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掌握能量转化与守恒定律,提升物理综合问题解决能力

更新时间:2024-06-05 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

能量的转换和守恒是物理学的基本定律,从功和能量的角度分析物体的运动和相互作用规律是研究物理问题的常用方法,该方法广泛应用于力学、热力学、电磁学、光学和原子物理学等学科高中物理功和能英语作文,掌握这种方法对于提高应用所学知识解决综合物理问题具有重要意义。USu物理好资源网(原物理ok网)

1. 总结高中物理中的主要函数关系USu物理好资源网(原物理ok网)

1、外力对物体所做功的代数和等于物体动能的增量,即(动能定理)。USu物理好资源网(原物理ok网)

2、重力(或弹力)对物体所作的功,等于物体重力势能(或弹性势能)增量的负值。USu物理好资源网(原物理ok网)

3、电场力对电荷所作的功,等于电荷电势能增量的负值,即W电=-△EP。USu物理好资源网(原物理ok网)

4、当分子力做正功时,分子势能减小,当克服分子力做功时,分子势能增大。USu物理好资源网(原物理ok网)

5、除重力(和弹力)以外的力对物体所做的功,等于物体机械能的增量高中物理功和能,这就是功效应原理。USu物理好资源网(原物理ok网)

6. 当重力(和弹力)以外的力对物体所做的功为零时,物体(或系统)的机械能守恒。USu物理好资源网(原物理ok网)

7、一对滑动摩擦力所作功的代数和总是负值,因为摩擦产生的内能等于滑动摩擦力与物体间相对距离的乘积。USu物理好资源网(原物理ok网)

8、在绝热系统中,当外界对系统做功时,系统内能增加,当系统对外界做功时,系统内能减少,即W=△U。USu物理好资源网(原物理ok网)

9、在闭合电路中,非静电力所作的功是其他形式的能量转换成电能的量度,电场力所作的功是电能转换成其他形式能量的量度。USu物理好资源网(原物理ok网)

10、安培力所作的功对应于电能与其他形式能量之间的转换。即安培力所作的正功对应于电能转换成其他能量(如电动机模型);克服安培力所作的功对应于其他能量转换成电能(如发电机模型);安培力所作功的绝对值等于电能转换的值。USu物理好资源网(原物理ok网)

11、能量转换守恒定律指出,对于一切参加相互作用的物体系统,各个物体的能量的大小和形式可能发生变化,但是系统内所有物体各种形式能量的总和保持不变。USu物理好资源网(原物理ok网)

2. 运用能源视角解决问题的基本思路USu物理好资源网(原物理ok网)

1.选择研究对象(系统)。USu物理好资源网(原物理ok网)

2.明确外界与研究对象(或系统)之间所做的工作。USu物理好资源网(原物理ok网)

3.分析系统内各种能量的变化(是增加还是减少,如何表达变化量)。USu物理好资源网(原物理ok网)

4. 写出功和能量变化的关系方程。USu物理好资源网(原物理ok网)

5. 解方程并分析结果。USu物理好资源网(原物理ok网)

3.实例分析USu物理好资源网(原物理ok网)

由于热原子物理、光原子物理在高考中多以选择题的形式考察学生对函数关系的理解,相对容易,所以这里主要列出力学、电学方面的问题。USu物理好资源网(原物理ok网)

例1如图1所示,设有一物体m处在一固定斜面底部,斜面倾角为θ,其初速度为USu物理好资源网(原物理ok网)

,物体沿斜面受到向上的拉力F,滑动摩擦力为?,求物体沿斜面向上运动L时的速度。USu物理好资源网(原物理ok网)

分析与解答:物体所受的力如图所示,应用函数原理,表达式为:USu物理好资源网(原物理ok网)

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若以物体为研究对象,公式①可转化为USu物理好资源网(原物理ok网)

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这是应用动能定理得到的方程。USu物理好资源网(原物理ok网)

冲上光滑的斜面。则方程②变为USu物理好资源网(原物理ok网)

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这就是机械能守恒定律的表达。USu物理好资源网(原物理ok网)

例 2:一辆质量为 M 的汽车停在光滑的水平表面上。质量为 m 且刚度系数为USu物理好资源网(原物理ok网)

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轻质弹簧牢固地连接在小车的左端,弹簧的另一端连接在小车的左端。当弹簧压缩到x0后,用细绳将物体与小车绑在一起,使物体静止在小车上的A点,如图2所示。物体与板之间的动摩擦系数为μ,O为弹簧原来长时物体右端的位置。然后烧断细线,物体和小车开始运动。求:USu物理好资源网(原物理ok网)

(1)当手推车上的物体移动到距O点一定距离时,手推车在多远的地方才能达到最大速度?USu物理好资源网(原物理ok网)

(2)设汽车的最大速度为υ1,则在此过程中弹簧释放的弹性势能为多少?USu物理好资源网(原物理ok网)

分析与解答:(1)物体与小车组成的系统动量守恒,当物体速度最大时,小车速度也最大。分析物体m所受的力。物体在弹跳过程中,不断加速,加速度逐渐减小,当速度最大时,加速度为零,所以κχ=μmg,即χ=μmg/κ。此时物体与O点的距离为USu物理好资源网(原物理ok网)

(2)根据系统动量守恒定律,USu物理好资源网(原物理ok网)

=0,即USu物理好资源网(原物理ok网)

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=USu物理好资源网(原物理ok网)

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根据能量守恒定律,弹簧释放的弹性势能转化为动能和内能。USu物理好资源网(原物理ok网)

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例3 如图3所示,倾斜角为θ=37°,忽略阻力,间距USu物理好资源网(原物理ok网)

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,当平行导轨足够长时,增加磁感应强度USu物理好资源网(原物理ok网)

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,方向垂直于导轨平面,图中未画出均匀磁场,导轨两端各接一个电阻R=2Ω,其与导轨之间的动摩擦系数μ=0.5。金属棒以初速度υ0=10m/s平行于导轨向上滑动,直至到达最高点。计算通过上端的电量Δq=0.1C(g为10m/s2,=0.6)。上端电阻R0上产生的焦耳热Q。USu物理好资源网(原物理ok网)

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分析:金属棒以初速度υ0向上滑动时,克服重力、安培力和摩擦力做功,动能分别转化为重力势能、电能和内能。从电路结构可知,导轨上下电阻产生的热量相等。根据焦耳定律可得USu物理好资源网(原物理ok网)

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金属棒扫过的面积可以计算出来USu物理好资源网(原物理ok网)

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以及沿轨道滑动的距离USu物理好资源网(原物理ok网)

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解答:根据电流定义、并联电路定律、闭合电路欧姆定律、电磁感应定律,可得USu物理好资源网(原物理ok网)

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根据磁通量的定义,我们可以得到USu物理好资源网(原物理ok网)

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,和USu物理好资源网(原物理ok网)

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金属杆沿导轨滑动时所受力如图4所示。在金属杆所受的力中,安培力是变力,它做负功,将机械能转化为电能,电能再转化为内能。根据能量守恒定律,可得USu物理好资源网(原物理ok网)

季度总计USu物理好资源网(原物理ok网)

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则上电阻产生的热量为Q=USu物理好资源网(原物理ok网)

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Q先生,USu物理好资源网(原物理ok网)

将这些数字代入方程式,我们得到 Q=5J。USu物理好资源网(原物理ok网)

例4 如图5所示,金属棒P的质量为USu物理好资源网(原物理ok网)

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,从距地面高度h处静止开始沿弯曲的金属轨道滑下。轨道的水平部分有一个垂直向上的均匀磁场B。水平部分上有一根金属棒Q,其质量为USu物理好资源网(原物理ok网)

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,已知USu物理好资源网(原物理ok网)

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=1:2,导轨足够长,忽略导轨的阻力和摩擦力,两杆永远不会相碰。求:(1)P、Q的最大速度分别为多少?(2)整个过程中释放的最大电能是多少?USu物理好资源网(原物理ok网)

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分析:P沿倾斜轨道加速下滑,滑落至水平部分,由于磁通线切割,电路中会产生感应电流。根据恩斯特定律不难得出,P减速,Q加速。随着时间的推移,P、Q的速度差越来越小,感应电流也越来越小,P、Q的加速度也越来越小,最终趋于匀速,电路中的感应电流为零。USu物理好资源网(原物理ok网)

解:(1)当P刚滑到斜轨底部时,其速度最大,根据机械能守恒定律可得USu物理好资源网(原物理ok网)

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当P、Q达到相同速度时,回路中感应电流为零,Q不再加速,并达到其最大速度。USu物理好资源网(原物理ok网)

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由于P、Q组成的系统在水平轨道上运动,所受总外力为零(P、Q所受的安培力与水平轨道上的安培力大小相等或方向相反),根据动量守恒定律,USu物理好资源网(原物理ok网)

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(2)由于感应电流随着P和Q在水平轨道上移动而逐渐减小,我们不能直接使用Q =USu物理好资源网(原物理ok网)

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求电路中的电能。另一种思路可以从能量的角度来分析:根据能量转换守恒定律,本题中系统所损失的机械能全部转换成电路所获得的电能,而电路所获得的最大电能应该等于系统所损失的机械能的最大值。当两根杆P、Q的速度相同时,系统的机械能不再减少,因此系统所损失的机械能的最大值是USu物理好资源网(原物理ok网)

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,则该电路获得的最大电能为USu物理好资源网(原物理ok网)

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