高考物理功和能的归类例析 新课标 人教版.doc

高考物理功和能的归类例析
功和能是高中物理中非常重要的两个物理量，它们的关系贯穿整个物理学。如何掌握功能关系，并准确应用这个关系解题呢？现归类整理如下：
常见力做功与对应能的关系
常见的几种力做功能量关系数量关系式力的种类做功的正负对应的能量变化情况①重力mg+重力势能EP减小mgh=–ΔEP–增加②弹簧的弹力kx+弹性势能E弹性减小W弹=–ΔE弹性–增加③分子力F分子+分子势能E分子减小W分子力=–ΔE分子–增加④电场力Eq+电势能E电势减小qU=–ΔE电势–增加⑤滑动摩擦力f–内能Q增加fs相对=Q⑥感应电流的
安培力F安培–电能E电增加W安培力=ΔE电⑦合力F合+动能Ek增加W合=ΔEk–减小⑧重力以外的力F+机械能E机械增加WF=ΔE机械–减小由上述表格，可以归纳小结得到：功是能量转化的量度。有两层含义：（1）做功的过程就是能量转化的过程，（2）力做了多少功，就有多少对应的能量发生了转化。
A
B
O
例1、如图，质量为m带正电为q的小球用长为l绝缘的丝线拴住，丝线的另一端固定在O点，处于竖直向下的匀强电场E中，现将小球拉至A点，使丝线保持水平，某时刻由静止释放小球，小球运动到最低点B的过程中（）
物体的重力势能增加了mgl
物体的动能增加了mgl+Eql
物体的机械能增加了Eql
物体的电势能增加了Eql
解与析：重力做了正功mgh，重力势能就减小mgh，故A错；电场力（重力以外的力）做正功Eql，电势能就减小Eql，机械能就增加Eql，答案D不对，C正确；物体所有力的总功为mgl+Eql，动能增加mgl+Eql，则B正确。
例2、如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲、乙两分子间作用力与距离关系的函数图象如图，现把乙分子从处由静止释放，则（）
A．乙分子从r3到r1动能增加
B．乙分子从r3到r1分子力先做正功，经过r2后做负功
C．乙分子从r3到r1过程中，两分子间的分子势能先减小后增加
D．乙分子从r3到r1过程中，两分子间的分子势能和动能总和保持恒定
A
O
解与析：乙分子从r3到r1分子力表现为引力，做正功，分子势能减小，动能增加，并且减小的分子势能转化为动能，则动能和势能的总和保持恒定。故正确答案选AD。
如图，弹簧一端固定在竖直墙壁上的O点，另一端固定一个小球A，
小球处于光滑的水平面上，此时弹簧处于拉伸状态，由静止释放小球，在
小球向左运动到弹簧处于自然状态的过程中，弹力做功、弹性势能变化、
小球动能变化与例2类似。
v
v0
例3、如图，质量为m的子弹以一定的初速v0射向静止在光滑水平面的质量为M的木块，并留在木块中不再射出，最后以共同速度v做匀速运动，子弹钻入木块的深度为d，已知子弹在木块中运动的阻力恒定。求
d
s
在这一过程中摩擦生热产生的内能Q？
s+d
木块对子弹的阻力f？
木块在达到共同速度v之前发生的位移s？
解与析：从能量的角度来看，因为有力做功，子弹、木块、系统的能量都发生了改变。
对子弹：-f（s+d）=mv2/2-mv02/2……①
对木块：fs=Mv2/2……②
对系统：-fd=mv2/2+Mv2/2-mv02/2（由①+②得此表达式）…③
根据③式，系统损失的机械能等于fd，等于因摩擦产生的内能Q。由①②③，解得
Q=mv02/2-mv2/2-Mv2/2，f=（mv02/2-mv2/2-Mv2/2）/d，s=Mdv2/（mv02-mv2-Mv2）
例4、边长为Ｌ＝0.20m的正方形金属线框放在光滑的水平面上，线框的总电阻为Ｒ＝1.0．有边界的匀强磁场方向竖直向下，磁感应强度大小为Ｂ＝0.50Ｔ，线框的右边界平行。现用一水平外力将线框以v＝10m/s的速度匀速拉出磁场区域．求
d
例4图
×××
×××
×××
×××
v
a
c
b
（1）线框离开磁场的过程中受到的安培力的大小？
（2）将线框完全拉出磁场区域的过程中，线框中产生的焦耳热．
解与析：（1）线框匀速拉出磁场，产生感应电流，则
感应电流I=BLv/R=1A，所以感应电流的安培力F=BIL=0.1N
（2）感应电流的安培力F做负功，且W安培力=FL=0.02J
根据功能关系，此过程产生了0.02J的电能，电能全部用来发热，
所以焦耳热Q=E电=W安培力=0.02J。
可见，功能关系贯穿整个物理学，总是能量守恒的大前提实现功能转换。如果力做了功，就有对应的能量发生等量的转化；反过来，如果能量发生转化，就一定存在对应的力做了等量的功。