如何理解机械能守恒定律

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如何理解机械能守恒定律

作者：文自强

来源：《学校教育研究》2016年第15期

机械能守恒定律是能量守恒定律的一个特例，是用能量思想解决力学问题的重要定律之一。应用功能关系不仅为解决力学问题开辟了一条新的途径，而且在分析和解决问题时往往能直接接触到物理问题的本质，使问题的解决得以简化，所以，一直以来该定律都是高考命题的热点，教师教学的重点，学生学习的难点。为了帮助广大师生更好的理解该定律的含义、适用条件等，下面具体谈谈如何理解机械能守恒定律。

一、明确研究对象

机械能守恒定律的研究对象应该是若干物体组成的一个系统，而不是对单个物体。这里所说的系统是指相互作用着的两个以上物体的组合。我们知道，机械能是动能和势能（包括重力势能和弹性势能）的总称，而势能总是属于系统的，不是只属于单个物体的。例如重力势能属于重物和地球组成的系统，弹性势能则属于弹性体组成的系统。但有时，习惯上把机械能说成是单个物体的，这是不严谨的，而且常常导致我们对机械能题无法做出正确的分析。应用机械能守恒定律，首先应先确定其研究对象。尤其在较为复杂的运动中，包含有多个物体和多个运动过程，要根据问题的方便，在不同的运动过程中，灵活选取研究对象作为系统，应用机械能守恒定律解决问题。

二、对机械能守恒定律条件的分析

在教育科学出版社出版的《普通高中课程标准实验教材》中，“机械能守恒定律”出现必修2第四章第5节。教材上关于机械能守恒定律是这样叙述的：在只有重力或弹性力做功的物体系统内，动能和势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变。从定律内容上看：“在只有重力或弹性力做功”是机械能守恒的条件。剖析其具体的守恒条件，笔者认为应从以下几个方面解释。

（一）从物体受力的角度分析机械能守恒的条件

若物体只受重力作用，发生的仅仅是动能和重力势能的相互转化，则机械能一定守恒。如自由落体运动和抛体运动（不考虑空气阻力）。若物体只受重力和弹性力，发生的仅仅是动能和势能（包括重力势能和弹性势能）的相互转化，则机械能也一定守恒，如竖直放置的弹簧振子在震荡过程中机械能守恒。

（二）从力做功的角度分析机械能守恒条件

若物体除了重力、弹性力以外，还受其他力（非重力、弹性力），则要进一步从功的角度分析。如其他力不做功，意味着发生的仍是动能与势能的相互转化，则机械能也一定守恒；相