对机械能守恒定律的认识与应用

贾文斐

摘 要： 机械能守恒定律是物理学中的重要组成部分，也是牛顿定律中的重要推论，它与物体的整个机械运动情况是分不开的。本文分析了机械能守恒定律的内涵和对机械能守恒定律认识和理解，并对机械能守恒定律的应用展开探讨，目的是为了让人们更透彻地理解机械能守恒定律，利用所学知识为生活服务。

关键词： 机械能；机械能守恒定律；应用

一：机械能守恒定律

机械能是动能与势能的总和，势能又包括重力势能与弹性势能，因此动能、重力势能和弹性势能统称作机械能。机械能是指在不考虑摩擦力和介质阻力的情况下，物体只发生动能和势能的转化而且机械能的总量未发生变化，我们称作机械能守恒定律。

机械能守恒定律的本质：第一，从能量转化角度来看，在物理过程中，系统的机械能总量始终保持一致，而且内部间或与外部间没有发生任何机械能转化成其他形式能的情况，也没有其他能转化成机械能的情况，那么机械能是守恒的，比如水平面上的匀速圆周运动。第二，从功能关系来看，系统外力不做功，系统内非保守力力也不做功，在这种条件下，机械能是守恒的。因为系统内的保守力：重力和弹簧的弹力只是影响能量之间的转化，不影响机械能的总量。

二：对机械能守恒定律的认识

机械能守恒定律涉及到的是能量间的转化与守恒，属于自然界中普遍的规律。它与物体的整个机械运动的情况是分不开的，因此机械守恒定律在机械运动范围内的表现形式是不同的，也有自己相应的满足条件。运用这个定律的前提是对机械守恒定律成立的条件有正确的认识和理解。

（一）对机械能守恒定律的正确认识

第一：正确选取研究对象

机械能守恒定律的研究对象必须是在一个系统内。假设有两个物体A和B，单独研究A或B机械能是不一定守恒的，但把A和B看作一个整体，在AB相互作用后，功之和为零的条件下，机械能守恒。

第二：正确理解机械能守恒定律满足的条件

一是对某一个物体来说，如果只有重力（弹簧弹力）做功，这种情况下机械能守恒。二是对某一个系统来说，只有系统内的保守力，即只有重力和弹簧弹力做功，能量之间相互转化，则系统的机械能守恒。

第三：正确理解机械能守恒的相对性

机械能守恒的相对性是指动能的大小与参考系是有关系的，势能的大小与参考面有关，因此同一系统下，不同的参考系或参考面得到的结果是不同的。

（二）对机械能守恒定律的认识误区

第一：系统受到的合外力为零，则系统机械能守恒。系统中物体受力为零有两种情况，一是系统中滑动摩擦力在在做功，内能产生，机械能减少，那么系统机械能不守恒；二是对于静止和匀速直线运动的物体即使没有滑动摩擦力在做功，系统机械能也是不守恒的，如飞船返回舱接近地面进行匀速下落的过程中机械能是不守恒的。

第二：系统动能和势能没有发生变化，则系统机械能守恒。机械能守恒是能量转化后的守恒，并不能简单理解为不变。守恒是体现在一个动态过程中，系统动能和势能没有发生变化，没有任何实质的意义和价值，就像静止不动的物体，中间没有发生任何运动和能量间的转化，更不用说机械能守恒。

第三：系统只在弹力做功的情况下，机械能守恒。如果是系统内的弹力做功，则机械能守恒，否则不守恒。

可见，运用机械能守恒定律去分析运动的物体时，要注意分析在每个过程中机械能是否守恒，还要分析系统内各个能量间的转化与结果。所以认识到对机械能守恒定律的误区，就能更透彻地理解机械能守恒定律，正确判断出機械能是否守恒。

三：机械能守恒定律的应用

在日常生活中，我们也会碰到很多机械守恒的实际例子，如自由落体运动，它的整个过程都是遵循机械能守恒定律。为了更形象简单地解决机械能守恒问题和它的应用，我们可以把复杂的实际情况转化为简单的易接受的物理模型。

（一）轻绳连接。第一，在轻绳绷紧时，系统中用轻绳连接的两个物体的运动方向是与连接的轻绳处的方向保持一致的，一定要注意两个物体在轻绳绷紧过程中的任一时刻的速率是相同的。第二，系统内两个物体或某个物体在轻绳绷紧时的运动方向与连接的轻绳处成夹角，这样的情况下，速率是不同的，就需要找出两个物体的具体速率。

（二）杠杆连接。系统内的物体通过杠杆来连接，而且绕杆上的一点在竖直方向做圆周运动，假设系统内只有重力做功，系统的机械能守恒，运用机械能守恒定律的公式和圆周运动的公式就可以解决这类问题。

（三）轻质弹簧。当遇到多个物体与弹簧构成的问题时，我们选取研究对象时要慎重，而且要分析系统内各个物体动能、势能以及来自弹簧弹力的弹性势能的变化，这样才能更精确地分析出机械能。例如：在光滑的水平面上有A和B两个物体，A与一个轻质弹簧相连接，B以初速度V向右移动，那么A和B在相互作用过程中，系统的外力和为零，而且只有弹力做功，则系统机械能守恒。当A和B的速度相同时，系统的动能消耗最大，弹性势能最大。

四：总结

机械能守恒定律是物理学中重要的定律之一，它与物体的整个机械运动有着密切的关系，在分析机械能是否守恒的过程中，我们一定要认清机械能守恒满足的条件，避免对机械能守恒定律认识的误区，这样才能更透彻清楚地认识和了解机械能守恒定律，具体地去分析物体在运动过程中各个能量间的转化以及最后的能量之和，判断出机械能是否守恒。同时，以简单明了的物理模型去分析机械能守恒的应用类型能够为日常生活中的问题提供依据，抓住分类与重点，这样就能真正做到学以致用，为生活服务。

参考文献

[1]孙英凯，对机械能守恒定律的研究及探索[J]，探索科学2016 （9）.

[2]王燕萍，浅谈对机械能守恒定律的理解与应用[J]，试题与研究：教学论坛2013（7）：46-46.endprint