1、章末小结与达标验收 主干知识整合 专家专题讲座 章末达标验收 专题小测 验 一、概述能量是状态量，不同的状态有不同的数值的能量，能量的变化是通过做功或热传递两种方式来实现的，力学中功是能量转化的量度，热学中功和热量是内能变化的量度。高中物理在力学、热学、电磁学、光学和原子物理等各分支学科中涉及到许多形式的能，如动能、势能、电能、内能、核能，这些形式的能可以相互转化，并且遵循能量转化和守恒定律，能量是贯穿于中学物理教材的一条主线，是分析和解决物理问题的主要依据。在每年的高考物理试卷中都会出现考查能量的问题。并时常发现“压轴题”就是能量试题。二、能的转化和守恒定律在各分支学科中表达式(1)W 合E
2、k，包括重力、弹簧弹力、电场力等各种力在内的所有外力对物体做的总功，等于物体动能的变化。(动能定理)(2)WFE，除重力以外有其它外力对物体做功等于物体机械能的变化。(功能原理)注：物体的内能(所有分子热运动动能和分子势能的总和)、电势能不属于机械能。WF0 时，机械能守恒，通过重力做功实现动能和重力势能的相互转化。(3)WGEp，重力做正功，重力势能减小；重力做负功，重力势能增加。重力势能变化只与重力做功有关，与其他做功情况无关。(4)W 电Ep，电场力做正功，电势能减小；电场力做负功，电势能增加。在只有重力、电场力做功的系统内，系统的动能、重力势能、电势能间发生相互转化，但总和保持不变。注
3、：在电磁感应现象中，克服安培力做功等于回路中产生的电能，电能再通过电路转化为其他形式的能。(5)WQE，物体内能的变化等于物体与外界之间功和热传递的和(热力学第一定律)。(6)EkhW，光电子的最大初动能等于入射光子的能量和该金属的逸出功之差。(7)Emc2，在核反应中，发生质量亏损，即有能量释放出来。(可以以粒子的动能、光子等形式向外释放)三、动量与能量的关系1动量与动能动量和能量都与物体的某一运动状态相对应，都与物体的质量和速度有关。但它们存在明显的不同：动量的大小与速度成正比pmv；动能的大小与速度的平方成正比Ekmv2/2。两者的关系：p22mEk动量是矢量而动能是标量。物体的动量发生
4、变化时，动能不一定变化；但物体的动能一旦发生变化，则动量必发生变化。2动量守恒定律与机械能守恒定律 动量守恒定律与机械能守恒定律所研究的对象都是相互作用的物体系统(在研究某个物体与地球组成的系统的机械能守恒时，通常不考虑地球的影响)，且研究的都是某一物理过程。动量守恒定律的内容是：一个系统不受外力或者所受外力之和为0，这个系统的总动量保持不变；机械能守恒定律的内容是：在只有重力和弹簧弹力做功的情形下，系统机械能的总量保持不变。运用动量守恒定律应注意的两点是：(1)严格符合动量守恒条件的系统是难以找到的。如：在空中爆炸或碰撞的物体受重力作用，在地面上碰撞的物体受摩擦力作用，但由于系统间相互作用的
5、内力远大于外界对系统的作用，所以在作用前后的瞬间系统的动量可认为基本上是守恒的。(2)即使系统所受的外力不为0，但沿某个方向的合外力为 0，则系统沿该方向的动量是守恒的。动量守恒定律的适应范围广，不但适应常见物体的碰撞、爆炸等现象，也适应天体碰撞、原子的裂变，动量守恒与机械能守恒相结合的综合的试题在高考中多次出现，是高考的热点内容。典例 1 如图 61 所示，滑块 A、B 的质量分别为 m1与m2，m1m2，由轻质弹簧相连接置于水平的气垫导轨上，用一轻绳把两滑块拉至最近，使弹簧处于最大压缩状态后绑紧。两滑块一起以恒定的速率 v0 向右滑动。突然轻绳断开。当弹簧伸至本身的自然长度时，滑块 A 的
6、速度正好为 0。求：图61(1)绳断开到弹簧第一次恢复自然长度的过程中弹簧释放的弹性势能Ep；(2)在以后的运动过程中，滑块B是否会有速度为0的时刻？试通过定量分析证明你的结论。解析(1)当弹簧处于压缩状态时，系统的机械能等于两滑块的动能和弹簧的弹性势能之和，当弹簧伸长到自然长度时，弹性势能为 0，因这时滑块 A 的速度为 0，故系统的机械能等于滑块 B 的动能。设这时滑块 B 的速度为v，则有 E12m2v2。因系统所受外力为 0，由动量守恒定律(m1m2)v0m2v。解得 E(m1m2)2v20/(2m2)。由于只有弹簧的弹力做功，系统的机械能守恒(m1m2)v20/2EpE。解得 Epm
7、1m1m2v202m2。(2)假设在以后的运动中滑块B可以出现速度为0的时刻，并设此时 A 的速度为 v1，弹簧的弹性势能为 Ep，由机械能守恒定律得m1v 21/2Ep(m1m2)2v 20/2m2。根据动量守恒得(m1m2)v0m1v1，求出 v1 代入上式得：(m1m2)2v 20/2m1Ep(m1m2)2v 20/2m2。因为 Ep0，故得：(m1m2)2v 20/2m1(m1m2)2v 20/2m2即 m1m2，这与已知条件中 m1m2 不符。可见在以后的运动中不可能出现滑块 B 的速度为 0 的情况。答案(1)Epm1m1m2v 202m2(2)见解析典例2 如图62所示，金属杆a
8、从离地h高处由静止开始沿光滑平行的弧形轨道下滑，轨道的水平部分有竖直向上的匀强磁场B，水平轨道上原来放有一金属杆b，已知a杆的质量为ma，且与杆b的质量之比为mamb34，水平轨道足够长，不计摩擦，求：图62(1)a和b的最终速度分别是多大？(2)整个过程中回路释放的电能是多少？(3)若已知a、b杆的电阻之比RaRb34，其余部分的电阻不计，整个过程中杆a、b上产生的热量分别是多少？解析(1)a 下滑过程中机械能守恒maghmav 20/2a 进入磁场后，回路中产生感应电流，a、b 都受安培力作用，a 做减速运动，b 做加速运动，经过一段时间，a、b速度达到相同，之后回路的磁通量不发生变化，感
9、应电流为 0，安培力为 0，二者匀速运动。匀速运动的速度即为 a、b 的最终速度，设为 v。由于所组成的系统所受合外力为 0，故系统的动量守恒mav0(mamb)v由以上两式解得最终速度vavbv37 2gh(2)由能量守恒得知，回路中产生的电能应等于 a、b 系统机械能的损失，所以Emagh(mamb)v2/24magh/7(3)由能的守恒与转化定律，回路中产生的热量应等于回路中释放的电能等于系统损失的机械能，即 QaQbE。在回路中产生电能的过程中，电流不恒定，但由于 Ra 与 Rb串联，通过的电流总是相等的，所以应有QaQbI2RatI2RbtRaRb34所以 Qa37E1249maghQb47E1649magh答案(1)均为37 2gh(2)4magh/7(3)1249magh 1649magh点击此图片进入“专题小测验”点击此图片进入“章末达标验收”