如何更好地把握物理高考必考熱點——功與能量問題

　　高中物理教學中能量的轉化與守恒思想，是貫穿高中物理各知識領域的一條主線；用功能關系和能量守恒觀點分析和解決物理問題，是物理學中的重要研究方法，也是近年來高考的必考熱點之一。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
　　1.合外力對物體做的功等于物體動能的變化。
　　2.重力做功對應重力勢能的變化，彈簧彈力做功對應彈性勢能的變化。
　　（1）重力做多少正功，重力勢能減少多少。彈簧彈力做多少正功，彈性勢能減少多少。
　　（2）重力做多少負功，重力勢能增加多少。彈簧彈力做多少負功，彈性勢能增加多少。
　　3.除重力或彈簧彈力以外的力做的功等于機械能的變化。
　　（1）除重力或彈簧彈力以外的力做多少正功，機械能就增加多少。
　　（2）除重力或彈簧彈力以外的力做多少負功，機械能就減少多少。
　　（3）除重力或彈簧彈力以外的力不做功，物體的機械能守恒。
　　【典型例題】
　　例1.（揭陽市2009-2010學年度高三期末理綜試題）質量為m的物體從靜止開始以2 g的加速度豎直向下加速運動距離h，不計空氣阻力。則（）
　　A．物體重力勢能減少了2 mgh
　　B．物體動能增加了2 mgh
　　C．物體機械能不變
　　D．物體機械能增加m gh
　　解析：重力做功mgh，故重力勢能的減少mgh；合外力對物體做功2 mgh，故物體動能增加2 mgh；重力做功m gh而合外力對物體做功2 mgh，那么除重力以外的力做功m gh，故機械能就增加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位置小球動能最大
　　B．在C位置小球動能最大
　　C．從A→C位置小球重力勢能的減少等于小球動能的增加
　　D．從A→D位置小球重力勢能的減少等于彈簧彈性勢能的增加
　　解析：小球動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，對小球做正功，使動能增加；C→D小球受的合力一直向上，對小球做負功，使動能減小，所以B正確。從A→C小球重力勢能的減少等于小球動能的增加和彈簧彈性勢能之和，所以C錯誤。A、D兩位置動能均為零，重力做的正功等于彈力做的負功，所以D正確。選B、D。
　　例3.如圖所示，細繩跨過定滑輪懸掛兩物體M和m，且M>m，不計摩擦，系統由靜止開始運動過程中（）
　　A．M、m各自的機械能分別守恒
　　B．M減少的機械能等于m增加的機械能
　　C．M減少的重力勢能等于m增加的重力勢能
　　D．M和m組成的系統機械能守恒
　　解析：M下落過程中，除重力做功以外，還有繩的拉力做負功，故M的機械能減少；m上升過程中，除重力做功以外，還有繩的拉力做正功，故m的機械能增加；對于M和m構成的系統而言，只有動能和重力勢能相互轉化，故M和m組成的系統機械能守恒。選B、D。
　　二、電磁學
　　1.電場力做功
　　（1）電場力做功對應電勢能的變化。電場力做多少正功，電勢能減少多少。電場力做多少負功，電勢能增加多少。
　　（2）在只有電場力做功時，電勢能與動能之和不變。
　　（3）在只有電場力和重力做功的系統內，系統的動能、重力勢能和電勢能之和保持不變。
　　2.電熱
　　（1）純電阻電路：電能全部轉化成內能。
　　（2）非純電阻電路：電能中大部分轉化成其他形式的能、一小部分不可避免地轉化成內能。
　　3.電磁感應中的能量問題
　　（1）安培力做正功，是將電能轉化為其他形式的能，安培力做負功，是將其他形式的能轉化為電能。
　　（2）電磁感應中電能的主要求解思路：利用克服安培力做功求解：電磁感應中產生的電能等于克服安培力所做的功。利用能量守恒求解：機械能的減少量等于產生的電能。利用電路特征求解：通過電路中所產生的電能求解。
　　（3）理想變壓器與遠距離輸電。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）如圖為一勻強電場，某帶電粒子從A點運動到B點，在這一運動過程中克服重力做的功為2.0J，電場力做的功為1.5J，則下列說法正確的是（）
　　A．粒子帶負電
　　B．粒子在A點的電勢能比在B點少1.5 J
　　C．粒子在A點的動能比在B點多0.5 J
　　D．粒子在A點的機械能比在B點少1.5 J
　　解析：由電場線的方向和粒子偏轉方向，可以判斷粒子帶正電；由于電場力做正功，故電勢能減小，B選項錯誤；合外力做負功，動能減小，故C正確；除重力或彈簧彈力以外的力做多少正功，機械能就增加多少，故D正確。選項C、D。
　　例5.如圖所示電路，兩根光滑金屬導軌，平行放置在傾角為θ的斜面上，導軌下端接有電阻R，導軌電阻不計，斜面處在豎直向上的勻強磁場中，電阻可略去不計的金屬棒ab質量為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．重力做功將機械能轉化為電能
　　C．重力與恒力F做功的代數和等于電阻R上發出的焦耳熱
　　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上產生焦耳熱
　　解析：物體勻速下滑，動能不變，所以合力做功為零，A對；除重力和彈簧彈力以外的力做的功等于機械能的變化，B錯；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生的電能，C對；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。選A、C。
　　三、熱學
　　1.分子動能
　　（1）溫度是分子平均動能的標志。
　　（2）分子平均動能與物體的機械運動狀態無關。
　　2.分子勢能
　　（1）分子勢能與分子間的距離有關。
　　（2）當分子間距離為r0時，分子勢能最小。在由r0逐漸增大或由r0逐漸減小的過程中。分子勢能均增大，即分子間距離為r0時分子勢能最小。
　　3.物體的內能
　　（1）物體的內能是物體內所有分子的動能與勢能之和。
　　（2）物體的內能與物體的溫度和體積有關。
　　（3）理想氣體的內能只與溫度有關。
　　4.熱力學第一定律
　　?駐U=Q+W，需要正確把握三個量的含義及如何取正負值。
　　5.熱力學第二定律
　　不可能從單一熱源吸取熱量，使之完全變為有用功而不產生其他影響。
　　【典型例題】
　　例6.（2009年全國卷）如圖，水平放置的密封氣缸內的氣體被一豎直隔板分隔為左右兩部分，隔板可在氣缸內無摩擦滑動，右側氣體內有一電熱絲。氣缸壁和隔板均絕熱。初始時隔板靜止，左右兩邊氣體溫度相等。現給電熱絲提供一微弱電流，通電一段時間后切斷電源。當缸內氣體再次達到平衡時，與初始狀態相比（）
　　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．左邊氣體壓強增大
　　
　　D．右邊氣體內能的增加量等于電熱絲放出的熱量
　　解析：當電熱絲通電后，右邊的氣體溫度升高氣體膨脹，將隔板向左推，對左邊的氣體做功，根據熱力學第一定律，內能增加，氣體的溫度升高，又根據氣體定律可知：左邊的氣體壓強增大，B、C正確。右邊氣體內能的增加值為電熱絲發出的熱量減去對左邊的氣體所做的功，D錯。選B、C。
　　例7.用r表示兩分子之間的距離，Ep表示兩個分子間的相互作用勢能，當r=r0時，兩個分子之間引力等于斥力，設兩個分子間相距較遠時，Ep=0，則（）
　　A．當分子間距r變小時，引力減小，斥力增大
　　B．當r>r0時，引力大于斥力，r增大時分子力做負功，Ep增加
　　C．當r　　D．當r=r0時，Ep=0
　　解析：當分子間距r變小時，引力斥力均增大；當r>r0時，r增大分子力做負功，Ep增加；當r　　四、光學與原子物理
　　1.光子說：一個光子的能量E=hν，ν為光的頻率。
　　3.氫原子的能量
　　原子從一種定態躍遷到另一種定態時，它吸收或輻射一定頻率的光子，光子的能量由這兩個定態的差決定，即hν=E初-E終。
　　4.核能：ΔE=Δmc2。
　　【典型例題】
　　例8.（2009年全國卷）氮氖激光器能產生三種波長的激光。其中兩種波長分別為λ1=0.6328 μm，λ2=3.39 μm。已知波長為λ1的激光是氖原子在能級間隔為ΔE1=1.96 eV兩個能級之間躍遷產生的。用ΔE2表示產生波長為λ2的激光所對應的躍遷的能級間隔，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ΔE=hν，ν=c/λ，可知當ΔE1=1.96 eV， λ1=0.6328 ?滋m，當λ2=3.39 ?滋m時，聯立可得ΔE2=0.36 eV。選D。
　　例9.氫原子的核外電子由內層軌道轉移到外層軌道的過程中（）
　　A.電勢能減少而電子動能增加，原子的能量增加
　　B.電勢能減少而電子動能增加，原子的能量減少
　　C.電勢能增加而電子動能減少，原子的能量增加
　　D.電勢能增加而電子動能減少，原子的能量減少
　　解析：核外電子由內層軌道轉移到外層軌道的過程中，要克服庫侖引力做功，故電勢能應增加。而由ke2/r2=mv2/r得：E=mv2/2=ke2/2r，r增大，動能應減少，而又由于能級值增加，總能量增加。選C。
　　分析做功與能量轉化問題的關鍵是要弄清哪些力在做功且分別與哪種形式的能量轉化相對應，然后再運用做功與能量轉化關系或者能量守恒來解決相應的問題，大都可以迎刃而解。
　　（作者單位 廣東省佛山市順德區容山中學）