高中物理各种能量关系 .
高中物理各种能量关系
高中物理重要的能量关系
二。重要能量关系
1动能定理2重力做功与重力变化3摩擦热计算4汽车恒功率启动能量关系
5抛体能量关系6圆周能量关系7电场力功能关系8电路能量关系9电源输出功率规律
10电动机能量关系11电磁感应能量关系12热力学第一定律13热力学第二定律14理想气体能量关系
例1 一小孩站在船上，分别两次用同样大小的力拉足够长的水平轻绳一端，图甲中
绳另一端接在岸上，图乙中绳另一端接在另一条船上，经过相同时间小孩所做的功分
别为W甲和W乙，则（）
A W甲＞W乙，
B W甲＝W乙，
C W甲＜W乙，
D 无法判断。
例2．倾角为θ=30o的斜面体上有一个质量为m=1kg的物块，使斜面体在水平面上以速度v=2m/s向右做匀速直线运动，物块与斜面体始终保持相对静止，如图所示.物块前进S=10m的过程中。（当地的重力加速度为g）
（1）物体一共受到几个力的作用？每个力的大小是多少？与位移的夹角是多少？
例3静止水平传送带AB左端有一质量为1kg小物快如图所示，A、B相距8m，物体与传送带间的动摩擦因数μ=0.2．现传送带以加速度ａ＝3ｍ／s2做匀加速运动，则物体从A沿传送带运动到B的过程中： (g=10m/s2)
（１）到达Ｂ端时物块的位移是多少？摩擦力对物快做功是多少？
（２）到达Ｂ端时皮带的路程是多少？摩擦力对皮带做功是多少？
（３）滑痕多长？摩擦热是多少？
（４）到达Ｂ端的时间是多少？
例4、将一质量为m＝10 kg的物体，自水平地面由静止开始用一竖直向上的拉力F将其以a＝0.5 m/s2的加速度向上拉起．求：
（1）在向上拉动的10s内，拉力F做功的功率；
（2）上拉至10 s末，拉力的功率．
例5。汽车的质量为4000kg，汽车发动机的额定功率为80kW，它在平直的公路上行驶时所受的阻力是4000N，从静止开始受到恒定牵引力是8000N启动，达到额定功率后再横功率启动。试求:
1。转折速度
2。收尾速度
3。恒力阶段加速度
4。恒力阶段维持多长时间？
5。恒力阶段的位移。
6．运动时间为1s时，功率是多少？
7。速度等于5m/s时，加速度是多少
8．速度等于12m/s时，加速度是多少
9。加速度等于0.25m/s2时，速度是多少
10. 启动总距离若为280m，求启动总时间是多少
11。画出物体的功率----时间图象
①加速度是多少？
②速度是多少？
③牵引力做功是多少？
④摩擦阻力做功是多少？
⑤合力做功是多少？
⑥牵引力的瞬时功率是多少？
⑦牵引力的平均功率是多少？
⑧摩擦阻力的瞬时功率是多少？
⑨摩擦阻力的平均功率是多少？
⑩合力做功的瞬时功率是多少？
⑾合力做功的瞬时功率是多少？
例6从离地面H高处落下一只小球，小球在运动过程中所受的空气阻力是它重力的k（k<1）倍,而小球与地面相碰后，能以相同大小的速率反弹，求：（1）小球第一次与地面碰撞后，能够反弹起的最大高度是多少？
（2）小球从释放开始，直至停止弹跳为止，所通过的总路程是多少？
例7.如图所示，质量为m的物体静放在水平光滑平台上，系在物体上的绳
子跨过光滑的定滑轮由地面以速度v0向右匀速走动的人拉着，设人从地面上
且从平台的边缘开始向右行至绳和水平方向成30°角处，在此过程中人所
做的功为多少？
例8、总质量为M 的列车，沿水平直线轨道匀速前进，其末节车厢质量为m ，中途脱节，司机发觉时，机车已行
驶L 的距离，于是立即关闭油门，除去牵引力，如图13所示。设运动的阻力与质量成正比，机车的牵引力是恒定的。当列车的两部分都停止时，它们的距离是多少？
例9 (2010·福建卷·22)如图2所示，物体 A 放在足够长的木板B 上，木板B 静置于水平面．t ＝0时，电动机通过水平细绳以恒力F 拉木板B ，使它做初速度为零、加速度aB ＝1.0 m/s2的匀加速直线运动．已知A 的质量mA 和B 的质量
mB 均为2.0 kg ，A 、B 之间的动摩擦因数μ1＝0.05，B 与水平面之间的动摩擦因数μ2＝0.1，最大静摩擦力与
滑动摩擦力大小视为相等，重力加速度g 取10 m/s2.求：
(1)物体A 刚运动时的加速度aA ； (2)t ＝1.0 s 时，电动机的输出功率P ；
(3)若t ＝1.0 s 时，将电动机的输出功率立即调整为P′＝5 W,并在以后的运动过程中始终保持这一功率不变，t ＝3.8 s 时物体A 的速度为1.2 m/s.则t ＝1.0 s 到t ＝3.8 s 这段时间内木板B 的位移为多少？
例10。挂在竖直墙上的画长1.8 m,画面质量为100 g,下面画轴质量为200 g,今将它沿墙缓慢卷起，g =10 m/s 2.需做多少的功？
例11．在水平地面上平铺n 块砖，每块砖的质量为m ，其厚度为h ，如图1所示。若将砖一块一块地竖直叠放起来，人克服重力至少需要做多少功？
V 0
图13
例12如图5-5-3所示，质量分别为2 m和3m的两个小球固定在一根直角尺的两端A、B，直角尺的顶点O处有光滑的固定转动轴.AO、BO的长分别为2L和L.开始时直角尺的AO部分处于水平位置而B在O的正下方.让该系统由静止开始自由转动，求：⑴当A到达最低点时，A小球的速度大小v；⑵ B球能上升的最大高度h；⑶
开始转动后B球可能达到的最大速度v m.
例13如图5-5-7所示，在质量不计长为L的不能弯曲的轻直杆的一端和中点分别固定两个质量均为m的小球A、B，杆的另一端固定在水平轴O处，杆可以在竖直面内无摩擦地转动，让杆处于水平状态，从静止开始释放，当杆转到竖直位置时，两球速度v A、v B分别为多少？
例14．一杂技运动员骑摩托车沿一竖直圆轨道如图所示做特技表演，若车的速度的大小恒为20m/s2，人与车质量之和为200kg，轮胎与轨道间的动摩擦因数为μ= 0.1，车通过最低点A时，发动机功率为12KW，求车通过
最高点B时发动机的功率(g取10m/s2)
例15 .如图13所示，位于竖直平面上的１／４圆弧光滑轨道，半径为R，OB沿竖直方向，圆弧轨道上端A距地面高度为H，质量为ｍ的小球从A静止释放，最后落在地面C点处，不计空气阻力。求:(1)小球刚运动到B点时，对轨道
的压力多大
?
(2)小球落地点C与B的水平距离S为多少?
(3)比值Ｒ／Ｈ为多少时，小球落地点C与B水平距离S最远?该水平距离最大值是多少?
图
5-5-7
图5-5-3
圆周能量关系
例16。蒸汽机中自动控制转速的装置叫做离心节速器，它的工作原理和下述力学模型类似：在一根竖直硬质细杆的顶端O用铰链连接两根轻杆，轻杆的下端分别固定两个金属小球。当发动机带动竖直硬质细杆转动时，两个金属球可在水平面上做匀速圆周运动，如图所示。设与金属球连接的两轻杆的长度均为l，两金属球的质量均为m，各杆的质量均可忽略不计。当发动机加速运转时，轻杆与竖直杆的夹角从30°增加到60°，求这一过程中发动机对小球所做的功。忽略各处的摩擦和阻力。
例17.如图所示，杆长为L，球的质量为m，杆连球在竖直平面内绕轴O自由转动，已知在最高点处，杆对球的弹力大小为F=2mg，求
:(1)这时小球的瞬时速度大小。
(2)不考虑其它阻力作用,小球运动到最底点时,杆的作用力大小是多少?
例18.如图所示，平行的实线代表电场线，方向未知，电荷量为1×10-2C的正电荷在电场中只受电场力作用，该电荷由A点移到B点，动能损失了0.1 J，若A点电势为-10 V，则
A。B点电势为零B。电场线方向向左
C。电荷运动的轨迹可能是图中曲线①
D。电荷运动的轨迹可能是图中曲线②
例19.如图所示，ab是半径为R的圆的一条直径，该圆处于匀强电场，电场强度为E，在圆周平面内，
将一带正电q的小球从a点以相同的动能抛出，抛出的方向不同时，小球会经过圆周上不同的点.在
这些所有的点中，达到c点时小球的动能最大，已知∠cab＝30°，若不计重力和空气阻力，试求:
(1)电场方向与直径ac间的夹角θ?
(2)若小球在a 点时初速度方向与电场方向垂直，则小球恰好能落在c 点，问小球初动能为多少?
例21．有人在调试电路时，用一个“100k Ω， 1/4W ”的电阻和一个“300k Ω， W ”的电阻串联，作为400 k Ω的电阻使用，此时两只串联电阻允许耗散的最大功率为
A ．
B ．
C ．
D ．
例22。已知电源电动势为，内阻为r ，流经电路的总电流I 随着外电路的变化而变化。
当I=？时，电源输出功率最大输出功率为P 出max =？
例23．(20XX 年江苏天一中学高三月考)如图所示，已知电源电动势E=20V ，内阻r=l Ω，当接入固定电阻R=4Ω时，电路中标有“3V, 6W”的灯泡L 和内阻R D =0.5Ω的小型直流电动机D 都恰能正常工作.试求： (1)电路中的电流大小；(2)电动机的额定电压；(3)电动机的输出功率．
例24．电磁炮是一种理想的兵器，它的主要原理如图所示，1982年澳大利亚国立大学制成了能把2.2 g 的弹体（包括金属杆EF 的质量）加速到10 km/s 的电磁炮（常规炮弹速度大小约为2 km/s ），若轨道宽2 m ，长为100 m ，通过的电流为10 A ，则轨道间所加匀强磁场的磁感应强度为_______ T ，磁场力的最大功率P =_______ W （轨道摩擦不计）.
W 21W 41W 61W
818
1
例25、 如图所示，长度为L=0.2m 、电阻r =0.3Ω、质量m =0.1kg 的金属棒CD ，垂直跨搁在位于水平面上的两条平行光滑的金属导轨上，导轨间距离也为L ，棒与导轨间接触良好，导轨电阻不计. 导轨左端接有R=0.5Ω的电阻，垂直导轨平面的匀强磁场向下穿过导轨平面，磁感应强度B=4T. 现以水平向右的恒定外力F 使金属棒右移，当金属棒以v =2m/s 的速度在导轨平面上匀速滑动时，求：
（1）电路中理想电流表和理想电压表的示数； （2）拉动金属棒的外力F 的大小；
（3）若此时撤去外力F ，金属棒将逐渐慢下来，最终停止在导轨上. 求撤去外力到金属棒停止运动的过程中，在电阻R 上产生的电热.
例26、如图所示，长平行导轨PQ 、MN 光滑，相距5.0=l m ，处在同一水平面中，磁感应强度B =0.8T 的匀强磁场竖直向下穿过导轨面．横跨在导轨上的直导线ab 的质量m =0.1kg 、电阻R =0.8Ω，导轨电阻不计．导轨间通过开关S 将电动势E =1.5V 、内电阻r =0.2Ω的电池接在M 、P 两端，试计算分析：
（1）在开关S 刚闭合的初始时刻，导线ab 的加速度多大？随后ab 的加速度、速度如何变化？
（2）在闭合开关S 后，怎样才能使ab 以恒定的速度υ =7.5m/s 沿导轨向右运动？试描述这时电路中的能量转化情况（通过具体的数据计算说明）．
3、杆与电源连接组成回路
例3．解析（1）在S 刚闭合的瞬间，导线ab 速度为零，没有电磁感应现象，由a 到b 的电流A r
R E
I 5.10=+=，ab 受安培力水平向右，此时瞬时加速度2000/6s m m
L BI m F a ===
ab 运动起来且将发生电磁感应现象．ab 向右运动的速度为υ时，感应电动势
Blv E ='，根据右手定则，ab 上的感应电动势（a 端电势比b 端高）在闭合电路
中与电池电动势相反．电路中的电流（顺时针方向，r
R E E I +-='
）将减小（小于I 0=1.5A ），ab 所受的向右的安培力随
之减小，加速度也减小．尽管加速度减小，速度还是在增大，感应电动势E 随速度的增大而增大，电路中电流进一步减小，安培力、加速度也随之进一步减小，当感应电动势'
E 与电池电动势E 相等时，电路中电流为零，ab
所受安培力、
图5-9-5
加速度也为零，这时ab 的速度达到最大值，随后则以最大速度继续向右做匀速运动．
设最终达到的最大速度为υm ，根据上述分析可知：0m E Bl υ-=
所以 1.5
0.80.5
m E Bl υ=
=
?m/s=3.75m/s ． （2）如果ab 以恒定速度7.5υ=m/s 向右沿导轨运动，则ab 中感应电动势
5.75.08.0'??==Blv E V=3V
由于'
E ＞E ，这时闭合电路中电流方向为逆时针方向，大小为：2
.08.05
.13''
+-=+-=r R E E I A=1.5A
直导线ab 中的电流由b 到a ，根据左手定则，磁场对ab 有水平向左的安培力作用，大小为
5.15.08.0''??==BlI F N=0.6N
所以要使ab 以恒定速度5.7=v m/s 向右运动，必须有水平向右的恒力6.0=F N 作用于ab ． 上述物理过程的能量转化情况，可以概括为下列三点： ①作用于ab 的恒力（F ）的功率：5.76.0?==Fv P W=4.5W
②电阻（R +r ）产生焦耳热的功率：)2.08.0(5.1)(2
2
'
+?=+=r R I P W=2.25W
③逆时针方向的电流'
I ，从电池的正极流入，负极流出，电池处于“充电”状态，吸收能量，以化学能的形式储存起来．电池吸收能量的功率：'
'
1.5 1.5P I E ==?W=
2.25W
由上看出，'
''
P P P +=，符合能量转化和守恒定律（沿水平面匀速运动机械能不变）． 二、双杆问题：
1、双杆所在轨道宽度相同——常用动量守恒求稳定速度
【例27(2008北京)风能将成为21世纪大规模开发的一种可再生清洁能源.风力发电机是将风能（气流的功能）转化为电能的装置，其主要部件包括风轮机、齿轮箱，发电机等.如图
5-9-5所示.
（1）利用总电阻10R =Ω的线路向外输送风力发电机产生的电能.输送功率0300kW P =，输电电压10kW U =，求异
线上损失的功率与输送功率的比值;
（2）风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接受风能的面积.设空气密度为p ，气流速度为v ，风轮机叶片长度为r
.
求单位时间内流向风轮机的最大风能P m ;
在风速和叶片数确定的情况下，要提高风轮机单位时间接受的风能，简述可采取的措施.
（3）已知风力发电机的输出电功率P 与P m 成正比.某风力发电机的风速v 1=9m/s 时能够输出电功率P 1=540kW.我国某地区风速不低于v 2=6m/s 的时间每年约为5000小时，试估算这台风力发电机在该地区的最小年发电量是多少千瓦时. 【解析】(1)导线上损失的功率为 P=I 2R =(2
3
203
30010()1091010
P R W kW U
?=?=?
损失的功率与输送功率的比值
3309100.0330010
P P ?==? (2)风垂直流向风轮机时，提供的风能功率最大.
单位时间内垂直流向叶片旋转面积的气体质量为pvS , S =πr 2 风能的最大功率可表示为 P 风=222221
11
()2
22
ptS v pt t v pr v ππ=
=
可采取措施:如增加风轮机叶片长度，安装调向装置保持风轮机正面迎风等. (3)按题意，风力发电机的输出功率为
P 2=2
21165409v P v ??
?=? ???
kW=160 kW
最小年发电量约为
W =P 2t =160×5000 kW·h=8×105kW·h
12。远距离输电能量关系
4.（★★★★）如图18-6所示，变压器的原、副线圈的匝数比一定，原线圈的电压为U 1时，副线圈的输出电压为U 2，L 1、L 2、L 3为三只完全相同的电灯，开始时，电键K 开启，然
后当电键K 闭合时
A.电压U 1不变，U 2变大
B.电灯L 1变亮，L 2变暗
C.电灯L 1变暗，L 2变亮
D.原线圈中的电流变大
图18—7
10．如图17-4所示，理想变压器有两个副线圈，匝数分别为n1和n2，所接负载4R1＝R2．当只闭合S
1
时，电流表示数为1 A，当S1和S2都闭合时，电流表示数为2 A，则n1：n2为．
12．小型水利发电站的发电机输出功率为24.5 kW，输出电压为350 V，输电线总电阻为4 Ω，为了使输电线损耗功率为发电机输出功率的5%，需在发电机处设升压变压器，用户所需电压为220 V，所以在用户处需安装降压变压器．输电电路图如图5－5－6所示，求：
(1)输电线上的电流．
(2)升压变压器的原、副线圈的匝数之比．
(3)降压变压器的原、副线圈的匝数之比．
图5－5－6
解析：(1)输电线上功率损失：
P＝5%P1＝5%×24.5 kW＝1225 W，
又因为ΔP＝I22R线，所以，输电线上的电流为：
I2＝ΔP
R线
＝
1225
4A＝17.5 A.
(2)升压变压器原线圈上的电流
I1＝P1/U1＝24.5 kW/(350 V)＝70 A，升压变压器原、副线圈的匝数之比为
n 1∶n 2＝I 2∶I 1＝17.5∶70＝1∶4.
(3)输电线上电压损失：ΔU ＝I 2R 线＝U 2－U 3， 降压变压器输入电压：
U 3＝U 2－ΔU ＝n 2
n 1
U 1－I 2R 线＝(4×350－17.5×4)V ＝1330 V .
降压变压器原、副线圈的匝数之比为 n 3∶n 4＝U 3∶U 用＝1330∶220＝133∶22. 答案：(1)17.5 A (2)1∶4 (3)133∶22
12热力学第一定律
13热力学第二定律
14理想气体能量关系
15动量和能量结合
考点1 摩擦力做功与机械能、内能的关系
1．滑动摩擦力做功的特点
（1）举例说明滑动摩擦力是否可做正功、负功、不做功？
（2）一对滑动摩擦力当一个做正功，其反作用力做负功时，两者做功的代数和是否为零？
例1：如图所示，木块静止在光滑水平面上，质量为m的子弹水平射入木块的深度为d时，子弹与木块相对静止，在子弹射入木块的过程中，木块移动的距离为L，木块对子弹的平均阻力为f，那么在这一过程中
问题：1. f对木块做了多少功？与木块动能增加有何关系？
2. f对子弹做了多少功？与子弹动能的减少有何关系？
3.摩擦产生的热量如何计算？与系统摩擦力做的总功有何关系？
针对练习1如右图所示，A物体放在B物体的左侧，用水平恒力F将A拉至B的右端，第一次B固定在地面上，F做
功为W l，产生热量Q l，第二次让B在光滑地面上自由滑动，F做功为W2，
产生热量为Q 2，则应有 ( ) A ．W 1 2. 静摩擦力做功的特点 （1）举例说明静摩擦力是否可做正功、负功、不做功？ （2）一对静摩擦力当一个做正功，其反作用力做负功时，两者做功的代数和是否为零？ 考点2功能关系的理解与应用 1.内容 (1)功是 的量度,即做了多少功就有 发生了转化. (2)做功的过程一定伴随着 ,而且 必通过做功来实现. 例2已知货物的质量为m,在某段时间内起重机将货物以a 的加速度加速升高h,则在这段时间内 叙述正确的是(重力加速度为g)( ) A.货物的动能一定增加mah-mgh B.货物的机械能一定增加mah C.货物的重力势能一定增加mah D.货物的机械能一定增加mah+mgh 针对训练2如图所示，卷扬机的绳索通过定滑轮F 拉位于粗糙斜面上的木箱，使之沿斜面加速向上移动，在移动过程中，下列说法正确的是 A.F 对木箱做的功等于木箱增加的动能与木箱克服摩擦力所做的功之和 B.F 对木箱做的功等于木箱克服摩擦力和克服重力所做的功之和 C ．木箱克服重力做的功等于木箱增加的重力势能 D.F 对木箱做的功等于木箱增加的机械能与木箱克服摩擦力做的功之和 例3如图所示，水平传送带由电动机带动，并始终保持以速度v 匀速运动，现将质量为m 的某物块由静止释放在传送带上的左端，过一会儿物块能保持与传送带相对静止，设物块与传送带间的动摩擦因数为μ，对于这一过程，下列说法正确的是 ( ) A ．摩擦力对物块做的功为0. 5mv 2 B ．物块对传送带做功为0. 5mv 2 C ．系统摩擦生热为0. 5mv 2 D ．电动机多做的功为mv 2 针对训练3如图所示传送带是倾斜的，其中v=2 m/s ，木 块质量m=10 kg,h=2 m ， μ= 23 , =300，g= 10 m/s 2 .求： (1)小木块从A 端由静止运动到B 端，传送带对其做的功是多少？ (2)摩擦产生的热为多少？ (3)因传送小木块电动机多输出的能量为多少？ 考点3能量转化和守恒定律的应用 1.内容:能量既不会消灭,也 .它只会从一 种形式 为其他形式,或者从一个物体转移 到另一个物体,而在转化和转移的过程中,能量的总量 . 2.表达式:ΔE 减= . 例4、图示为某探究活动小组设计的节能运动系统。斜面轨道倾角为30°，质量为 M 的木箱与轨道的动摩擦因数为 6 。木箱在轨道端时，自动装货装置将质量为m 的货物装入木箱，然后木箱载着货物沿轨道无初速滑下，与轻弹簧被压缩至最短时，自动卸货装置立刻将货物卸下，然后木箱恰好被弹回到轨道顶端，再重复上述过程。下列选项正确的是（ ） A ．m ＝M B ．m ＝2M C ．木箱不与弹簧接触时，上滑的加速度大于下滑的加速度 D ．在木箱与货物从顶端滑到最低点的过程中，减少的重力势能全部转化为弹簧的弹性势能 针对训练4如图所示,A 、B 、C 质量分别为m A =0.7 kg,m B =0.2 kg,m C =0.1 kg, B 为套在细绳上的圆环,A 与水平桌面的动摩擦因数μ=0.2,另一圆环D 固定在桌边,离地面高h 2=0.3 m,当B 、C 从静止下降h 1=0.3 m,C 穿环而过,B 被D 挡住,不计绳子质量和滑轮的摩擦,取g=10 m/s 2,若开始时A 离桌边足够远.试求: (1)物体C 穿环瞬间的速度. (2)物体C 能否到达地面?如果能到达地面,其速度多大? 【能力提升】1.从地面竖直上抛一个质量为m 的小球,小球上升的最大高度为H.设上升过程中空气阻力F 阻恒定.则对于小球的整个上升过程,下列说法中错误．． 的是( ) A.小球动能减少了mgH B.小球机械能减少了F 阻H C.小球重力势能增加了mgH D.小球的加速度大于重力加速度g 2．如图所示，板长为L ，板的B 端静置有质量为m 的小物体P ，物体与板间的动摩擦因数为μ，开始时板水平，若缓慢转过一个小角度α的过程中，物体始终保持与板相对静止，则这个过程中（ ） A ．摩擦力对P 做功为)cos 1(cos ααμ-??L mg B ．摩擦力对P 做功为)cos 1(sin αα-??L mg C ．弹力对P 做功为ααsin cos ???L mg D ．板对P 做功为αsin ?mgL 3．如图所示，固定在地面上的半圆轨道直径ab 水平，质点P 从a 点正上方高H 处自由下 落，经过轨道后从b 点冲出竖直上抛，上升的最大高度为，空气阻力不计．当质点下 落再经过轨道a 点冲出时，能上升的最大高度h 为 2.如图所示，一质量为M 、长为L 的木板，放在光滑的水平面上，在木板的右端放一质量为m 的小木块，用一根不可伸长的轻绳通过光滑的定滑轮分别与m 、M 相连接，木块与木板间的动摩擦因数为μ，开始时木板和木块静止，现用水平向右的拉力F 作用在M 上，将m 拉向木板左端的过程中，拉力至少做功为 ( ) A ．2μmgL B ．2 1 μmgL C ．μ(M+m)gL D ．umgL 4．构建和谐型、节约型社会深得民心，遍布于生活的方方面面．自动充电式电动 车就是很好的一例. 将电动车的前轮装有发电机，发电机与蓄电池连接，当电动车自动滑行时，就可以向蓄电池充电，将其他形式的能转化成电能储存起来．现有某人骑车以500J 的初动能在粗糙的水平路面上滑行，第一次关闭充电装置，让车自由滑行，其动能随位移变化关系如图线①所示；第二次启动充电装置，其动能随位移变化关系如图线②所示，则第二次向蓄电池所充的电能是 A ．200J B ．250J C ．300J D ．500J 5、推行节水工程的转动喷水龙头如图所示，龙头距地面高为h ，其喷灌半径可达10h ，每分钟喷水质量为m ，所用的水从地下H 深的井里抽取，设水以相同的速率喷出，试求： （1）水从水龙头喷出的速度 （2）水泵每分钟对水做的功 6．某游乐场中有一种叫“空中飞椅”的游乐设施，其基本装置是将绳子上端固定在转盘的边缘上，绳子下端连接座椅，人坐在座椅上随转盘旋转而在空中飞旋。若将人和座椅看成是一个质点，则可简化为如图所示的物理模型。其中P 为处于水平面内的转盘，可绕竖直转轴 转动，设绳长l =10 m ，质点的质量m = 60kg ，转盘 静止时质点与转轴之间的距离d =4m 。转盘逐渐加速转动，经过一段时间后质点与转盘一起 做匀速圆周运动，此时绳与竖直方向的夹角 。 （不计空气阻力及绳重，绳子不可 伸长，sin=0. 6，cos=0. 8，g=10） 求：（1）质点与转盘一起做匀速圆周运动时转盘的角速度及绳子的拉力； （2）质点从静止到做匀速圆周运动的过程中，绳子对质点做的功。 7、如图所示,光滑水平面AB与竖直面内的半圆形导轨在B点相切,半圆形导轨的半径为R.一个质量为m的物体将弹簧压缩至A点后由静止释放,在弹力作用下物体获得某一向右的速度后脱离弹簧,当它经过B点进入导轨的瞬间对轨道的压力为其重力的8倍,之后向上运动恰能到达最高点C.(不计空气阻力)试求: (1)物体在A点时弹簧的弹性势能. (2)物体从B点运动至C点的过程中克服阻力所做的功. [高中物理必修二公式总结]高中物理能量守恒定律的公式总结 【--高中生入党申请书】 能量守恒定律是高中物教学的重点内容。为了帮助高中生学好能量守恒定律公式，下面给大家带来高中物理能量守恒定律的公式，希望对你有帮助。 高中物理能量守恒定律的公式 1.阿伏加德罗常数NA=6.02×1023/mol;分子直径数量级10-10米 2.油膜法测分子直径d=V/s{V:单分子油膜的体积(m3)，S:油膜表面积(m)2｝ 3.分子动理论内容：物质是由大量分子组成的;大量分子做无规则的热运动;分子间存在相互作用力。 4.分子间的引力和斥力(1)r10r0，f引=f斥≈0，F 分子力≈0，E分子势能≈0 5.热力学第一定律W+Q=ΔU{(做功和热传递，这两种改变物体内能的方式，在效果上是等效的)，W:外界对物体做的正功(J)，Q:物体吸收的热量(J)，ΔU:增加的内能(J)，涉及到第一类永动机不可造出〔见第二册P40〕｝ 6.热力学第二定律 克氏表述：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其它变化(热传导的方向性); 开氏表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来 做功，而不引起其它变化(机械能与内能转化的方向性){涉及到第二类永动机不可造出 7.热力学第三定律：热力学零度不可达到{宇宙温度下限：-273.15摄氏度(热力学零度)｝ 注: (1)布朗粒子不是分子,布朗颗粒越小，布朗运动越明显,温度越高越剧烈; (2)温度是分子平均动能的标志; (3)分子间的引力和斥力同时存在,随分子间距离的增大而减小,但斥力减小得比引力快; 高中物理弹簧专题总结弹簧涉及的力学问题通常是动态的，常与能量、电场、简谐振动相结合，综合性强、能力要求高，且与日常生活联系密切，近几年来成为高考的热点。下面从几个角度分析弹簧的考查。 一弹簧中牛顿定律的考查与弹簧相连的物体运动时通常会引起弹力及合力发生变化，给物体的受力分析带来一定难度，这类问题关键是挖掘隐含条件，结合牛顿第二定律的瞬时性来分析。 例1 如图1 所示，竖直光滑杆上套有一个小球和两根弹簧，两弹簧的一端各与小球相连，另一端分别用销钉M 、N 固定于杆上，小球处于静止状态。设拔去销钉M 瞬间，小球加速度的大小为12m/s2，若不拔去销钉M 而拔去销钉N 瞬间，小球的加速度可能是（g 取10m/s2）（BC ）A、22 m/s2，竖直向上B、22 m/s2，竖直向下 C、2 m/s2，竖直向上 D、2 m/s2，竖直向下 解析：开始小球处于平衡状态所受的合力为零，拔去销钉M 瞬间小球受的合力与上面弹簧弹力大小相等方向相反。若此时加速度方向向上，则上面弹簧弹力F= m × 12, 方向向下。若拔去销钉N 瞬间则小球受到本身的重力和F，故加速度a=22m/s2，方向竖直向下; 反之则为C。 图2 图1 练习1如图 2 所示，质量为m 的物体A，放置在质量为连，它们一起在光滑的水平面上做简谐运动，振动过程中的物体 B 上，B与轻质弹簧相 A、B 之间无相对运动，设弹簧的劲 度系数为k，当物体离开平衡位置的位移为x时，A、B 间的摩擦力的大小等于（ mm kx D 、kx M M m A 、0 B、kx C、D、 练习2如图3所示，托盘 A 托着质量为m的重物B， 弹簧的上端悬于O 点，开始时弹簧竖直且为原长。今让托盘 速直线运动，其加速度为a（a 第 10 课时电磁感应中的能量问题分析 一、知识内容： 1、分析：棒的运动过程→ 运动性质→ 遵从规律； 2、掌握能量的转化方向：哪些能量减少，哪些能量增加； 3、电能→内能 Q：I 恒定→Q I 2 Rt ；I变化：用有效值求，或能量守恒； 4、常用知识点：动能定理、能量守恒、W 、P、Q、等。 二、例题分析： 【例 1】如图所示， PQ 、MN 为足够长的两平行金属导轨，它们之间连接一个阻值为R=8 Ω的电阻，导轨间距为 L=1m ，一质量 m=0.1kg，电阻 r=2 Ω的均匀金属杆水平放在 导轨上，它与导轨的滑动摩擦因数 3 / 5 ，导轨平面倾角300，在垂直导轨平面方向有匀强磁场， B=0.5T ，今让金属杆由静止开始下滑，从杆静止开始到杆 AB恰好匀速运动的过程中经过杆的电量q 1C ,求: (1)当 AB 下滑速度为2m/ s时加速度的大小 (2)AB 下滑的最大速度 (3)从静止开始到 AB 匀速运动过程R 上产生的热量？ 【例2】如图所示，两根间距为l 的光滑金属导轨（不计电阻）,由 一段圆弧部分与一段无限长的水平段部分组成,其水平段加 有竖直向下方向的匀强磁场,其磁感应强度为B，导轨水平段 上静止放置一金属棒cd，质量为2m,电阻为2r,另一质量为 m,电阻为 r 的金属棒ab，从圆弧段M 处由静止释放下滑至 N 处进入水平段，圆弧段 MN 半径为 R，所对圆心角为 60°，求： （1） ab 棒在 N 处进入磁场区速度多大？此时棒中电流是多少？ （2） cd 棒能达到的最大速度是多大？ （3） cd 棒由静止到达最大速度过程中，系统所能释放的热量是多少？ 【例 3】用质量为m、总电阻为R 的导线做成边长为l 的正方形线框MNPQ ，并将其放在倾 光磁静角为θ的平行绝缘导轨上，平行导轨的间距也为l，如图所示。线框与导轨之间是滑的，在导轨的下端有一宽度为l（即 ab=l）、磁感应强度为 B 的有界匀强磁场，场的边界aa′、bb′垂直于导轨，磁场的方向与线框平面垂直。某一次，把线框从 止状态释放，线框恰好能够匀速地穿过磁场区域。若当地的重力加速度为g，求：（1）线框通过磁场时的运动速度； （2）开始释放时， MN 与 bb′之间的距离； （3）线框在通过磁场的过程中所生的焦耳热。 高中物理常见功能关系 功是能量转化的量度。有多少功就有多少能量参与转化。高中阶段常见的做功引起能量转化的基本类型如下： 1、合外力的功等于物体动能的变化量; 这是动能定理的基本类容，表达式为 W=Ek2-Ek1=ΔEk; 2、重力的功等于物体重力势能的减少量; 注意，是重力势能的减少量，不是变化量。变化量是指增量，所以减少量是变化量的相反数。这个用关系式表达为WG=Ep1-Ep2=-ΔEp; 3、重力以外的力做功等于物体机械能的变化量;即 W=E2-E1=ΔE; 4、互为作用力与反作用力的一对滑动摩擦力做功等于系统机械能的减少量; 设两个物体之间存在着大小为f的滑动摩擦力，则对物体1，摩擦力做功为Wf1=fx1，对物体2，摩擦力做功为 Wf2=-fx2，则Wf1+Wf2=f(x1-x2)=fx相，这个x相是指相对路程。fx相等于系统机械能的减少量。 5、弹簧弹力做功等于弹性势能的减少量; 这个与第二点“重力做功等于重力势能的减少量”类似。表达式也是W=Ep1-Ep2=-ΔEp 6、电场力做功等于电势能减少量; 若在电场中带电体从A点移动到B点，则 WAB=EpA-EpB=-ΔEp 7、分子力做功等于分子势能减少量; 8、安培力做多少功就有多少电能转化为其他形式能;克服安培力做多少功就有多少其他形式能转化为电能; 推导如下：W安=-BILx=-I*BLv*t=-EIt=-W电 以上是高中阶段常见功能关系的一点总结。看起来纷繁复杂，其实可以总结为一个表达式：即W=以上是高中阶段常见功能关系的一点总结。看起来纷繁复杂，其实可以总结为一个表达式：即W=ΔE，也就是：力做了多少功，就有多少能量参与转化。所以说：功是能量转化的量度。 本科毕业论文（设计）题目：高中物理模型的归类与分析 作者单位：物理学与信息技术学院 专业：物理学 作者姓名：任艳华 指导教师：郭芳霞 提交日期：二一六年四月 高中物理模型的归类与总结 任艳华 摘要：物理模型是高中物理知识的重要载体，其中绝大多数内容都是以物理模型为基础和载体向学生传递知识的。物理模型不仅是学生获得物理知识的一种基本方法，更是一种培养学生应用能力和创新能力的重要工具。本文主要讲述物理模型的概念及分类方法，并结合整个高中物理中的重点和难点知识对物理模型进行分类与总结，最后指出运用物理模型教学的意义。 关键词：物理模型；高中物理教学；教学意义 物理学是一门重要的自然科学，它研究的对象是自然界最普遍、最基本的运动形态及物质结构相互作用和运动规律的学科。自然界的各种各种事物之间存在着千丝万缕的关系，并且复杂多变。因此，为了探讨物理事物的本质，根据所研究的具体问题或问题的特点，用科学抽象的思维方法对问题进行抽象的描述，抓住事物主要的、本质的特征，忽略其次要的、非本质的因素，将所研究对象进行简化、高度抽象而建立起来的一种新的物理形象----即物理模型。 1.高中物理模型的概述 1.1物理模型的含义 “模型”一词来自于“Modulus”，意为样本、尺度、标准。钱学森先生曾给模型下过这样的定义：模型就是通过对问题现象的分解、分析，利用已知原理，吸取主要因素，省略次要因素，而创造出的一幅图画。[1] 根据物理模型的特点，美国学者David Hestenes(1995)认为，物理模型是对物理系统和某一物理过程的抽象化表征，它可以表征系统的结构及其某一方面的特征或运动规律等。[2]据此我们可以得出物理模型是对客观原型的一种“概念化”的抽象描述，这种描述包括了对客观实物的结构、某一方面的特征等。 1.2建立物理模型的意义 经过抽象思维构思出来的物理模型，可以简化物理学所分析、研究的复杂问题，且模型中得出的结果与客观实际又不会有明显的偏差。 运用物理模型可以帮助人们解决实际生活中的问题。在实际处理时只需要将实际事物抽象成理想模型，然后将模型的研究结果直接运用于实际。面对比较复杂的问题时，首先研究它的物理理想模型，再结合客观实际将其研究结果进行修正，从而使之与实际对象的本质相一致。[3]例如：由理想气体状态方程nRT pV 得出的结果与实际气体不相符合，这是因为在推导理想气体状态方程时，将分子力完全忽略了，而实际气体中气体分子的大小和分子间的相互作用力是不容忽视的。因此，从代表理想气体体积的V中减去分子体积b，对测定的压强值P加上 专题三动量与能量 思想方法提炼 牛顿运动定律与动量观点和能量观点通常称作解决问题的三把金钥匙.其实它们是从三个不同的角度来研究力与运动的关系.解决力学问题时，选用不同的方法，处理问题的难易、繁简程度可能有很大差别，但在很多情况下，要三把钥匙结合起来使用，就能快速有效地解决问题. 一、能量 1.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。 2.能的转化和守恒定律在各分支学科中表达式 (1)W合=△E 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)W F=△E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：(1)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 (2)W F=0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)W G=-△E P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=-△E P 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：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)W+Q=△E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)mv02/2=hν-W 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)△E=△mc2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 电磁感应现象中的能量问题 能的转化与守恒，是贯穿物理学的基本规律之一。从能量的观点来分析、解决问题，既是学习物理的基本功，也是一种能力。 电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力的作用,因此,要维持感应电流的存在,必须有“外力”克服安培力做功。此过程中,其他形式的能量转化为电能。当感应电流通过用电器时,电能又转化为其他形式的能量。“外力”克服安培力做了多少功,就有多少其他形式的能转化为电能。同理,安培力做功的过程,是电能转化为其它形式能的过程。安培力做了多少功,就有多少电能转化为其它形式的能。 认真分析电磁感应过程中的能量转化、熟练地应用能量转化和守恒定律是求解较复杂的电磁感应问题的常用方法,下面就几道题目来加以说明。 一、安培力做功的微观本质 1、安培力做功的微观本质 设有一段长度为L、矩形截面积为S的通电导体，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，定向移动的平均速率为v，如图所示。 所加外磁场B的方向垂直纸面向里，电流方向沿导体水平向右，这个电流是由于自由电子水平向左定向运动形成的，外加磁场对形成电流的运动电荷（自由电子）的洛伦兹力使自由电子横向偏转，在导体两侧分别聚集正、负电荷，产生霍尔效应，出现了霍尔电势差，即在导体内部出现方向竖直向上的横向电场。因而对在该电场中运动的电子有电场力f e的作用，反之自由电子对横向电场也有反作用力-f e作用。场强和电势差随着导体两侧聚集正、负电荷的增多而增大，横向电场对自由电子的电场力f e也随之增大。当对自由电子的横向电场力f e增大到与洛伦兹力f L相平衡时，自由电子没有横向位移，只沿纵向运动。导体内还有静止不动的正电荷，不受洛伦兹力的作用，但它要受到横向电场的电场力f H的作用，因而对横向电场也有一个反作用力-f H。由于正电荷与自由电子的电量相等，故正电荷对横向电场的反作用-f H和自由电子对横向电场的反作用力-f e相互抵消，此时洛伦兹力f L与横向电场力f H相等。正电荷是导体晶格骨架正离子，它是导体的主要部分，整个导体所受的安培力正是横向电场作用在导体内所有正电荷的力的宏观表现，即F=(nLS)f H=(nLS)f L。 由此可见，安培力的微观本质应是正电荷所受的横向电场力，而正电荷所受的横向电场力正是通过外磁场对自由电子有洛伦兹力出现霍尔效应而实现的。 高中物理各种能量关系 高中物理重要的能量关系 二。重要能量关系 1动能定理2重力做功与重力变化3摩擦热计算4汽车恒功率启动能量关系 5抛体能量关系6圆周能量关系7电场力功能关系8电路能量关系9电源输出功率规律 10电动机能量关系11电磁感应能量关系12热力学第一定律13热力学第二定律14理想气体能量关系 例1 一小孩站在船上，分别两次用同样大小的力拉足够长的水平轻绳一端，图甲中 绳另一端接在岸上，图乙中绳另一端接在另一条船上，经过相同时间小孩所做的功分 别为W甲和W乙，则（） A W甲＞W乙， B W甲＝W乙， C W甲＜W乙， D 无法判断。 例2．倾角为θ=30o的斜面体上有一个质量为m=1kg的物块，使斜面体在水平面上以速度v=2m/s向右做匀速直线运动，物块与斜面体始终保持相对静止，如图所示.物块前进S=10m的过程中。（当地的重力加速度为g） （1）物体一共受到几个力的作用？每个力的大小是多少？与位移的夹角是多少？ 力力的大小力的方向与位移夹角θ该力做功Ｗ合与Ｗ总的关系摩擦热是多少 重力G 弹力N 摩擦力f 合力F合 例3静止水平传送带AB左端有一质量为1kg小物快如图所示，A、B相距8m，物体与传送带间的动摩擦因数μ=0.2．现传送带以加速度ａ＝3ｍ／s2做匀加速运动，则物体从A沿传送带运动到B的过程中： (g=10m/s2) （１）到达Ｂ端时物块的位移是多少？摩擦力对物快做功是多少？ （２）到达Ｂ端时皮带的路程是多少？摩擦力对皮带做功是多少？ （３）滑痕多长？摩擦热是多少？ （４）到达Ｂ端的时间是多少？ 例4、将一质量为m＝10 kg的物体，自水平地面由静止开始用一竖直向上的拉力F将其以a＝0.5 m/s2的加速度向上拉起．求： （1）在向上拉动的10s内，拉力F做功的功率； （2）上拉至10 s末，拉力的功率． 例5。汽车的质量为4000kg，汽车发动机的额定功率为80kW，它在平直的公路上行驶时所受的阻力是4000N，从静止开始受到恒定牵引力是8000N启动，达到额定功率后再横功率启动。试求: 1。转折速度 2。收尾速度 3。恒力阶段加速度 4。恒力阶段维持多长时间？ 5。恒力阶段的位移。 6．运动时间为1s时，功率是多少？ 7。速度等于5m/s时，加速度是多少 8．速度等于12m/s时，加速度是多少 9。加速度等于0.25m/s2时，速度是多少 10. 启动总距离若为280m，求启动总时间是多少 11。画出物体的功率----时间图象 12。若汽车达到最大速度后，突然阻力变为原来的两倍，将做什么运动？ 在物理教学中，教师必须熟悉物理教学中的一些基本课型，才能很好地组织教学活动，顺利地完成教学任务。根据物理学科的特点和物理教学的特点，我们把物理教学中的课的类型主要划分为三种，即实验课，概念、规律课和习题课。 （一）实验课 物理实验教学的方式主要有四种，即演示实验，学生实验，随堂实验和课外实验。 １. 演示实验所谓演示实验是指教师在讲授知识的过程中为配合教学内容而演示给学生看的实验。因此主要是使学生获得感性认识，培养观察能力和思维能力，引起学习兴趣，同时也能对培养学生的实验操作能力起一定的示范作用。为了确保演示实验成功，并取得良好的实验效果，课堂演示实验要首先做好准备，力求演示的现象清楚，并配合必要的说明和讲解。 ２. 学生实验学生实验是物理实验教学的一种重要形式，是培养学生实验能力，掌握实验技能，使学生受到物理学研究的实验方法的初步训练的主要措施。进行学生实验教学要做到以下几点： 第一、努力创造条件，开出物理教学大纲中规定的所有实验。 第二、关于实验能力的培养要具体落实，要明确要求，严格训练，逐步做到由学生自己设计实验方案，进行实验操作并完成实验报告。 第三、实验中要及时给学生以具体指导，巡回检查，及时发现并帮助学生解决操作中的问题，纠正实验上的错误。 ３. 随堂实验这种实验是物理实验教学的补充形式，可作为实验作业布置给学生，也可作为建议，由有兴趣的学生自愿进行。 （二）概念、规律课 物理基础知识中最重要最基本的内容是物理概念和物理规律。教好物理概念和物理规律，并使学生的认识能力在形成概念、掌握规律的过程中得到充分发展，是物理教学的重要任务。 物理概念和物理规律的教学，一般要经过以下四个环节： １. 引入物理概念和规律这一环节的核心是创设物理环境，提供感性认识。概念和规律的基础是感性认识，只有对具体的物理现象及其特性进行概括，才能形成物理概念；对物理现象运动变化规律及概念之间的本质联系进行研究归纳， 高中物理知识点总结（经典版） 第一章、力 一、力F：物体对物体的作用。 1、单位：牛（N） 2、力的三要素：大小、方向、作用点。 3、物体间力的作用是相互的。即作用力与反作用力，但它们不在同一物体上，不是平衡力。作用力与 反作用力是同性质的力，有同时性。 二、力的分类： 1、按按性质分：重力G、弹力N、摩擦力f 按效果分：压力、支持力、动力、阻力、向心力、回复力。 按研究对象分：外力、内力。 2、重力G：由于受地球吸引而产生，竖直向下。G=mg 重心的位置与物体的质量分布与形状有关。质量均匀、形状规则的物体重心在几何中心上，不一定在物体上。 弹力：由于接触形变而产生，与形变方向相反或垂直接触面。F=k×Δx 摩擦力f：阻碍相对运动的力，方向与相对运动方向相反。 滑动摩擦力：f=μN（N不是G，μ表示接触面的粗糙程度，只与材料有关，与重力、压力无关。） 相同条件下，滚动摩擦<滑动摩擦。 静摩擦力：用二力平衡来计算。 用一水平力推一静止的物体并使它匀速直线运动，推力F与摩擦力f的关系如图所示。 力的合成与分解：遵循平行四边形定则。以分力F1、F2为邻边作平行四边形，合力F的大小和方向可用这两个邻边之间的对角线表示。 |F1-F2|≤F合≤F1+F2 F合2=F12+F22+ 2F1F2cosQ 平动平衡：共点力使物体保持匀速直线运动状态或静止状态。 解题方法：先受力分析，然后根据题意建立坐标 系，将不在坐标系上的力分解。如受力在三个以 内，可用力的合成。 利用平衡力来解题。 F x合力=0 F y合力=0 注：已知一个合力的大小与方向，当一个分力的 方向确定，另一个分力与这个分力垂直是最小 值。 转动平衡：物体保持静止或匀速转动状态。 解题方法：先受力分析，然后作出对应力的力臂（最长力臂是指转轴到力的作用点的直线距离）。分析正、负力矩。 利用力矩来解题：M合力矩=FL合力矩=0 或M正力矩= M负力矩 第二章、直线运动 电流的磁效应和电磁感应中的能量问题 原平市第一中学朱东平 1820年丹麦物理学家奥斯特发现：把一段直导线平行地放在小磁针的上方，当导线中有电流通过时小磁针就会发生偏转，这说明不仅磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场，这就是电流的磁效应。电流的磁效应发现以后，人们很自然地想到：利用磁场是不是也能产生电流呢？英国物理学家法拉第经过十年坚持不懈的努力，终于取得重大突破，在1983年发现了由磁场产生电流的条件和规律。由磁场产生电流的现象称为电磁感应现象。在这里我就这两类问题中的能量转化情况谈谈我的看法： 一、在电流产生磁场的现象中： 无论是通电直导线产生磁场的现象，还是通电线圈产生磁场的现象，都是原来空间没有磁场，现在有了磁场，这个过程中必然有了磁场能量的增加。磁场的能量显然是来源于给导线或线圈提供电流的电源。 二、在电磁感应现象中： 原来电路中没有电流，现在发生电磁感应产生了电流，电流通过有电阻的导体转化成了焦耳热；或者电流通过化学电源给其充电；总之，消耗了电能，那么这个电能从哪里来呢？是来源于磁场能量吗？在电磁感应中一部分情况感应电流的电能是来源于磁场能量；而还有一部分感应电流的电能不是消耗了磁场能量，而是以磁场为桥梁实现的其他形式的能量和电能的相互转化或者转移。我们分情况来讨论： 1、闭合电路中的部分导线（或线圈）与磁场相对运动而产生的电磁感应现象中（切割类）的情况下，显然电能是来源于磁铁、导线、导线框的机械能或者控制它们运动的人的内能或者其他物体的能量。 例1、在含有电阻的水平光滑导轨上有一导 体棒AB，整个装置处在竖直向下的匀强磁场中； 导体棒开始具有初速度v,试分析AB运动中的 能量转化情况？ 分析：导体棒向右运动时由于切割磁感线 而产生了感应电流，而导体棒就会受到向左的 安培力；导体棒就做向右的减速运动；导体棒克服安培力做功动能减少转化成了回路中的电能。如果要保持导体棒匀速运动人或者其他物体必须对导体棒做正功，而导体棒对人或者物体做负功，从而消耗人或者其他物体的能量转化成回路中的电能。在这里磁场只是个载体，磁场能量没有变化。 例2、右下图（甲）和（乙）中，线圈和磁铁之 间有相对运动时；试分析能量转化情况？ 分析：（甲）图中线圈不动，磁铁向下运动时， 在线圈中产生了感应电流，线圈就对磁铁产生了向 上的磁场力，阻碍磁铁向下运动，磁铁克服磁场力 做功其机械能减少转化成了线圈中的电能，线圈不 是超导体时电能就转化成了焦尔热能。而在（乙） 图中磁铁不动，线圈向下运动，线圈中产生感应电 流，从而受到磁铁对它向上的磁场力；线圈克服磁场力做功，机械能减少 高中物理斜面问题分类 一、静力学 1．如图所示，质量为m 的木块A 放在斜面体B 上，若A 和B 沿水平方向以相同的速 度v 0一起向左做匀速直线运动，则A 和B 之间的相互作用力大小为（ ） A. mg B. mgsin θ C. mgcos θ D. 0 答案：A 2．质量为m 的球置于倾角为θ的光滑面上，被与斜面垂直的光滑挡板挡着，如图所 示．当挡板从图示位置缓缓做逆时针转动至水平位置的过程中，挡板对球的弹力N 1和斜 面对球的弹力N 2的变化情况是（ ） A. N 1增大 B. N 1先减小后增大 C. N 2增大 D. N 2减少 答案：AD 3．如图所示,在倾角为300的粗糙斜面上有一重为G 的物体，若用与斜面底边平行的 恒力2 G F =推它，恰好能使它做匀速直线运动。物体与斜面之间的动摩擦因数为（ ） A ． 22 B ．33 C ．36 D ．66 答案：C 4．如图所示，在一块长木板上放一铁块，当把长木板从水平位置绕A 端缓慢抬起时，铁块所受的摩擦力（ ） A ．随倾角θ的增大而减小 B ．开始滑一动前，随倾角θ的增大而增大，滑动后，随倾角θ的增大而减小 C ．开始滑动前，随倾角θ的增大而减小，滑动后，随倾角θ的增大而增大 D ．开始滑动前保持不变，滑动后，随倾角θ的增大而减小 答案：B 5．如图所示，斜面体P 放在水平面上，物体Q 放在斜面上．Q 受一水平作用力F ，Q 和P 都静止．这时P 对Q 的静摩擦力和水平面对P 的静摩擦力分别为1f 、2f ．现使力F 变大，系统仍静止，则（ ） A. 1f 、2f 都变大 B. 1f 变大，2f 不一定变大 C. 2f 变大，1f 不一定变大 D. 1f 、2f 都不一定变大 答案：C 6．如图所示，物体B 叠放在物体A 上，A 、B 的质量均为m ，且上、下表面均与斜面平行，它们以共同速度沿倾角为θ的固定斜面C 匀速下滑，则（ ） A. A 、B 间没有静摩擦力 B. A 受到B 的静摩擦力方向沿斜面向上 高考专题：电磁感应中的动力学和能量综合问题 一.选择题。（本题共6小题，每小题6分，共36分。1—3为单选题,4—6为多选题） 1.如图所示，“U ”形金属框架固定在水平面上，处于竖直向下的匀强磁场中棒以水平初速度v 0向右运动，下列说 法正确的是( ) 棒做匀减速运动 B.回路中电流均匀减小 点电势比b 点电势低 棒受到水平向左的安培力 2.如图，一载流长直导线和一矩形导线框固定在同一平面内，线框在长直导线右侧，且其长边与长直导线平行。已知在0到1的时间间隔内，直导线中电流i 发生某种变化，而线框中感应电流总是沿顺时针方向；线框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右。设电流i 正方向与图中箭头方向相同，则i 随时间t 变化的图线可能是( ) 3.如图所示，在光滑水平桌面上有一边长为L 、电阻为R 的正方形导线框；在导线框右侧有一宽度为d(d>L)的条形匀强磁场区域，磁场的边界 与导线框的一边平行，磁场方向竖直向下.导线框以某一初速度向右运动＝0时导线框的右边恰与磁场的左边界重合，随后导线框进入并通过磁场区域.下列v -t 图象中，可能正确描述上述过程的是( ) A B C D 4.如图1所示，两根足够长、电阻不计且相距L ＝0.2 m 的平行金属导轨固定在倾角θ＝37°的绝缘斜面上，顶端接有一盏额定电压U ＝4 V 的小灯泡，两导轨间有一磁感应强度大小B ＝5 T 、方向垂直斜面向上的匀强磁场．今将一根长为L 、质量为m ＝0.2 、电阻r ＝1.0 Ω的金属棒垂直于导轨放置在顶端附近无初速度释放，金属棒与导轨接触良好，金属棒 与导轨间的动摩擦因数μ＝0.25，已知金属棒下滑到速度稳定时，小灯泡恰能正常发光，重力加速度g 取10 2， 37°＝0.6， 37°＝0.8，则( ) 班级 姓名 出题者 徐利兵 审题者 得分 密 封 线 关于高中物理知识点总结之能量守恒定 律与能源知识点 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量不变。这就是能量守恒定律，如今被人们普遍认同。 1.化学能：由于化学反应，物质的分子结构变化而产生的能量。 2.核能：由于核反应，物质的原子结构发生变化而产生的能量。 3.能量守恒定律：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而能的总量保持不变。 ●内容：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。 即 E机械能1+E其它1=E机械能2+E其它2 ●能量耗散：无法将释放能量收集起来重新利用的现象叫能量耗散，它反映了自然界中能量转化具有方向性。 1.可再生能源：可以长期提供或可以再生的能源。 2.不可再生能源：一旦消耗就很难再生的能源。 3.能源与环境：合理利用能源，减少环境污染，要节约能源、开发新能源。 1.太阳能 2.核能 3.核能发电 4、其它新能源：地热能、潮汐能、风能。 能源品种繁多，按其来源可以分为三大类：一是来自地球以外的太阳能，除太阳的辐射能之外，煤炭、石油、天然气、水能、风能等都间接来自太阳能;第二类来自地球本身，如地热能，原子核能(核燃料铀、钍等存在于地球自然界);第三类则是由月球、太阳等天体对地球的引力而产生的能量，如潮汐能。 【一次能源】指在自然界现成存在，可以直接取得且不必改变其基本形态的能源，如煤炭、天然气、地热、水能等。由一次能源经过加工或转换成另一种形态的能源产品，如电力、焦炭、汽油、柴油、煤气等属于二次能源。 【常规能源】也叫传统能源，就是指已经大规模生产和广泛利用的能源。表2-1所统计的几种能源中如煤炭、石油、天然气、核能等都属一次性非再生的常规能源。而水电则属于再生能源，如葛洲坝水电站和未来的三峡水电站，只要长江水不干涸，发电也就不会停止。煤和石油天然气则不然，它们在地壳中是经千百万年形成的(按现在的采用速率，石 学大教育设计人：马洪波 高考物理知识归纳（三） ---------------动量和能量 1．力的三种效应： 力的瞬时性（产生a）F=ma 、运动状态发生变化牛顿第二定律 时间积累效应( 冲量)I=Ft 、动量发生变化动量定理 空间积累效应( 做功)w=Fs 动能发生变化动能定理 2．动量观点：动量：p=mv= 2mE 冲量：I = F t K 动量定理：内容：物体所受合外力的冲量等于它的动量的变化。 公式： F 合t = mv ’一mv (解题时受力分析和正方向的规定是关键) I=F 合t=F 1t 1+F 2t 2+---= p=P 末-P 初=mv 末-mv 初 动量守恒定律：内容、守恒条件、不同的表达式及含义：' p p ；p 0；p1 - p 2 P＝P′(系统相互作用前的总动量P 等于相互作用后的总动量P′) ΔP＝0 (系统总动量变化为0) 如果相互作用的系统由两个物体构成，动量守恒的具体表达式为 P1＋P2＝P1′＋P2′(系统相互作用前的总动量等于相互作用后的总动量) m1V 1＋m2V 2＝m1V 1′＋m2V2′ ΔP＝－ΔP＇(两物体动量变化大小相等、方向相反) 实际中应用有：m1v1+m2v2= ' ' m1v m v ；0=m1v1+m2v2 m1v1+m2v2=(m1+m2)v 1 2 2 共 原来以动量(P)运动的物体，若其获得大小相等、方向相反的动量(－P)，是导致物体静止或反向运动的临界条件。即：P+(－P)=0 注意理解四性：系统性、矢量性、同时性、相对性 矢量性：对一维情况，先选定某一方向为正方向，速度方向与正方向相同的速度取正，反之取负，把矢 量运算简化为代数运算。 相对性: 所有速度必须是相对同一惯性参照系。 同时性：表达式中v1 和v2 必须是相互作用前同一时刻的瞬时速度，v ’和v ’必须是相互作用后同一时刻 1 2 的瞬时速度。 解题步骤：选对象，划过程；受力分析。所选对象和过程符合什么规律？用何种形式列方程；（先要规定正方向）求解并讨论结果。 3．功与能观点： 功W = Fs cos (适用于恒力功的计算)①理解正功、零功、负功②功是能量转化的量度 W= P ·t ( p= w t = F S t =Fv) 功率:P = W t (在t 时间内力对物体做功的平均功率) P = Fv (F 为牵引力,不是合外力；V 为即时速度时,P 为即时功率；V 为平均速度时,P 为平均功率；P 一定时，F 与V 成正比） 动能：E K= 1 2 mv 2 2 p 2m 重力势能E p = mgh (凡是势能与零势能面的选择有关) 磁场补充练习题 题组一 1.如图所示,在xOy 平面内，y ≥ 0的区域有垂直于xOy 平面向里的匀强磁场，磁感应强度为Ｂ,一质量为m 、带电量大小为ｑ的粒子从原点O 沿与x 轴正方向成６０°角方向以v ０射入，粒子的重力不计，求带电粒子在磁场中运动的时间和带电粒子离开磁场时的位置。 2．如图所示,a ｂcd 是一个正方形的盒子,在ｃd 边的中点有一小孔e ,盒子中存在着沿ad 方向的匀强电场，场强大小为Ｅ，一粒子源不断地从a 处的小孔沿a ｂ方向向盒内发射相同的带电粒子,粒子的初速度为v 0,经电场作用后恰好从e 处的小孔射出，现撤去电场，在盒子中加一方向垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度大小为Ｂ（图中未画出)，粒子仍恰好从e 孔射出。(带电粒子的重力和粒子之间的相互作用均可忽略不计) （1）所加的磁场的方向如何？ (2）电场强度E 与磁感应强度B 的比值为多大? 题组二 3．长为L 的水平极板间，有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B ，板间距离也为L ,极板不带电。现有质量为m ，电荷量为q 的带正电粒子(重力不计），从左边极板间中点处垂直磁场以速度ｖ水平射入，如图所示。为了使粒子不能飞出磁场，求粒子的速度应满足的条件。 4．如图所示的坐标平面内,在ｙ轴的左侧存在垂直纸面向外、磁感应强度大小B １ ＝ 0.２０ Ｔ的匀强磁场，在y 轴的右侧存在垂直纸面向里、宽度d = 0.1２5 m 的匀强磁场Ｂ2。某时刻一质量ｍ = 2.0×1０-8 kg 、电量q = ＋ 4.0×１0-４ C 的带电微粒(重力可忽略不计），从x 轴上坐标为（－0.25 m ，０)的P 点以速度v = ２.0×1０3 m/s 沿y 轴正方向运动。试求: （1)微粒在y 轴的左侧磁场中运动的轨道半径; （2)微粒第一次经过y 轴时速度方向与y 轴正方向的夹角; （3）要使微粒不能从右侧磁场边界飞出,B ２应满足的条件。 5.图中左边有一对平行金属板，两板相距为ｄ,电压为U ；两板之间有匀强磁场,磁场应强度大小为B 0，方向平行于板面并垂直于纸面朝里。图中右边有一边长为a 的正三角形区域EFG (EF 边与金属板垂直),在此区域内及其边界上也有匀强磁场，磁感应强度大小为B ,方向垂直于纸面朝里。假设一系列电荷量为ｑ的正离子沿平行于金属板面，垂直于磁场的方向射入金属板之间，沿同一方向射出金属板之间的区域,并经ＥF 边中点H 射入磁场区域。不计重力。 (1）已知这些离子中的离子甲到达磁场边界ＥG 后,从边界EF 穿出磁场，v 0 E e b c d a 电磁感应中的能量问题（2） 例1.如图所示，光滑绝缘水平面上方有两个方向相反的水平方向匀强磁场，竖直虚线为其边界，磁场范围足够大，磁感应强度的大小分别为B1=B，B2=3B．竖直放置的正方形金属线框边长为l，电阻为R，质量为m．线框通过一绝缘细线与套在光滑竖直杆上的质量为M的物块相连，滑轮左侧细线水平．开始时，线框与物块静止在图中虚线位置且细线水平伸直．将物块由图中虚线位置由静止释放，当物块下滑h时速度大小为v0，此时细线与水平夹角θ=30°，线框刚好有一半处于右侧磁场中．（已知重力加速度g，不计一切摩擦）求： （1）此过程中通过线框截面的电荷量q （2）此时安培力的功率 （3）此过程在线框中产生的焦耳热Q． 例2.（多选）如图甲所示，在竖直平面内有一单匝正方形线圈和一垂直于竖直平面向里的有界匀强磁场，磁场的磁感应强度为B，磁场上、下边界AB和CD均水平，线圈的ab边水平且与AB间有一定的距离．现在让线圈无初速自由释放，图乙为线圈从自由释放到cd边恰好离开CD边界过程中的速度一 时间关系图象．已知线圈的电阻为r， 且线圈平面在线圈运动过程中始终处在 竖直平面内，不计空气阻力，重力加速 度为g，则根据图中的数据和题中所给 物理量可得（） A．在0～t3时间内，线圈中产生的热量为 B．在t2～t3时间内，线圈中cd两点之间的电势差为零 C．在t3～t4时间内，线圈中ab边电流的方向为从b流向a D．在0～t3时间内，通过线圈回路的电荷量为 例3.利用超导体可以实现磁悬浮，如图是超导磁悬浮的示意图。在水平桌面 上有一个周长为L的超导圆环，将一块质量为m的永磁铁从圆环的正上方缓 慢下移，由于超导圆环跟磁铁之间有排斥力，结果永磁铁悬浮在超导圆环的 正上方h1高处平衡。 （1）若测得圆环a点磁场如图所示，磁感应强度为B1，方向与水平方向成 θ1角，问此时超导圆环中电流的大小和方向？ （2）在接下的几周时间内，人们发现永磁铁在缓慢下移。经过较长时间T 后，永磁铁的平衡位置在离桌面h2高处。有一种观点认为超导体也有很微小 的电阻，只是现在一般仪器无法直接测得，超导圆环内电流的变化造成了永 磁铁下移，并设想超导电流随时间缓慢变化的I2-t图，你认为哪张图相对合 理，为什么？ （3）若测得此时a点的磁感应强度变为B2，夹角变为θ2，利用上面你认为 相对正确的电流变化图，求出该超导圆环的电阻？ 同步练习： 1.用两根足够长的粗糙金属条折成“「”型导轨，右端水平，左端竖直，与导轨 等宽的粗糙金属细杆ab，cd和导轨垂直且接触良好．已知ab，cd杆的质 量，电阻值均相等，导轨电阻不计，整个装置处于竖直向上的匀强磁场 中．当ab杆在水平拉力F作用下沿导轨向右匀速运动时，cd杆沿轨道向下 运动，以下说法正确的是（） A．cd杆一定向下做匀速直线运动 B．cd杆一定向下做匀加速直线运动 C．F做的功等于回路中产生的焦耳热与ab杆克服 摩擦做功之和 D．F的功率等于ab杆上的焦耳热功率与摩擦热功率之和 2.如图所示，光滑绝缘水平面上，有一矩形线圈冲入一匀强磁场，线圈全部 进入磁场区域时，其动能恰好等于它在磁场外面时的一半，设磁场宽度大于 线圈宽度，那么() 高中物理中的滑块问题 1．(2010淮阴中学卷)如图，在光滑水平面上，放着两块长度相同，质量分别为M 1和M 2的木板，在两木板的左端各放一个大小、形状、质量完全相同的物块。开始时，各物均静止，今在两物体上各作用一水平恒力F 1、F 2，当物块和木板分离时，两木板的速度分别为v 1和v 2，物体和木板间的动摩擦因数相同，下列说法正确的是 ( ) A ．若F 1＝F 2，M 1＞M 2，则v 1＞v 2 B ．若F 1＝F 2，M 1＜M 2，则v 1＞v 2 C ．若F 1＞F 2，M 1＝M 2，则v 1＞v 2 D ．若F 1＜F 2，M 1＝M 2，则v 1＞v 2 2．如图所示，长2m ，质量为1kg 的木板静止在光滑水平面上，一木块质量也为1kg （可视为质点），与木板之间的动摩擦因数为0.2。要使木块在木板上从左端滑向右端而不至滑落，则木块初速度的最大值为（ ） A ．1m/s B ．2 m/s C ．3 m/s D ．4 m/s 3．如图所示，小木块质量m ＝1kg ，长木桉质量M ＝10kg ，木板与地面以及木块间的动摩擦因数均为μ＝0.5．当木板从静止开始受水平向右的恒力F ＝90 N 作用时，木块以初速v 0＝4 m ／s 向左滑上木板的右端．则为使木块不滑离木板，木板的长度l 至少要多长? 4.如图所示，质量M=1.0kg 的长木板静止在光滑水平面上，在长木板的右端放一质量m=1.0kg 的小滑块（可视为质点），小滑块与长木板之间的动摩擦因数=0.20.现用水平横力F=6.0N 向右拉长木板，使小滑块与长木板发生相对滑动，经过t=1.0s 撤去力F.小滑块在运动过程中始终没有从长木板上掉下.求： （1）撤去力F 时小滑块和长木板的速度个是多大； （2）运动中小滑块距长木板右端的最大距离是多大？ F 1 F 2 M F m 高考物理基本知识点汇总 一. 教学内容： 知识点总结 1. 摩擦力方向：与相对运动方向相反，或与相对运动趋势方向相反 静摩擦力：0 说明：为某位置到星体中心的距离。某星体表面的重力加速度。 r g G M R 02 = g g R R h R h ' () = +2 2 ——某星体半径为某位置到星体表面的距离 7. 地球表面物体受重力加速度随纬度变化关系：在赤道上重力加速度较小，在两极，重力加速度较大。 8. 人造地球卫星环绕运动的环绕速度、周期、向心加速度'g ＝2 r GM 、r mv r GMm 2 2 = 、v ＝ r GM 、 r mv r GMm 2 2 = ＝m ω2R ＝m （2π/T ）2R 当r 增大，v 变小；当r ＝R ，为第一宇宙速度v 1＝r GM ＝gR gR 2 ＝GM 应用：地球同步通讯卫星、知道宇宙速度的概念 9. 平抛运动特点： ①水平方向______________ ②竖直方向____________________ ③合运动______________________ ④应用：闪光照 ⑤建立空间关系即两个矢量三角形的分解：速度分解、位移分解 相位，求?y t x y t gT v S T v x v t v v y gt v gt S v t g t v v g t tg gt v tg gt v tg tg == =====+=+== =2 0002 02 2 24 0222 00 1214 21 2αθα θ ⑥在任何两个时刻的速度变化量为△v ＝g △t ，△p ＝mgt ⑦v 的反向延长线交于x 轴上的x 2处，在电场中也有应用 10. 从倾角为α的斜面上A 点以速度v 0平抛的小球，落到了斜面上的B 点，求：S AB[高中物理必修二公式总结]高中物理能量守恒定律的公式总结
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