運(yùn)用能量守恒，巧解物理難題

黃金輝

(江蘇省啟東市第一中學(xué)，江蘇 啟東 226200)

運(yùn)用能量守恒，巧解物理難題

黃金輝

(江蘇省啟東市第一中學(xué)，江蘇 啟東 226200)

能量守恒問題一直是高考中的熱點(diǎn)，本文主要從熱力學(xué)、光學(xué)和力學(xué)三個(gè)方面闡述了與能量守恒相關(guān)的問題，討論了能量守恒在這三個(gè)方面的應(yīng)用.

能量守恒；熱力學(xué)；光學(xué)；力學(xué)

高中物理中的守恒無(wú)處不在，無(wú)論是保守力學(xué)、熱力學(xué)、光學(xué)或者是電磁學(xué)，總是會(huì)涉及到能量守恒的問題.關(guān)于能量守恒的知識(shí)一直是高考中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，學(xué)好這部分知識(shí)，需要老師和學(xué)生的共同努力.

一、熱力學(xué)中的能量守恒

熱力學(xué)系統(tǒng)中的能量守恒與力學(xué)中的能量守恒比較相似，但是增加了內(nèi)能，熱力學(xué)中熱量可以與機(jī)械能或者其它能量相互轉(zhuǎn)化，但是轉(zhuǎn)化過(guò)程中總的能量并不發(fā)生改變.在解決這類問題時(shí)，只要抓住能量總和不變，可以很快的得出問題答案.

例1 一滴水從210m的高空做自由落體運(yùn)動(dòng)，下落的過(guò)程中重力對(duì)雨滴所做功，其中有40%的功轉(zhuǎn)化為雨滴的內(nèi)能，請(qǐng)問當(dāng)雨滴落到地面時(shí)，溫度升高了多少？(取g=10N/kg)

分析 本題主要考查機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，由于能量的總量是不變的，所以不管能量怎樣轉(zhuǎn)化，總能得到相應(yīng)的等量關(guān)系.在雨滴下落的過(guò)程中，重力勢(shì)能的40%轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，抓住這個(gè)等量關(guān)系，就可以對(duì)問題進(jìn)行求解.

解 水滴的重力勢(shì)能W=mgh，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為雨滴的內(nèi)能可表示為Q，Q=cmΔt，由于重力勢(shì)能的40%轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以可得到等式Q=40%W，所以cmΔt=40%W，將已知的數(shù)據(jù)代入上式中，可以得出Δt=0.2°C，所以溫度升高了0.2℃.

評(píng)注 本題通過(guò)熱力學(xué)中的能量守恒，巧妙的解決了問題.解決此類問題的關(guān)鍵在于是抓住各種能量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，再結(jié)合總能量不變，就得出問題的結(jié)論.

二、光學(xué)中的能量守恒

光學(xué)中守恒，就是產(chǎn)生光電效應(yīng)時(shí)的能量守恒，光電效應(yīng)是指在光束的照射下，物體中的光電子接受能量，會(huì)發(fā)射出去的現(xiàn)象.光電效應(yīng)時(shí)發(fā)生了能量轉(zhuǎn)化，但是總的能量守恒，在高考中對(duì)于光電效應(yīng)中能量守恒的問題考查非常頻繁，需要引起學(xué)生的注意.

例2 ：現(xiàn)在有一種金屬，它的逸出功為3eV，用波長(zhǎng)500nm的綠光照射該金屬能否發(fā)生光電效應(yīng)？如果換成波長(zhǎng)為400nm的紫光呢？請(qǐng)求出光電子的最大初動(dòng)能？

分析 本題主要考查發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)的能量守恒，應(yīng)該先計(jì)算出發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)的極限波長(zhǎng)，判斷能否發(fā)生光電效應(yīng)，再結(jié)合光電效應(yīng)時(shí)的能量守恒，求出電子的最大初動(dòng)能.

評(píng)注 本題通過(guò)光電效應(yīng)時(shí)的能量守恒，得到等式，從而解決問題.學(xué)生在學(xué)習(xí)光電效應(yīng)這章時(shí)，由于想象力比較差，導(dǎo)致知識(shí)點(diǎn)的記憶不夠牢靠，需要老師的不斷引導(dǎo)，才能讓學(xué)生很好的掌握光電效應(yīng)的知識(shí).

三、力學(xué)中的能量守恒

力學(xué)中的能量守恒問題是高考中的重要考點(diǎn)，每年高考中關(guān)于這類問題的分?jǐn)?shù)比值非常高.通過(guò)力的做功，產(chǎn)生了不同的能量形式，能量在動(dòng)能和勢(shì)能之間不斷轉(zhuǎn)化.但是只要抓住機(jī)械能的總和不變，然后準(zhǔn)確把握功和能之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，解決這類問題也不是那么困難.

例3 如圖所示，光滑水平面上有質(zhì)量都為m的劈A和物體B，在物體B左端固定有一個(gè)輕質(zhì)彈簧，現(xiàn)在有一個(gè)質(zhì)量為m的小球C，從光滑的弧面上由靜止滑下，已知小球C靜止時(shí)距離水平面的高度為h，請(qǐng)求出運(yùn)動(dòng)過(guò)程中彈簧彈性勢(shì)能的最大值.

分析 對(duì)于此類能量守恒問題，采用整體法解決是不二法門.對(duì)A、C組成的系統(tǒng)和B、C組成的系統(tǒng)分別進(jìn)行整體分析，通過(guò)整體系統(tǒng)的能量守恒，即可以得出等式方程，從而求出未知量.

評(píng)注 本題是動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用，運(yùn)用整體思想，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總體分析，得出速度的關(guān)系.這類問題的關(guān)鍵是準(zhǔn)確把握功和能之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，再結(jié)合能量守恒定律，問題很快就能得到解決.

綜上所述，能量守恒在高中物理中的應(yīng)用非常非常廣泛，而關(guān)于能量守恒的問題一直是高考中的重難點(diǎn)，而能量守恒知識(shí)是整個(gè)高中物理體系中的重要一環(huán)，只有學(xué)好能量守恒的知識(shí)，才能掌握其它相關(guān)的物理知識(shí).

[1]蔡建宏.第十一章 功和機(jī)械能[J].試題與研究,2015(25).

[2]徐漢屏.機(jī)械能守恒定律核心考點(diǎn)點(diǎn)擊[J].中學(xué)生數(shù)理化,2015(06).

[責(zé)任編輯：閆久毅]

2017-05-01

黃金輝(1979.01-)，男,江蘇啟東,中學(xué)一級(jí),本科,從事教法研究．

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