“能量转化”观点在物理解题中的运用，本文主要内容关键词为：能量论文,观点论文,物理论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
从“能量转化”的角度来审视一个物理过程，分析这一过程中各力做功的情况及其相应的能量转化情况，是高中物理学习中要建立的重要观点之一，是一条重要的解题思路。运用能量转化观点解题时应注意如下2个方面。
1 扣紧“功是能量转化的量度”
在不同形式的能的转化或转移（通过做功）的过程中，能量的转化量或转移量都可以通过相应的做功的多少来量度。根据这一观点，在解物理题中，可以通过分析做功的量值来确定能量的转化量或转移量；反之，也可由能量的转化量或转移量来确定做功的量值。
例1 一木块静止放在光滑水平面上，一颗子弹沿水平方向射入木块，若子弹进入木块的最大深度为s[，1]，与此同时木块沿水平面移动了距离s[，2]，设子弹在木块中受到的摩擦阻力大小不变，则在子弹进入木块的过程中（ ）。
A 子弹损失的动能与木块获得的动能之比为(s[，1]+s[，2]):s[，2]；
B 子弹损失的动能与系统（子弹和木块）变热损失的动能之比为(s[，1]+s[，2]):s[，2]；
C 木块获得的动能与系统变热损失的动能之比为s[，2]:s[，1]；
D 木块获得的动能与系统变热损失的动能之比为s[，1]:s[，2]
分析 设子弹的质量为m，入射木块的速度为v，木块的质量为M。在子弹进入木块的过程中，受到的摩擦阻力大小为f，达到最大深度时子弹和木块具有的共同速度为u。
子弹进入木块的过程中，由动能定理可知
即子弹损失的动能等于它克服摩擦阻力所做的功。
木块获得的动能等于子弹作用在木块上的摩擦力对木块所做的功，即
③式表明，系统内摩擦力所做的总功为一负功，总功等于摩擦力与子弹和木块间相对位移的乘积。这一总功的量值则量度了系统动能的减少量。
综合上述分析可知，在子弹进入木块的过程中，子弹减少的动能，一部分转移给木块，而另一部分则转化为内能。由①～③式可判知选项A、B、C正确。
例2 汽车拉一拖车沿平直公路匀速行驶，中途拖车与汽车脱钩，若脱钩后汽车的牵引力、汽车和拖车受到的摩擦阻力均保持不变，则在从脱钩到拖车停住前的一段过程中，汽车和拖车的（ ）。
A 总动能增加；B 总动能减少；
C 总动能不变；D 不能确定
分析 脱钩前，汽车和拖车匀速行驶时，汽车的牵引力F、汽车和拖车分别受到的摩擦阻力f[，1]、f[，2]其合力为零，即
F-f[，1]-f[，2]=0,
设脱钩后拖车停止运动前的时间t内汽车的位移为s[，1]，拖车的位移为s[，2]，根据动能定理，在时间t内汽车和拖车的动能增量为
由于汽车做匀加速运动，拖车做匀减速运动，时间t内汽车的平均速度大于拖车的平均速度，故它们在时间t内的位移s[，1]＞s[，2]，由此判知△E[，k]＞0。即汽车和拖车的总动能增加。
例3 如图1所示，两根倾斜平行放置的光滑导电轨道，轨道间接有电阻R，处于垂直轨道平面的匀强磁场中。一根放置在轨道上的金属杆ab，在平行轨道平面向上的拉力F作用下，沿轨道匀速上滑，则在上滑的过程中（ ）。
A 作用在ab杆上的所有力做功的代数和为零；
B 拉力F和安培力做功的代数和等于ab杆机械能的增加量；
C 拉力F和重力做功的代数和等于回路内能的增加量；
D 拉力F所做的功等于ab杆机械能与回路内能增加量之和
分析 ab杆沿轨道匀速上滑的过程中，拉力F对ab杆做功，同时，ab杆要克服安培力F[，1]和重力G做功，ab杆的动能增加量△E[，k]=0，由动能定理可知，
即拉力F所做的功等于ab杆的机械能与回路的内能增加量之和。这就是说在ab杆沿轨道匀速上滑的过程中，拉力F做功所消耗的能量，一部分转化为ab杆的重力势能，而另一部分转化为电能，这部分电能又通过回路中电流做功转化为回路的内能。
综上可知，选项A、B、C、D都正确。
例4 如图2所示，半径为R的半圆形绝缘轨道，固定于水平向右的匀强电场中，一质量为m、带有正电的物体，从轨道边缘处由静止开始下滑，下滑中受到的电场力为重力的1/2，滑到最低点时对轨道的压力为重力的1.5倍，求在下滑到最低点的过程中物体克服轨道摩擦力所做的功。
分析 物体下滑到最低点时，轨道支持力N=1.5mg（压力的反作用力），它和重力mg提供了向心力，即N-mg=m（v[2]/R）。
解得物体下滑过程中的动能增加量为
在下滑到最低点的过程中，重力对物体做功，同时物体克服电场力和轨道摩擦力做功，由动能定理有
解得下滑中克服轨道摩察力做的功为W[，f]=mgR/4.
2 能的转化和守恒定律
不同形式的能在一定的条件下可以相互转化，在与外界没有功（热）交换的系统内，能量在转化过程中，其总量保持不变。在解题中，应用这一守恒定律，常可使问题迎刃而解。
例5 如图3所示，a、b、c为某电场中的3个等势面，相邻2个等势面的电势差相等，其中等势面b的电势为0。一电子在该电场中运动，经等势面c时动能为20J，到达等势面a时动能为0。当电子运动到动能为15J时，若不计重力，它的电势能为（ ）。
A 5J; B 25J; C -5J; D -15J
分析 电子由等势面c运动到等势面a的过程中，只克服电场力做功，它的动能向电势能转化，根据能量守恒定律，在这一转化过程中，电子的动能与电势能的总和保持不变。由于相邻2个等势面的电势差相同，电子在相邻2个等势面间运动克服电场力做的功相同，其动能减少量也相同，故电子通过等势面b时的动能E[，kb]=10J，此时电子的电势能E[，pb]=0，动能和电势能总和E=E[，kb]+E[，pb]=10J。当电子运动到动能E[，k]=15J时，它的动能E[，k]与电势能E[，p]的总和不变，即E[，k]+E[，p]=E，解得E[，p]=-5J。即选项C正确。
例6 如图4所示电路中，电源电动势?=12V，内电阻r=0.5Ω，电动机线圈的电阻R[，0]=0.5Ω。当变阻器的电阻调至R=1Ω时，电路中电流I=2A，此时电动机正常工作。若电动机的机械损耗不计，求电动机输出的机械功率。
分析 电路工作时，在电源内通过非静电力做功，不断地把非静电能转化为电能。在电路中，电源消耗的非静电能的一部分通过电流流经各部分电阻做功转化为内能，而另一部分转化为机械能输出。根据能量守恒定律，电源消耗的非静电功率P等于电路中各部分电阻消耗的热功率P[，热]与电动机输出的机械功率P[，出]之和。即
例7 如图5所示，光滑的导电轨道由水平轨道和弧形轨道两部分组成，其中水平轨道处于垂直轨道平面的匀强磁场中。在水平轨道上静止放有1根质量为2m的金属杆cd，另一根质量为m的金属杆ab，从弧形轨道上高h处由静止释放，若水平轨道足够长，2根金属杆在水平轨道上运动时未发生相碰，求在2根金属杆与导电轨道组成的回路中产生的热量。
分析 ab杆沿弧形轨道下滑，只有重力做功，其机械能守恒。有
mgh=1/2mv[2]. ①
ab杆以速度v进入水平轨道后，开始克服安培力做功，将一部分动能转化为电能，所产生电能的一部分通过电流流径回路电阻做功转化为内能，而另一部分则通过安培力对cd杆做功转化为cd杆的动能。对2根金属杆和导电轨道组成的系统来说，在2根金属杆沿轨道运动至达到共同速度的全过程中，系统中的动能向内能转化。
2根金属杆沿轨道运动至达到共同速度u的过程中，它们的总动量守恒，即
mv=3mu. ②
根据能量守恒定律，回路中产生的热量Q等于系统的动能减少量，即
由①～③式解得Q=2mgh/3。
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