專題五 機械能、動能、動量及守恆定律

本專題包含功、功率、動能定理、機械能守恆定律，衝量、動量、動量定理、動量守恆等內容，是動力學內容的繼續和深化，是高中物理的「重中之重」。

功和能的概念是物理學中重要的基本概念。能的轉化和守恆定律是自然界中最重要、最普遍、最基本的客觀規律之一。功和能量轉化的關係不僅為解決力學問題開闢了一條新的重要途徑，同時它也是分析解決電磁學、熱學等領域中問題的重要依據。運用能量的觀點分析解決有關問題時，可以不涉及過程中力的作用以及運動細節，關心的只是過程中的能量轉化的關係和過程的始末狀態，這往往更能把握住問題的實質，使解決問題的思路變得簡捷，並且能解決一些用牛頓定律無法解決的問題。

動能定理是一條適用範圍很廣的物理規律，解題的優越性很多，相對於動量定理而言，它是學生感到比較容易接受的，根本原因在於它省去了矢量式的很多麻煩。應鼓勵學生在選擇公式的時候首先考慮動能定理，然後才是其他公式，特別是涉及變力做功的問題。歷年高考對本章知識的考查以考查該定理的試題為最多，在不同題型、不同難度的試題中都有體現。高考複習中對本知識點應有足夠的重視。複習中對動能定理還應結合牛頓定律，以功是能量變化的量度為依據，進行推導論證，明確每個量，包括「一」號的含義。

由於動量守恆定律適用的物理過程複雜，研究對象又是多個物體組成的系統，加之定律本身又有適用條件的限制，致使這類題目難度較大，因此在複習時對此應給予足夠的重視。

高考考查本專題的知識，大量的試題是與牛頓運動定律、圓周運動結合功能關係和動量守恆定律及電磁學、熱學等知識的綜合應用。許多題目難度很大，要解答此類題目，必須有紮實的基礎知識和熟練地解決實際問題的能力。要能夠正確分析問題所涉及的物理過程，對作用過程複雜的問題要能夠正確合理地把全過程劃分為若干階段，正確分析各階段的物理過程所遵從的物理規律。特別是機械能守恆定律，是自然界中普遍適用的基本規律之一，是高考考查的重點之一，常常作為壓軸題考查素材之一；另外對於動量定理的複習，應注意加深理解，靈活地運用它來定性討論、分析、解釋一些物理現象；本專題命題的特點是靈活性強、綜合性大、能力要求高。本章知識點與牛頓運動定律、圓周運動規律、碰撞問題以及電磁學知識的聯繫是高考的熱點，也是高考的必考內容，需特別關注。多年的高考壓軸題均與功、能知識有關。這些試題的共同特點是，物理情景設置新穎。物理過程複雜，每件隱蔽，是拉開得分檔次的關鍵，對學生的分析綜合能力、推理能力和利用數學工具解決物理問題的能力要求均很高。

在本章的複習中，應注意以下幾點：

(1)注意提高對各知識點的理解能力，如功、功率、動能定理、動量、衝量、動量定理以及動量守恆定律的矢量性及意義。這在高考有關題目中都有刻意的體現。

(2)注重提高分析綜合能力和對實際問題進行抽象簡化的能力。在處理題目所描述的物理過程較為複雜的情況時，首先必須明確題目所描述的物理過程，將題設條件進行合理的抽象和簡化，建立清晰的物理情景，弄清物理現象所發生的條件，並儘可能地用簡潔的語言或數學公式把物理過程、物理條件表達出來。

(3)注重提高應用數學知識解決物理問題的能力。在分析解答過程中會運用到數學歸納法、特例法、整體法、隔離法、不等式法等，運用數學語言表達物理過程的本質和物理現象發生的條件，運用數學知識進行變形和推理滄證等，注重提高解題規範化和表達論述能力；注重提高綜合運用物理規律解決實際問題的能力。高考有關試題中多次涉及綜合運用動量守恆定律、能量守恆定律等情況，要注意必須與客觀現實際相符，才能對問題做出全面準確的判斷。

(4)在動量守恆定律的複習中，要抓住速度的矢量性、瞬時性、同一性、同時性，分析物體之間的相互作用的過程，要針對某一過程確定狀態，列出方程，抓住典型問題，例如，人船問題，彈性碰撞問題，子彈打木塊問題，彈簧問題。多個物體相互作用過程的選取問題……通過對這些典型問題的複習，加深對動量守恆定律的理解，體會用動量守恆定律解決問題的方法。在上面的問題中，子彈打木塊問題和多個物體相互作用的過程選取問題是難點，並不是難在動量守恆上，而是難在能量的相互轉化，難在各個力做功的問題上。為了避免丟分，在複習中，要抓住兩點：第一要注意合理選取系統(對象)和過程，第二要抓住摩擦力做功的特徵、摩擦力做功和動能變化的關係，以及物體間相互作用時能量的轉化關係。另外，對於碰撞問題，要注意碰撞的多種可能性，做出正確的分析判斷後，再針對不同情況進行計算。

總之，功、能關係及能的轉化和守恆定律貫穿整個高中物理，能的觀點是解決動力學問題的三個基本觀點之一且常與另外兩個觀點(力的觀點、動量觀點)交叉綜合應用。解題時需對物體或系統的運動過程進行詳細分析，挖掘隱含條件，尋找臨界點，綜合使用動量守恆定律、機械能守恆定律和能的轉化和守恆定律求解。