高考物理能量专题复习指要

文荣斌

[摘 要]能量是贯穿高中物理的一条主线，学会用功和能的方法处理和解决物理问题，是高中物理学习的必然要求，有关能知识也是高考物理命题的热点。因此，搞好高考物理能量专题的复习是高三备考的关键之一，文章从与能量有关的重要物理规律分析和例题分析两个方面作简要的分析说明。

[关键词]高考物理 命题意图 解题思路 探讨评价

[中图分类号] G633.7 [文献标识码] A [文章编号] 16746058（2015）080056

做功的过程就是能量的转化过程，这是功能关系的普遍意义。不同形式的能的转化又与不同形式的功相联系，总之，功是能量转化的量度。

在中学物理中，涉及许多形式的能，如：动能、势能、电能、内能、核能等，这些形式的能可以互相转化，并且遵循能量转化和守恒定律。能量的概念及其有关规律（如动能定理、机械能守恒定律、功能关系、能量守恒定律）贯穿于中学物理学习的始终，是联系各部分知识的主线，是我们分析和解决物理问题的重要依据，因此在每年的高考物理试卷中都会出现考查有关能量知识的试题，并且时常会以“压轴题”出现。

有关能的知识与牛顿运动定律、圆周运动规律以及电磁学知识的联系是新课改后近年高考的热点。

能量难点问题的解决离不开能量的相关规律，相关规律的应用是以正确理解定律为前提的，下面将各规律的要点及注意事项分析如下。

一、与能量相关的重要物理规律简析

（一）动能定理

1.动能定理的内容：外力对物体所做的总功等于物体动能的增量。

2.动能定理的公式表达式：∑W=Ek2-Ek1

式中∑W是各个外力对物体做功的总和，Ek2-Ek1是做功过程中始末两个状态动能的增量。

3.应用动能定理解题的注意事项。

（1）要明确物体初、末两个状态时的动能，“增量”是末动能减初动能。ΔEk>0表示动能增加，ΔEk<0表示动能减小。

（2）要正确分析全过程中各段受力情况和相应位移，各力位移相同时，可求合外力做的功，各力位移不同时，分别求各力功，然后求代数和。

（3）动能定理表达式是标量式，不能在某方向用速度分量来列动能定理方程。

（4）动能定理适用单个物体，对于物体系，尤其是具有相对运动的物体系，不能盲目地用动能定理。由于此时内力的功也可引起物体动能向其他形式能（比如内能）的转化。

（5）动能定理尽管是在恒力作用下利用牛顿第二定律和运动学公式推导的，但对变力做功情况亦适用。动能定理可用于求变力的功、曲线运动中的功以及复杂过程中的功能转换问题。

（6）动能定理中的位移及速度，一般都是相对地球而言的。

（二）机械能守恒定律

1.定律内容：

在只有重力和弹力做功的情况下，系统的动能和势能可以发生转化，但总的机械能保持不变。

2.定律的三种理解及表达形式。

（1）初态机械能等于末态机械能，即E1=E2，注意初、末态选同一参考面。

（2）物体或系统动能的增加（或减少）等于物体或系统势能的减少（或增加），即：△Ek增=△Ep减

（3）系统由A、B部分组成时，A部分减少的机械能等于B部分增加的机械能，

即EA增=EB减

注意（2）（3）不用选参考面。

3.定律适用条件。

（1）对单个物体，若只有重力（或弹簧弹力）做功，其他力不做功（或其他力做功的代数和为零），则该物体机械能守恒。

（2）对某一系统，物体间只有动能和重力势能及弹性势能相互转化，系统跟外界没有发生机械能的传递，机械能也没有转变成其他形式的能（如没有内能产生），则系统的机械能守恒。

重要说明：条件中的重力与弹力做功是指系统内重力、弹力做功。对于某个物体系统包括外力和内力，只有系统内重力或弹簧的弹力做功，其他力不做功或者其他力的功的代数和等于零，则该系统的机械能守恒，也就是说重力做功或弹力做功不能引起机械能与其他形式的能的转化，只能使系统内的动能和势能相互转化。

（三）功能关系

1.功能关系：

能是物体做功的本领，也就是说是做功的根源。功是能量转化的量度，究竟有多少能量发生了转化，用功来量度。功和能有根本的区别，功是过程量，能是状态量。我们在处理问题时可以从能量变化来求功，也可以从物体做功的多少来求能量的变化，不同形式的能在转化过程中是守恒的。

2.功和对应的能量变化的量值关系。

（1）重力的功→重力势能的变化WG=-ΔEp

（2）弹簧弹力的功→弹性势能的变化W弹=-ΔEp.

（3）电场力的功→电势能的变化W电=-ΔEp

（4）分子力的功→分子势能的变化W分子=-ΔEp

（5）克服安培力的功→电能的变化|W安|=ΔE电

（6）一对滑动摩擦力的总功→系统的动能变化Wf总=-fL相对=ΔEk系统

（7）一对静摩擦力的总功→系统内物体间机械能的转移W总=0

（8）合力的功→动能的变化W合=ΔEk

（9）除重力和弹力以外的其他力的功→系统机械能的变化W其他=ΔE机

（四）能量转化和守恒定律

能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，它只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体。这就是能的转化与守恒定律。

1.能量守恒应从下面两方面去理解。

（1）某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量一定等于增加量。

（2）某个物体的能量的减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量一定等于增加量。

以上是我们应用能量守恒定律时的两条基本思路。

2.应用能量守恒定律解题的步骤是。

（1）分析物体的运动过程，从而在头脑中建立起一幅物体运动的正确图景。

（2）研究物体在运动过程中有多少种形式的能（如动能、势能、内能、电能等）在转化，关键是弄清什么形式的能增加，什么形式的能减少。

（3）增加的能量和减少的能量用相应的力做的功来表示，然后列出恒等式ΔE减=ΔE增

二、典型例题透析

（一）动能定理类

【例1】 （2014年高考福建理综）图1为某游乐场内水上滑梯轨道示意图，整个轨道在同一竖直平面内，表面粗糙的AB段与四分之一光滑圆弧轨道BC在B点水平相切。点A距水面的高度为H，圆弧轨道BC的半径为R，圆心O恰在水面。一质量为m的游客（视为质点）可从轨道AB的任意位置滑下，不计空气阻力。

（1）若游客从A点由静止开始滑下，到B点时沿切线方向滑离轨道，落在水面D点，OD=2R，求游客滑到B点的速度vB大小及运动过程轨道摩擦力对其所做的功Wf；

（2）若游客从AB段某处滑下恰好停在B点，因为受到微小扰动，继续沿圆弧轨道滑到P点后滑离轨道，求P点离水面的高度h。（提示：在圆周运动过程中任一点，质点所受的向心力与其速率的关系为F向=mv2R）

【命题意图】

考查动能定理、平抛运动规律、圆周运动等知识，在能力上主要考查理解、分析、推理和应用能力。

【解题思路】（1）游客从B点开始做平抛运动，将运动进行分解，即可求出游客到达B点的速度，A到B的过程中，由动能定理即可求出运动过程中轨道摩擦力对其所做的功。

（2）设OP与OB的夹角是θ，在P点离开轨道时，轨道对游客的支持力为0，由重力指向圆心方向上的分力提供向心力，结合动能定理与向心力的表达式即可求解。

【探讨评价】本题中正确判断出游客在P点离开轨道时，轨道对游客的支持力为0，由重力指向圆心方向上的分力提供向心力是解题的关键。

（二）机械能守恒定律类

【例2】 （2014年高考福建理综）如图2所示，两根相同的轻质弹簧，沿足够长的光滑斜面放置，下端固定在斜面底部挡板上，斜面固定不动。质量不同、形状相同的两物块分别置于两弹簧上端。现用外力作用在两物块上，使两弹簧具有相同的压缩量，若撤去外力后，两物块由静止沿斜面向上弹出并离开弹簧，则从撤去外力到物块速度第一次减为零的过程，两物块（ ）。

A.最大速度相同

B.最大加速度相同

C.上升的最大高度不同

D.重力势能的变化量不同

【命题意图】考查机械能守恒定律、牛顿运动定律。

【探讨评价】本题是机械能守恒定律的典型应用，既有弹性势能、重力势能，又有动能，且发生相互转化并保持不变。本题解题的关键在于找出最大速度时的临界条件和对机械能守恒定律△Ek增=△Ep减的灵活应用。并注意相同的弹簧形变量相同时，具有相同的势能。

（三）功能关系类

【例3】 （2014年高考广东理综）图3是安装在列车车厢之间的摩擦缓冲器结构图，图中①和②为楔块，③和④为垫块，楔块与弹簧盒、垫块间均有摩擦，在车厢相互撞击时弹簧压缩过程中（ ）。

A.缓冲器的机械能守恒

B.摩擦力做功消耗机械能

C.垫块的动能全部转化成内能

D.弹簧的弹性势能全部转化为动能

【命题意图】考查功能关系及用所学的知识解决实际问题的能力。

【解题思路】由于楔块与弹簧盒、垫板间存在摩擦力作用，需要克服摩擦力做功，转化为内能，并消耗机械能，机械能不守恒，所以A错误，B正确；垫板的动能转化为弹性势能和内能，所以C错误；弹簧压缩，弹性势能增加，一部分动能转化为弹性势能，所以D错误。

【探讨评价】

本题的难点是对摩擦反冲器工作原理的理解，当反冲器在F1、F2的作用下，图中①和②楔块与弹簧盒接触面产生弹力，使楔块压缩他们之间的弹簧，此时两楔块与③和④垫块、弹簧盒都存在滑动摩擦，并整体相对弹簧盒向里运动，压缩盒内的弹簧，达到反冲的作用。

（四）能量转化和守恒定律类

【例4】 （2014年高考上海理综）如图4，水平面内有一光滑金属导轨，其MN、PQ边的电阻不计，MP边的电阻阻值R=1.5Ω，MN与MP的夹角为135°，PQ与MP垂直，MP边长度小于1m。将质量m=2kg，电阻不计的足够长直导体棒搁在导轨上，并与MP平行。棒与MN、PQ交点G、H间的距离L=4m。空间存在垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度B=0.5T。在外力作用下，棒由GH处以一定的初速度向左做直线运动，运动时回路中的电流强度始终与初始时的电流强度相等。

（1）若初速度v1=3m/s，求棒在GH处所受的安培力大小FA。

（2）若初速度v2=1.5m/s，求棒向左移动距离2m到达EF所需时间Δt。

（3）在棒由GH处向左移动2m到达EF处的过程中，外力做功W=7J，求初速度v3。

【命题意图】

考查电磁感应、电路、能量转化及守恒定律。

【探讨评价】本题是考查电磁感应、电路、能的转化和守恒的综合题，难度较大，特别是能量转化和守恒方面要求较高。若能正确分析棒的运动过程，对安培力所做的负功全部转化为电能理解到位，并抓住题设所给的条件：运动过程中回路中电流强度始终不变，就能够正确解答此题。能量转化和守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一，它在力学、热学、电学、声学、光学和原子物理六大部分都有广泛的应用，是我们分析和解决问题的重要依据，我们要逐渐适应和应用能量的观点来处理问题。

（责任编辑 易志毅）