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高中物理动能定理和机械能守恒定律的区别和应用
作者：李源潮
来源：《中国科技博览》2024年第09期
[摘 要]现阶段，高中物理当中的难点内容以及重点内容在于机械能守恒定律和动能定理，并且以上两部分内容在高考当中占据相当大的比例，所以，在学习期间需要全面理解和区别物理动能定理和机械能守恒定律的主要内容以及适用条件等，在此次基础之上才能够对动能定理和机械能守恒定律内容进行灵活应用。
[关键词]高中物理；动能定理；机械能守恒定律；区别和应用
中图分类号：G634.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2024）09-0225-01 1、对比分析动能定理和机械能守恒定律
高中物理当中的动能定理主要是将“动”，机械能守恒定律主要是将“能”，在学习期间需要明确能与功之间的关系。 1.1 动能定理
（1）定理内容：动能存在瞬时性特征，是指力在某一过程中对物体所做的功与在这个过程中动能的变化相同。动能属于状态量，不存在负值。
合外力对物体所做的功与物体动能的变化相同。即末动能减初动能。
（2）公式表达：动能定理一般只涉及物体运动的始末状态，通过运动过程中做功时能的转化求出始末状态的改变量。但是总的能是遵循能量守恒定律。其公式主要为：W=Ek2-Ek1=1/2mv22-1/2mv12。
（3）满足条件：动能定理主要反应的是初始状态和末位状态的动能产生的变化与初始状态和末位状态合力所做的功之间的数值关系。针对所有物体运动过程以及做功是否为变力或者恒力没有存在较多的限制条件； 1.2 机械能守恒定律
（1）主要内容：机械能守恒定律的内容主要是在只有重力做功情况下，物体的势能和动能之间可以进行相互转化，并且机械能保持不变在只有弹力做功和重力做功的物体系统当中，势能与动能之间可以进行相互转化，然而总的机械能保持不变。
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（2）守恒定理：物体在系统内部弹力做功以及重力作用下做功才能够满足机械能守恒定律。当物体在运动期间，如果A（外）=0，A（非内保）=0，那么有△E机=E（末）-E（初）=0 或 E（k1）+E（p1）=E（k0）+E（p0）。
（3）满足条件：以上表达式可以看出，如果系统内只有保守力做功，而内力和外力不做功，则运动期间系统内质点间动能和势可以进行相互转换，然而总机械能保持不变，这就是质点系的机械能守恒定律。
物体的动能和势能统称为机械能：E机=Ep+Ek。一个物体能做功就说这个物体具有能。 2、动能定理当中“W”的意义与辨析
在动能定理的表达式当中，“W”属于复合量。主要是代表各个力做功的代数和，在计算功率时主要有以下两种计算方法：
第一种：W总=ΣW =W1+W2+……； 第二种：W总=ΣFScos
高中物理教材当中对于机械功的定义是：作用于某个物体上的力与物体沿力的方向上位移的乘积。在教材当中的定义主要是描绘恒力沿曲线或者直线运动的过程。因此需要不断延伸教材内容，注重变力做功，做功与路径以及位移之间存在的关系等。
实例1：质量为M的质点在重力作用下由A点经过平面曲线ABC运动到B点，建立直角坐标系oxy，需要计算重力在此期间所做的功？
根据以上实例计算。Fx=0，Fy=-mg，那么重力在此期间所作的功为：
根据以上结果可以看出，重力是否做功的主要是因素在于初始点和末点的位置，与质点经过的路径没有较大的关系。类似于重力的力还有万有引力，弹簧弹力以及静电场力。以上力做功主要是由于受力质点初始点位置和末点位置所决定的，由于受力质点经过的路径没有较大关联。该种力沿着闭合路径所做的功为0，可以将该种力称作保守力。需要注意的是：不是所有的力做的功都与路径没有关联性。
3、机械能守恒定律的应用条件（只是简要提了以下两个版本之间的区别，整体还是说的人教版，因为是高中物理，所以觉得有必要将不同版本的展示出来）
高中物理教材的鲁科版和人教版对于机械能守恒定律的定义存在差异性，这就导致学生对于机械能守恒定律应用条件产生疑惑，是否只适用于重力做功条件下，还是只适用于系统内弹力做功以及重力做功。此次研究主要是通过阿特伍德机进行探讨分析，下图为阿特伍德机：
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实例2：滑轮装置可以忽略绳子与滑轮的质量，不考虑轴承摩擦力。假使M大于m，可以看出M出现加速下降趋势，m急速上升，在该运动期间不断出现重力势能转向动能。尽管绳子存在一定的拉力，属于一对非保守内力。然而绳子产生的拉力对m做出了正功，对于M做出负功，这样基于可以抵消这对非保守内力。针对M和m来讲，机械能无法守恒，然而对于地球系统以及滑轮来说，机械能时守恒的。
结合以上案例可以看出，机械能守恒定律的使用条件在于以下几个方面：
（1）针对单个物体：只能在重力作用下，机械能才能实现守恒。（只是产生重力势能与动能之间的相互转化）。
（2）针对多个物体：首先，需要研究对象组成系统除了系统内弹力以及重力之外，其他力不做功。（主要是因为外力做功使得其与外界之间出现能量交换情况）。其次，系统内部存在的例如实例2当中存在的绳的拉力为非保守内力时，不是需要使得成对的非保守内力当中的所有力都不做功，而是需要每一对非保守内力做功的代数和等于0。 4.结束语
综上所述，本文主要对比分析动能定理和机械能守恒定律的主要内容以及适用条件，介绍了动能定理当中“W”的意义与辨析以及机械能守恒定律的应用条件，结合实际案例进行分析，能够实际应用期间准确把握动能定理和机械能守恒定律的区别。 参考文献
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高中物理动能定理和机械能守恒定律的区别和应用
