、另一個(gè)物體機(jī)械能減小.

例3 如圖3，滑塊a，b質(zhì)量均為m，a套在固定直桿上，與光滑地面相距h，b在地面上，a，b由剛性輕桿通過鉸鏈連接，a，b可視為質(zhì)點(diǎn)，不計(jì)摩擦，重力加速度為g，則（ ）

（A）a落地前，輕桿對b一直做正功.

（B）a落地時(shí)速度為2gh.

（C）a下落過程中，加速度始終小于g.

（D）a落地前，其機(jī)械能最小時(shí)，b對地面的壓力為mg.

解析 整個(gè)過程中，滑塊b由靜止向右滑動(dòng)，滑塊a落地時(shí)，滑塊b速度為0，

所以滑塊b向右先加速、后減速，加速度方向則是先向右、后向左，桿對其b的作用力先為推力、后為拉力.b速度最大時(shí)，加速度為0，桿作用力為0；b速度達(dá)到最大之前，桿對其做正功，之后做負(fù)功，全過程對b做功為0，（A）錯(cuò)誤.

桿表現(xiàn)推力時(shí)，a沿桿的合力向下小于重力，加速度小于g，b速度最大時(shí)，a加速度等于g，之后桿對a有拉力，此時(shí)a加速度大于g，（C）錯(cuò)誤.

整個(gè)過程中，系統(tǒng)機(jī)械能守恒，a落地時(shí)，b速度為0，此時(shí)a的重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，mgh=12mv2a，得va=2gh，（B）正確.

a機(jī)械能最小時(shí)，b機(jī)械能最大，b重力與支持力平衡，則其對地面壓力為mg，（D）正確.

4 結(jié)語

綜上所述，機(jī)械能守恒定律是高中時(shí)期解答物理問題的有效方法，因此在日常學(xué)習(xí)中，學(xué)生要積極總結(jié)在解題中機(jī)械能守恒的運(yùn)用，以提高學(xué)生在實(shí)際解題中的效率.

參考文獻(xiàn)：

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