能量守恒在解决高中物理问题方面的应用探讨
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作者:马彦平
【摘要】能量守恒是高中物理教学中的重要知识点，它能在解决多种高中物理问题时发挥作用。能量守恒并非是孤立的知识点，它与很多物理学知识具有重要联系。本文将主要对能量守恒在解决高中物理问题时的应用进行分析，将从热学、机械学、电磁学这三个方面进行探讨。
【关键词】能量守恒 高中物理 应用
【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2020）05-0182-01
高中物理教学中，具有大量复杂的知识点，很多学生在解题时不会将所学知识融会贯通，导致陷入解题误区，觉得学习物理有很大难度。能量守恒既是历年高考中的必考点，也是解决物理问题时的基本定律，能将很多复杂的问题简单化，使学生顺利解题。本文将根据以往解题经验进行分析，阐述能量守恒在解决物理问题时的应用策略。
一、利用能量守恒解决热学问题
能量守恒是热力学中十分常用的知识点，对于解决很多热力学问题都具有重要作用。比如系统的内能增量就是从外界获得的热量与外界对系统做功的和。通过能量守恒定律的运用，可以在复杂抽象的热力学问题中把握住不变的定律，给解题带来重要突破，不再是盲目的不知该从哪入手。比如在一个封闭容器中设置一个隔板，隔板右边则利用电丝加热，很快气体受到加热影响使内能增加。在不断加热的情况下，隔板右侧的温度逐渐升高，内能增大即压强变大，进而就会产生活塞运动。由于电丝加热了隔板右侧的气体，导致热能增加，右边的气体开始对左侧做功。对于这种抽象的气体间的运动，要求解题时必须掌握能量守恒定律，能全面了解題目中的各种作用，进而实现对习题的合理分析。对于解答热学习题，要求做到能熟练掌握能量转化的规律，巧妙运用能量守恒知识点。
二、利用能量守恒解决机械运动类问题
能量守恒在高中物理中的应用非常多，比如在解决复杂的力学问题时，可以利用能量守恒分析机械能、热能的做功，可以全面分析各种外力对物体的影响。在一些机械运动类的问题中，由于物体受力复杂还伴随着运动过程，导致解决困难，在解题中陷入困境。而利用能量守恒分析问题，就能将复杂的问题简单化，节省了大量的分析时间。比如对这道问题的分析：在光滑的平面上，平放着物体A与物体B，两个物体之间有弹簧相连，二者的关系是mB=mA。当外力F给B施力时，对弹簧做功W。如将F撤出，那么当A从墙壁离开时，弹簧的弹性势能最大为多少？如果从普通的分析受力的角度去进行解题，很明显无法得到有效的解题思路。但是从能量守恒的视角去看这道问题就会发现，A、B在离开墙面时是具有相同的速度。那就可以将A、B视为一个整体来分析。这时可以运用到动能守恒和机械能守恒的定律，从而分析出在A、B的速度达到相同的情况下，弹簧产生的弹性势能会达到最大值，这样就顺利分析出了这道题的破解思路[1]。
（1）假设B的初速度为V0，A离开墙时状态是临界点，则W=mBV02
（2）设A与B速度达到一致时速度为V，由于系统满足了机械能守恒，则W=（mA+mB）V2+Emax
（3）根据动量守恒定律可知（mA+mB）V=mBV0
最终可得出Emax=W/3。
整个解题过程都是以能量守恒为解题思路，同时能量守恒也是这道题的突破口。对高中物理阶段的解题，不能固化思维，在找不到合适突破口的时候，应该跳出思维死角进行全局观察，发现各种力之间的关系，灵活运用能量守恒。
三、利用能量守恒解决电磁场问题
电磁学是高中物理阶段的重要教学内容，而且是每年高考中的必考知识点。对于电磁学的学习，由于内容抽象难懂，很多学生在学习时感到没有思路，到了解题时更找不到头绪。其实电磁学也能应用能量守恒进行分析，比如高中阶段的电磁学内容中，主要用到了电磁感应定律、楞次定律和欧姆定律，这些知识点并非独立存在的，恰恰是能量守恒的电磁学反应。能量守恒定律同样适用于电磁学的解题过程中，但是在解题当中，还应当注意电能和其他能之间的能量关系和转化关系，这样才能准确解题。解决电磁场题目时，利用能量守恒可以将复杂的题目简单理解，从分析过程中获得对解题有用的信息。比如解答一个典型的能量守恒题目，可以通过此题了解利用能量守恒分析问题的过程[2]。在光滑的平面上有三个质量相同、电荷相同的质点1、2、3。接下来以三个质点作为顶点，C位于这个三角形的中心，随后在1和3之间、2和3之间用绝缘支撑连接。求质点3运动到C位置时，行进的速度是多少？利用能量守恒定律分析，质点1、2、3可以视为一个整体，3是在1、2的作用下靠近C，而C是固定不动的。原来质点1、2、3形成的三角形最后停留在一条直线上。利用能量守恒定律分析后，原本复杂的问题就变得简单易解了。
通过研究能量守恒在高中物理问题中的应用可知，学生解题时必须注重对知识体系的整体性、系统性认知。能量守恒对于高中物理阶段的很多类型题目都有化繁为简的作用，对于学生分析问题具有积极的作用。因此应该学会巧妙运用能量守恒，并学会发散思维逐步提高自己的解题能力。
参考文献：
[1]贾学明.如何用能量守恒分析高中物理问题[J].高中数理化，2017（4）：29.
[2]胡乙丹.如何使用能量守恒定律分析高中物理问题[J].数理化解题研究，2017（4）：64-65.
作者简介：
马彦平（1971.5-），男，汉族，甘肃天水人，本科，研究方向：高中物理教学。
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