高中物理机械能守恒定律的易错题探索

陈涣之 湖南省长沙市长郡梅溪湖中学

高中物理机械能守恒定律的易错题探索

陈涣之 湖南省长沙市长郡梅溪湖中学

机械能守恒定律是做题时经常会用到的一个知识点，但是学生在对其进行练习时往往容易出现错误。本文就从高中生角度出发，探索在运用机械能守恒定律解题时，普遍存在的易错题，并展开深入分析讨论。

高中物理 机械能守恒定律 易错题探索

机械能守恒定律是物理力学部分的重要知识点，纵观近年来的高考物理试卷，这个知识点几乎是每一年的必考点。这类题目的难度较大、灵活性强，经常和一些其他物理知识综合在一起进行考察，学生在解答时不能正确分析题目，以及对概念的理解不够深刻，导致了各种错误的出现。

1 简述机械能守恒定律

1.1 机械能守恒定律的内容

所谓的物理机械能守恒定律其实就是指，当物体上只存在重力做功时，该物理的动能和重力势能就可以在相互之间发生转化，但是它们二者的总和始终不变，而动能和势能在一起合称为机械能，这就是机械能守恒定律。该理论同样可以用于只有弹力在做功的情况，其动能和弹性势能之和也不会发生变化，但它们之间可以转化。在实践练习过程中需要注意的是，当一个物体从光滑的斜面高处落下，它身上的动能和时能也应该遵循机械能守恒定律，可以转化但总和不变，这是机械能守恒定律在题目中经常出现的信息线索。

1.2 机械能守恒定律的推导

2 高中生容易出错的机械能守恒题型

2.1 系统机械能守恒类型的题

高中物理系统机械能守恒类型的问题中，最典型的就是物体从光滑斜面落下的问题，也是我们高中生经常容易犯错的题型之一。例如，有一个小木块A从放置在光滑水平地面的一个光滑斜面B上落下，在这个过程中木块和斜面的受力情况，各个力的做功情况，还有木块和斜面各自的机械能是否守恒，以及木块和斜面组成的系统是否满足机械能守恒定律。高中生在分析这个题目时，由于以前做过的类似题目里斜面固定不动，而形成了思维定势，会想当然地认为斜面固定在底面，其对木块产生的作用力会始终垂直于接触面，该力的做功为零。物体运动过程中只受到了重力的作用，其满足机械能守恒定律。但是在这个题目中，斜面随着物体的下落也会向后位移。再根据物理教材中对功的定义，就必须找到小木块发生的位移，加上地面光滑的条件，可以得出木块和斜面所组合的系统，在水平方向上没有受到其他力的作用，只在垂直方向上受到了重力作用，因此符合物理动量守恒的要求，又由于整个系统一开始的时候，其在水平方向上就没有动量产生，并且斜面的质量应该比木块的质量大，因此木块在水平方向上的位移距离大于斜面的位移距离。所以可以知道斜面对木块做负功，木块不可能保持机械能守恒的情况，而木块和斜面所组成的系统却是满足机械能守恒定律的。

高中生在做这种题目时，就会忽略斜面发生运动的情况，进而认为其没有对木块做功，木块处于机械能守恒状态，其实不然，恰恰相反的是斜面对木块做功，木块根本不可能满足机械能守恒的条件。

2.2 系统机械能不守恒类型的题

系统机械能不守恒类型的易错题中的代表，就是子弹穿过木块所形成系统的机械能问题，比如，光滑桌面上放有一个质量为的木块，现在被质量为的子弹射中其速度为，但是木块并没有被击穿，若子弹在木块中穿过的深度是D，木块对子弹产生的阻力为，并一直不变，求在这个过程中木块位移距离，以及子弹和木块组成的系统是否满足机械能守恒定律，如果不满足，求该系统损失了多少机械能。高中生看到这个题目，就会陷入知识误区，认为该系统在水平方向上没有受力，只有垂直方向上的重力做功，因而得出系统机械能守恒的结论，但实际上该系统的机械能并不守恒，因为子弹在接触到木块后，其内部的一部分动能会分别转化成热能和木块位移的动能。所以这道题正确的解题思路是考虑系统水平方向动量守恒的关系，假设子弹在木块内它们一起运动的速度为可以得出摩擦力对木块做功表达为摩擦力对子弹做功的情况满足，并且从题目可以知道可以算出木块位移的距离为，最后就可以得到子弹和木块组成的系统所损失的机械能是

高中生在做这种题目时，总是会忽略题目中碰撞或拉伸的线索，其中的机械能会转化成一部分热能消耗掉，系统内是不可能保持机械能守恒的，才会不断做错题，导致考试失分，只要注意到这个细节，就可以正确解出题目。

高中生在物理机械能守恒定律运用时，由于没有正确分析题意，对定律内涵理解不深刻，才会导致错误频出。只要在以后做题时注意这几点，就可以在很大程度上提升做题的正确率。

[1]郑慧玉.基于一道高考题的章末复习课教学研究——以《机械能守恒定律》一章为例[J].宁波教育学院学报,2015,(04):138-140.