能量守恒定律专题讲练

能量守恒定律专题讲练

人造革2007-1-9

能量的转化和守恒定律是物理学的基本原理，从能量的观点分析物体的运动与相互作用规律是物理学常用的一种重要的研究方法，因此在高中物理中的力学、热学、电磁学、光学和原子物理中，都涉及一些需要用能量观点进行分析和解决的问题。由于这类问题的有较高的思维起点，需要学生具有综合运用所学知识，以及对物理过程进行全面、深入分析的能力，因而成为近年来理科综合能力测试（物理）中考查学生能力的好素材。为了使学生能较好地运用能量的观点来分析、解决有关的物理问题，特组织本专题。

一、基础知识梳理

（一）中学物理中常见的能量

1.动能E k=mv2/2

2.重力势能E P=mgh

3.弹性势能E弹=kx2/2

4.机械能E=E K+E P

5.分子势能

6.分子动能

7.内能U=f（N，T，V）

8.电势能E=qφ

9.电能10.磁场能11.化学能12.光能Nhv，13.原子能（电子的动能和势能之和）

14.原子核能E=mc2.15.引力势能，16.太阳能17. 风能18.地热、潮汐能。

（二）常见力的功的计算方法及功率的计算

1.恒力功的计算W=Fscosθ

2.重力功的计算W=mgh

3.摩擦力的功的计算W f=-fs路

4.电场力的功W=qU

5.功率恒定时牵引力所做的功W=Pt

6.大气压力所做的功W=P△v

7.电流所做的功W=IUt

8.洛仑兹力永不做功

9.瞬时功率的计算P=Fvcosθ

10.平均功率

（三）中学物理中重要的功能关系

能量与物质运动的状态相对应。在物体间相互作用的过程之中，物体运动状态通常要发生变化，

所以物体的能量一般要通过做功来实现，这就是常说的“功是能量转化的量”的物理本质。那么，

什么功对应着什么能量的转化呢？这是构建完整的能量观点体系的基础。在高中物理中主要的功能关系有：

1.外力对物体所做的总功等于物体动能的增量，即W总=ΔE k（动能定理）。

2.重力（或弹簧弹力）对物体所做的功等于物体重力势能（或弹性势能）增量的负值，即W

=-ΔE P，（或W弹=-ΔE P）。

重

3.电场力对电荷所做的功等于电荷电势能增量的负值，即W电=-ΔE电。

4.除重力（或弹簧弹力）以外的力对物体所做的功等于物体机械能的增量，即W其它=ΔE机（功能原理）

5.当除重力（或弹簧弹力）以外的力对物体所做的功为等于零时，则有ΔE机=0，即机械能守恒。

6.一对滑动摩擦力做功与内能变化的关系是，“摩擦所产生的热”等于滑动摩擦力跟物体间相对路程的乘积，即Q=fs相对。一对滑动摩擦力所做的功的代数和总为负值，它表示除了有机械能在两个物体间转移外，还有一部分机械能转化为内能，这就是“摩擦生热”的实质。

7.安培力做功对应着电能与其它形式的能相互转化，即W安=ΔE电。安培力做正功，对应着电能转化为其它能（如电动机模型）；克服安培力做功，对应着其它能转化为电能（如发电机模型）；且安培力做功的绝对值，等于电能转化的量值。

8. 分子力对分子所做的功等于分子势能增量的负值，即W分子力=-ΔE分子势。

9.外界对气体所做的功W与气体从外界所吸收的热量Q的和等于气体内能的变化，即

W+Q=△U.

10.在电机电路中，电流所做的功率等于电阻发热功率与输出的机械功率之和。

11.在纯电阻电路中，电流所做的功率等于电阻发热功率。

12. 在电解槽电路中，电流所做的功率等于电阻发热功率与转化为化学能的功率之和。

13.在光电效应，光子的能量hv=W+mv02/2。

14．在原子物理中，原子辐射光子的能量hv=E初-E末，原子吸收光子的能量hv=E末-E初。

15. 核力对核子所做的功等于核能增量的负值，即W核力=-ΔE核势。△mc2=△E核

16.能量转化和守恒定律。对于所有参与相互作用的物体所组成的系统，其每一个物体的能量的数值及形式都可能发生变化，但系统内所有物体的各种形式能量的总和保持不变。

理解这个定律时应注意：（1）某种形式能的减少，一定存在其他形式能的增加，且减少量等于增加量；（2）某个物体能量的减少，一定存在其他物体能量的增加，且减少量等于增加量。

（四）运用能量观点分析、解决问题的

基本思路

1.选定研究对象（系统），弄清物理

过程；

2.分析受力情况，看有什么力在做功，弄清系统内有多少种形式的能在参与转化；

3.仔细分析系统内各种能量的变化情况、变化的数量（不论是种类还是数值）；

4.列、解能量变化方程ΔE减=ΔE增，或E初=E末，

二、典型问题分析

问题1：会求变力的功。

例1、一辆车通过一根跨过定滑轮的绳PQ提升井中质量为m的物体，如图1所示.绳的P端拴在车后的挂钩上，Q端拴在物体上.设绳的总长不变，绳的质量、定滑轮的质量和尺寸、滑轮上的摩擦都忽略不计.

开始时，车在A点，左右两侧绳都已绷紧并且是竖直的，左侧绳长为H.提升时，车加速向左运动，沿水平方向从A经过B驶向C.设A到B的距离也为H，车过B点时的速度为v B.求在车由A移到B的过程中，绳Q端的拉力对物体做的功.

解析：设绳的P端到达B处时，左边绳与水平地面所成夹角为θ，物体从井底上升的高度为h，速度为v，所求的功为W，则据功能关系可得: W=mv2/2 + mgh

因绳总长不变，所以:h=H/sinθ - H

根据绳联物体的速度关系得：v=v B cosθ.

由以上三式求得:W=mV B2cos2θ/2+mgH(1/sinθ - 1)

因为：θ=π/4 可得W=mvB2/4+mg(-1)H

例2、利用动滑轮将物体匀速提高h，如图2所示，若不计滑轮和绳重，不计摩擦则拉力F所做的功W与夹角θ的关系是（）

A．θ越大，F越大，W也越大；B．θ越小，F越大，W也越大；

C．F与θ大小无关；D．W与θ大小无关。

解析：由于物体匀速上升，所以拉力F所做的功W与克服物体重力所做的功相等，W=mgh. 即W与θ大小无关，D选项正确。

问题2：会用功能原理或动能定理求速度