浅谈高中物理中的守恒问题

摘要：守恒这个概念是高中物理体系存在的一个前提条件，包括能量守恒、动量守恒、质能守恒及角动量守恒等.这些概念构成了高中物理学科的基石，并且为很多问题的解决提供了解题的思路.在本篇文章中，作者通过对高中物理所涉及的几个守恒定律进行深入的解读，希望能够对高中学生起到一些启示的作用.

关键词：高中物理；能量守恒；质能守恒

高中物理的知识体系当中有几个定律是起到基石的作用的，如果抛开了它们，经典物理学的大厦将会轰然倒塌，这其中有几个守恒定律十分地重要.可以这样说，虽然几大守恒定律的提出晚于经典物理学的诞生，但仍然是物理体系的前提.对守恒定律的理解程度，决定了学生学习高中物理的深度和精度.

一、能量守恒定律

能量守恒与力、光、热、电等一切物理量都有着密切的联系，甚至可以说能量可以作为一切物理量的一个中心点和纽带.不光是在物理中，包括化学反应在内的一切运动、状态变化等都会引起能量的转化或者转移.自由落体是势能转化为动能；电灯发亮是电能转化为热能，热能又转化为光能；摩擦是动能转化为了热能；烧火则是化学能转化为了热能和光能.在这些过程中，一个系统内整体的能量数量是不会改变的.能量守恒在物体的运动和摩擦等物理变化中有十分重要的运用，在解题的时候往往成为解决问题的关键，尤其是热能与动能的转化，由于能量为一个标量而更加有利于问题的解决.假如一个物体从斜面木板上滑下，下滑过程中机械能也就是势能和动能发生了变化，这个变化的量就必然等于这个下滑过程中产生的热量，甚至在雨滴下降的过程中，雨滴与空气的摩擦力除了起到阻力的作用外，还将雨滴的机械能转化为了热能，实现了能量的转化.对于能量尤其是热能的转化已经形成了一门新的学问叫作传热学，专门研究如何使热量更有效率的传播和加以利用.电视信号塔将电能转化为了电磁波，于是就专门有一门学问来研究如何更有效的利用能量传递.

事实上，人们除了对能量的总量关心之外，对于能量的传递和转化方向更加的关心，于是形成了犹如热力学第二定律这样的一系列定律定理.能量转移的方向与总量没有关系，能量的“势”在能量传递和转移的过程中掌握着方向，电能是靠电流进行转移的，电流的方向正是电势的方向，电势差决定了电流的方向及大小；热能的“势”叫作温度，热量从高温物体流向低温物体，而不是从能量多的物体流向能量低的；由相对位置引起的能量在物理学中被直接定义为势能，代表着重力的方向，势能也是沿着这一方向进行释放从而转化成为其他形式的能量.

二、动量守恒定律

动量是一个合成的物理量，由质量和速度相乘得到，由于速度是一个矢量，动量也就成为一个带有方向性的矢量，矢量就意味着角度.动量守恒定律是自然界中最重要最普遍的守恒定律之一，它既适用于宏观物体，也适用于微观粒子；既适用于低速运动物体，也适用于高速运动物体，它是一个实验规律，也可用牛顿第二定律和动量定理推导出来.在高中物理中，但凡遇到碰撞的问题，首先要列出的往往就是动量守恒的方程，由于这里面涉及两个物体的质量和速度四个量，在结合动能守恒定律，对于相关的任何一个物理量都可以轻易推导出来，从而得到结论.动量的变化带来了冲量的变化，事实上冲量成为了动量变化的原因，于是一个公式便诞生了，在经典物理学中，Ft=Δmv，这个公式用于解决外力对系统的动量变化，如果力的方向又恰好在物体运动的方向上，那么利用Fs就可以算出外力对系统所做的功，于是根据动量守恒方程与能量守恒并联可以计算出所有相关的物理量.

动量守恒的另外一个最典型的运用在物理学中被称为“反冲”，当一个物体向一个方向喷射出高速的气流或者粒子流，其本身就会向相反的方向运用获得加速度，在这个过程中，喷射的气流或者粒子流的动量与自身获得的动量在数量上相同并且在方向上相反.这个现象在航空航天技术上得到最广泛的应用.比如，在我国的天宫一号空间站底端就安装有主喷射口用来调整速度和四个方向的副喷射口用来调整运行的姿势.当主喷射口向后喷出质量m1速度为v1的气体时，航天器向前加速的动量是m2Δv，而在数字上m2Δv=m1v1.同样的原理，通过控制副喷射口喷射气体，可以调整航天器的运行角度和运行姿势等.

在高考的物理题目中，动量守恒是一个必考的内容，一般都会涉及碰撞、航空航天及火箭发射等，在复习的时候，对动量守恒定律的精准把握，能够帮助同学们在高考中取得更好的成绩.

三、质量与质能守恒定律

在经典物理学中，质量仅指静质量.一个物体，无论形状怎么奇怪，甚至在质点的概念中可以忽略大小形状，但总是有一个比较精确的质量，无论是大至太阳、银河系还是小至原子、电子.在高中物理学的经典力学中，这些精确的质量是不可能被创造出来或者消灭掉的.

两个随意的物体之间都存在万有引力，说明质量是产生万有引力的原因.物体的惯性仅与其本身的质量有关，牛顿第一定律又叫惯性定律，这说明质量是惯性的产生原因.质量是物体的固有属性，大到天体宇宙，小到原子电子甚至夸克，在目前的物理学中，它们的质量都可以当成常量进行计算.通常情况下，高中物理中不涉及质量的变化，除了有关连接体的问题值得注意之外，也就无所谓“质量守恒”了.

当相对论将物理学带入到高速运动的范畴之内，以上的结论就显得不那么准确了，事实上，当物体的运用速度加快可以与光速比拟时，所谓的“质量守恒”似乎变得不成立了.

质能守恒是现代物理区别于经典物理学的一个关键公式，那就是在这个定律中，质量与能量开始统一，并且符合简单的质能转换方程E=mc2，从而突破了之前单纯的质量守恒和能量守恒，标志着一个在宇宙中更加普遍适用的定律的发现.太阳的燃烧靠的是氢元素的核聚变从而将自身的质量转化为了能量，其中一部分来到了地球，才有了我们的勃勃生机.原子弹的研制正是基于爱因施坦的这样一个公式，同时核能的和平利用也同样引人注目，成为改变世界能源利用格局的一个理想方案.质能守恒在高中物理课本中作为一节选修的内容，由于与世界话题原子弹有着直接的联系而引起很多高中生的注意力.

在考试的过程中，这部分内容由于是选修，所以基本上都是以概念的形式出现，有兴趣的同学可以多了解一些这部分的知识，对开阔视野有很大的益处.

四、结束语

高中物理课程是一个比较复杂的体系，知识点很多并且冗杂.但是，在教授的时候，老师应该教会学生认真总结，将复杂的知识点串联起来组成高中物理的知识框架，从而将理解和记忆结合起来.能量守恒、动量守恒、“质量守恒”及质能守恒被作为几个大的学习重点，将速度、质量、势及能量等物理量串联起来，为高中生对于物理的学习提供了很多的便利.

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