如何更好地把握物理高考必考熱點(diǎn)——功與能量問題

　　高中物理教學(xué)中能量的轉(zhuǎn)化與守恒思想，是貫穿高中物理各知識(shí)領(lǐng)域的一條主線；用功能關(guān)系和能量守恒觀點(diǎn)分析和解決物理問題，是物理學(xué)中的重要研究方法，也是近年來高考的必考熱點(diǎn)之一。下面舉例談高中物理主要涉及的能量問題及解題思路。
　　一、力學(xué)
　　1.合外力對(duì)物體做的功等于物體動(dòng)能的變化。
　　2.重力做功對(duì)應(yīng)重力勢(shì)能的變化，彈簧彈力做功對(duì)應(yīng)彈性勢(shì)能的變化。
　　（1）重力做多少正功，重力勢(shì)能減少多少。彈簧彈力做多少正功，彈性勢(shì)能減少多少。
　?。?）重力做多少負(fù)功，重力勢(shì)能增加多少。彈簧彈力做多少負(fù)功，彈性勢(shì)能增加多少。
　　3.除重力或彈簧彈力以外的力做的功等于機(jī)械能的變化。
　?。?）除重力或彈簧彈力以外的力做多少正功，機(jī)械能就增加多少。
　?。?）除重力或彈簧彈力以外的力做多少負(fù)功，機(jī)械能就減少多少。
　?。?）除重力或彈簧彈力以外的力不做功，物體的機(jī)械能守恒。
　　【典型例題】
　　例1.（揭陽市2009-2010學(xué)年度高三期末理綜試題）質(zhì)量為m的物體從靜止開始以2 g的加速度豎直向下加速運(yùn)動(dòng)距離h，不計(jì)空氣阻力。則（）
　　A．物體重力勢(shì)能減少了2 mgh
　　B．物體動(dòng)能增加了2 mgh
　　C．物體機(jī)械能不變
　　D．物體機(jī)械能增加m gh
　　解析：重力做功mgh，故重力勢(shì)能的減少mgh；合外力對(duì)物體做功2 mgh，故物體動(dòng)能增加2 mgh；重力做功m gh而合外力對(duì)物體做功2 mgh，那么除重力以外的力做功m gh，故機(jī)械能就增加m gh。選B、D。
　　例2.如圖所示，一根輕彈簧下端固定，豎立在水平面上。其正上方A位置有一只小球。小球從靜止開始下落，在B位置接觸彈簧的上端，在C位置小球所受彈力大小等于重力，在D位置小球速度減小到零。小球下降階段下列說法中正確的是（）
　　A．在B位置小球動(dòng)能最大
　　B．在C位置小球動(dòng)能最大
　　C．從A→C位置小球重力勢(shì)能的減少等于小球動(dòng)能的增加
　　D．從A→D位置小球重力勢(shì)能的減少等于彈簧彈性勢(shì)能的增加
　　解析：小球動(dòng)能的增加用合外力做功來量度，A→C小球受的合力一直向下，對(duì)小球做正功，使動(dòng)能增加；C→D小球受的合力一直向上，對(duì)小球做負(fù)功，使動(dòng)能減小，所以B正確。從A→C小球重力勢(shì)能的減少等于小球動(dòng)能的增加和彈簧彈性勢(shì)能之和，所以C錯(cuò)誤。A、D兩位置動(dòng)能均為零，重力做的正功等于彈力做的負(fù)功，所以D正確。選B、D。
　　例3.如圖所示，細(xì)繩跨過定滑輪懸掛兩物體M和m，且M>m，不計(jì)摩擦，系統(tǒng)由靜止開始運(yùn)動(dòng)過程中（）
　　A．M、m各自的機(jī)械能分別守恒
　　B．M減少的機(jī)械能等于m增加的機(jī)械能
　　C．M減少的重力勢(shì)能等于m增加的重力勢(shì)能
　　D．M和m組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒
　　解析：M下落過程中，除重力做功以外，還有繩的拉力做負(fù)功，故M的機(jī)械能減少；m上升過程中，除重力做功以外，還有繩的拉力做正功，故m的機(jī)械能增加；對(duì)于M和m構(gòu)成的系統(tǒng)而言，只有動(dòng)能和重力勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，故M和m組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。選B、D。
　　二、電磁學(xué)
　　1.電場(chǎng)力做功
　?。?）電場(chǎng)力做功對(duì)應(yīng)電勢(shì)能的變化。電場(chǎng)力做多少正功，電勢(shì)能減少多少。電場(chǎng)力做多少負(fù)功，電勢(shì)能增加多少。
　?。?）在只有電場(chǎng)力做功時(shí)，電勢(shì)能與動(dòng)能之和不變。
　?。?）在只有電場(chǎng)力和重力做功的系統(tǒng)內(nèi)，系統(tǒng)的動(dòng)能、重力勢(shì)能和電勢(shì)能之和保持不變。
　　2.電熱
　?。?）純電阻電路：電能全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。
　?。?）非純電阻電路：電能中大部分轉(zhuǎn)化成其他形式的能、一小部分不可避免地轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。
　　3.電磁感應(yīng)中的能量問題
　?。?）安培力做正功，是將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，安培力做負(fù)功，是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。
　?。?）電磁感應(yīng)中電能的主要求解思路：利用克服安培力做功求解：電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功。利用能量守恒求解：機(jī)械能的減少量等于產(chǎn)生的電能。利用電路特征求解：通過電路中所產(chǎn)生的電能求解。
　?。?）理想變壓器與遠(yuǎn)距離輸電。理想變壓器原線圈輸入與副線圈輸出的電能相等。遠(yuǎn)距離輸電線路損耗的電能Q=I2R線t。
　　【典型例題】
　　例4.（2008年深圳一模）如圖為一勻強(qiáng)電場(chǎng)，某帶電粒子從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，在這一運(yùn)動(dòng)過程中克服重力做的功為2.0J，電場(chǎng)力做的功為1.5J，則下列說法正確的是（）
　　A．粒子帶負(fù)電
　　B．粒子在A點(diǎn)的電勢(shì)能比在B點(diǎn)少1.5 J
　　C．粒子在A點(diǎn)的動(dòng)能比在B點(diǎn)多0.5 J
　　D．粒子在A點(diǎn)的機(jī)械能比在B點(diǎn)少1.5 J
　　解析：由電場(chǎng)線的方向和粒子偏轉(zhuǎn)方向，可以判斷粒子帶正電；由于電場(chǎng)力做正功，故電勢(shì)能減小，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；合外力做負(fù)功，動(dòng)能減小，故C正確；除重力或彈簧彈力以外的力做多少正功，機(jī)械能就增加多少，故D正確。選項(xiàng)C、D。
　　例5.如圖所示電路，兩根光滑金屬導(dǎo)軌，平行放置在傾角為θ的斜面上，導(dǎo)軌下端接有電阻R，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，斜面處在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，電阻可略去不計(jì)的金屬棒ab質(zhì)量為m，受到沿斜面向上且與金屬棒垂直的恒力F的作用，金屬棒沿導(dǎo)軌勻速下滑，則它在下滑h高度的過程，以下說法正確的是（）
　　A．作用在金屬棒上各力的合力做功為零
　　B．重力做功將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能
　　C．重力與恒力F做功的代數(shù)和等于電阻R上發(fā)出的焦耳熱
　　D．金屬棒克服安培力做功等于重力與恒力F做的總功與電阻R上產(chǎn)生焦耳熱
　　解析：物體勻速下滑，動(dòng)能不變，所以合力做功為零，A對(duì)；除重力和彈簧彈力以外的力做的功等于機(jī)械能的變化，B錯(cuò)；WF+WG+WF安=0，克服安培力做的功為-WF安=WF+WG，即恒力和重力做的總功等于回路中產(chǎn)生的電能，C對(duì)；WF+WG+WF安=0，金屬棒克服安培力做功等于重力與恒力F做的總功，D錯(cuò)。選A、C。
　　三、熱學(xué)
　　1.分子動(dòng)能
　?。?）溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志。
　?。?）分子平均動(dòng)能與物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。
　　2.分子勢(shì)能
　?。?）分子勢(shì)能與分子間的距離有關(guān)。
　?。?）當(dāng)分子間距離為r0時(shí)，分子勢(shì)能最小。在由r0逐漸增大或由r0逐漸減小的過程中。分子勢(shì)能均增大，即分子間距離為r0時(shí)分子勢(shì)能最小。
　　3.物體的內(nèi)能
　　（1）物體的內(nèi)能是物體內(nèi)所有分子的動(dòng)能與勢(shì)能之和。
　　（2）物體的內(nèi)能與物體的溫度和體積有關(guān)。
　?。?）理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)。
　　4.熱力學(xué)第一定律
　　?駐U=Q+W，需要正確把握三個(gè)量的含義及如何取正負(fù)值。
　　5.熱力學(xué)第二定律
　　不可能從單一熱源吸取熱量，使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響。
　　【典型例題】
　　例6.（2009年全國(guó)卷）如圖，水平放置的密封氣缸內(nèi)的氣體被一豎直隔板分隔為左右兩部分，隔板可在氣缸內(nèi)無摩擦滑動(dòng)，右側(cè)氣體內(nèi)有一電熱絲。氣缸壁和隔板均絕熱。初始時(shí)隔板靜止，左右兩邊氣體溫度相等?，F(xiàn)給電熱絲提供一微弱電流，通電一段時(shí)間后切斷電源。當(dāng)缸內(nèi)氣體再次達(dá)到平衡時(shí)，與初始狀態(tài)相比（）
　　A．右邊氣體溫度升高，左邊氣體溫度不變
　　B．左右兩邊氣體溫度都升高
　　C．左邊氣體壓強(qiáng)增大
　　
　　D．右邊氣體內(nèi)能的增加量等于電熱絲放出的熱量
　　解析：當(dāng)電熱絲通電后，右邊的氣體溫度升高氣體膨脹，將隔板向左推，對(duì)左邊的氣體做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，內(nèi)能增加，氣體的溫度升高，又根據(jù)氣體定律可知：左邊的氣體壓強(qiáng)增大，B、C正確。右邊氣體內(nèi)能的增加值為電熱絲發(fā)出的熱量減去對(duì)左邊的氣體所做的功，D錯(cuò)。選B、C。
　　例7.用r表示兩分子之間的距離，Ep表示兩個(gè)分子間的相互作用勢(shì)能，當(dāng)r=r0時(shí)，兩個(gè)分子之間引力等于斥力，設(shè)兩個(gè)分子間相距較遠(yuǎn)時(shí)，Ep=0，則（）
　　A．當(dāng)分子間距r變小時(shí)，引力減小，斥力增大
　　B．當(dāng)r>r0時(shí)，引力大于斥力，r增大時(shí)分子力做負(fù)功，Ep增加
　　C．當(dāng)r　　D．當(dāng)r=r0時(shí)，Ep=0
　　解析：當(dāng)分子間距r變小時(shí)，引力斥力均增大；當(dāng)r>r0時(shí)，r增大分子力做負(fù)功，Ep增加；當(dāng)r　　四、光學(xué)與原子物理
　　1.光子說：一個(gè)光子的能量E=hν，ν為光的頻率。
　　3.氫原子的能量
　　原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí)，它吸收或輻射一定頻率的光子，光子的能量由這兩個(gè)定態(tài)的差決定，即hν=E初-E終。
　　4.核能：ΔE=Δmc2。
　　【典型例題】
　　例8.（2009年全國(guó)卷）氮氖激光器能產(chǎn)生三種波長(zhǎng)的激光。其中兩種波長(zhǎng)分別為λ1=0.6328 μm，λ2=3.39 μm。已知波長(zhǎng)為λ1的激光是氖原子在能級(jí)間隔為ΔE1=1.96 eV兩個(gè)能級(jí)之間躍遷產(chǎn)生的。用ΔE2表示產(chǎn)生波長(zhǎng)為λ2的激光所對(duì)應(yīng)的躍遷的能級(jí)間隔，則ΔE2的近似值為（）
　　A．10.50 eVB．0.98 eV
　　C．0.53 eVD．0.36 eV
　　解析：本題考查波爾的原子躍遷理論。根據(jù)ΔE=hν，ν=c/λ，可知當(dāng)ΔE1=1.96 eV， λ1=0.6328 ?滋m，當(dāng)λ2=3.39 ?滋m時(shí)，聯(lián)立可得ΔE2=0.36 eV。選D。
　　例9.氫原子的核外電子由內(nèi)層軌道轉(zhuǎn)移到外層軌道的過程中（）
　　A.電勢(shì)能減少而電子動(dòng)能增加，原子的能量增加
　　B.電勢(shì)能減少而電子動(dòng)能增加，原子的能量減少
　　C.電勢(shì)能增加而電子動(dòng)能減少，原子的能量增加
　　D.電勢(shì)能增加而電子動(dòng)能減少，原子的能量減少
　　解析：核外電子由內(nèi)層軌道轉(zhuǎn)移到外層軌道的過程中，要克服庫(kù)侖引力做功，故電勢(shì)能應(yīng)增加。而由ke2/r2=mv2/r得：E=mv2/2=ke2/2r，r增大，動(dòng)能應(yīng)減少，而又由于能級(jí)值增加，總能量增加。選C。
　　分析做功與能量轉(zhuǎn)化問題的關(guān)鍵是要弄清哪些力在做功且分別與哪種形式的能量轉(zhuǎn)化相對(duì)應(yīng)，然后再運(yùn)用做功與能量轉(zhuǎn)化關(guān)系或者能量守恒來解決相應(yīng)的問題，大都可以迎刃而解。
　?。ㄗ髡邌挝?廣東省佛山市順德區(qū)容山中學(xué)）