高中物理学科中的

1、1广水一中广水一中 郭建郭建2功和能功和能一、功是能转化的量度一、功是能转化的量度,各种形式各种形式“力力”所所做做 的功往往伴随着相应形式的功往往伴随着相应形式的能量变化，功与能之间有着密切的关系；的能量变化，功与能之间有着密切的关系；二、高中物理中的所有涉及功与能的有关二、高中物理中的所有涉及功与能的有关 知识点；知识点；三、高中物理各知识块中涉及能量的具体三、高中物理各知识块中涉及能量的具体问题问题3 势能势能是物体间由于相互作用而具有的能；严格地说势能是相互作用的物体共是物体间由于相互作用而具有的能；严格地说势能是相互作用的物体共同拥有的。高中物理中有以下势能概念：同拥有的。高中物理中

2、有以下势能概念：重力重力地球与物体地球与物体重力势能（物体与地球共有）重力势能（物体与地球共有）弹力弹力弹性形变弹性形变弹性势能（弹性物体间共有）弹性势能（弹性物体间共有）分子力分子力分子之间分子之间分子势能（两个分子共有）分子势能（两个分子共有）电场力电场力带电体与带电体带电体与带电体电势能（两个带电体共有）电势能（两个带电体共有） 机械能（势能、动能）、内能、电磁能（电势能、磁场能）、光能（光子）、机械能（势能、动能）、内能、电磁能（电势能、磁场能）、光能（光子）、化学能、核能化学能、核能 各种形式的能可以相互转化，同一种形式的能可以相互转移各种形式的能可以相互转化，同一种形式的能可以相互

3、转移1、高中物理所涉及的主要的能的形式、高中物理所涉及的主要的能的形式2、需要指出的是、需要指出的是4功功能能机械能机械能内能内能电磁能电磁能光能光能核能核能动动能能势势能能分分子子动动能能分分子子势势能能弹弹性性势势能能重重力力势势能能动动能能定定理理电电场场能能磁磁场场能能光光电电效效应应方方程程原原子子能能原原子子核核能能机械能守机械能守恒定律恒定律理想气理想气体内能体内能热力学热力学第一定第一定律律能的转能的转化和守化和守恒定律恒定律电电磁磁波波电电势势能能电电势势电电势势差差电电功功电电热热焦焦耳耳定定律律电电动动势势闭合闭合电路电路能量能量关系关系能级能级质质能能方方程程功能关系功

4、能关系能的转化和守恒定律能的转化和守恒定律54、力学中的功能问题、力学中的功能问题3、热学中的功能问题、热学中的功能问题5、电学中的功能问题、电学中的功能问题2、光学中的能量问题、光学中的能量问题1、原子、原子核物理中的能量问题、原子、原子核物理中的能量问题ENDEND6能级概念2mcE核能2mcE 爱因斯坦质能方程各种射线具有能量1、原子、原子核物理中的能量问题、原子、原子核物理中的能量问题7例例1 1 估算制作一个地球需多少能量？估算制作一个地球需多少能量？ 某同学观看了一部科幻电影，电影剧院中的男主角利用自某同学观看了一部科幻电影，电影剧院中的男主角利用自已所驾驶的太空飞船将已所驾驶的太

5、空飞船将“敌方敌方”的能量吸收，并制造出原已消的能量吸收，并制造出原已消失的地球同学们试估算制作一个地球需多少能量（只要求估失的地球同学们试估算制作一个地球需多少能量（只要求估算出数量级即可）？已知中国领土最北端在黑龙江省漠河以北算出数量级即可）？已知中国领土最北端在黑龙江省漠河以北的黑龙江主航道中心线上（的黑龙江主航道中心线上（5353N N），中国领土最南端在南海），中国领土最南端在南海的南沙群岛中的曾母暗沙（的南沙群岛中的曾母暗沙（4 4N N附近），中国领土南北距离约附近），中国领土南北距离约为为55005500公里公里8第一步估算第一步估算地球的质量地球的质量 km550050360

6、2R3213333m101.0m)106300(14. 33434RVA、计算地球半径、计算地球半径 可以算出地球的可以算出地球的半径半径约为约为6300km，那么地球的，那么地球的体积体积大小我們就可以算出來了大小我們就可以算出來了! 我们成功的估计出地球的大小我们成功的估计出地球的大小(但这只是粗略的估但这只是粗略的估计计).知道地球的大小之知道地球的大小之后我们后我们要怎么估计地球的质量呢要怎么估计地球的质量呢?想象一下想象一下, 地球是由地球是由哪些东西所构成的呢哪些东西所构成的呢地球是由岩石地球是由岩石(密度密度23), 以以及金及金属属(613), 其中有很多其中有很多是是铁（铁（

7、7)构成的构成的. 地球地球 还有还有水水(密度密度1).作些平均吧作些平均吧 (1+2.5+7+6+13 )/5 =5.9kg105.9 kg100 .1109 .524213VM9第二步计算所需的能第二步计算所需的能量量 J105.3J)103(109.54128242 MCE这么大的能量是个什么概念呢？与常规炸药相比，需多少质量这样的炸药呢？1kgTNT爆炸时产生的能量约为107J5.3 1041J相当于5.31034吨的TNT爆炸时产生的能量，而地球质量的数量级也只有1024kg，那么也就是说相当于5.31010个地球质量的TNT炸药爆炸时产生的能量10建设中的江苏连云港建设中的江苏连

8、云港田湾核电站田湾核电站运行中的秦山核电站运行中的秦山核电站运行中的广东大亚湾核电站运行中的广东大亚湾核电站 即将动工建设的即将动工建设的浙江三门核电站浙江三门核电站11 运行中的反应堆运行中的反应堆 在建反应堆在建反应堆 2000年供应核电年供应核电 机组数目机组数目 容量容量/MWe 机组数目机组数目 容量容量/ MWe TWh 份额份额/% 加拿大加拿大 14 9998 68.68 11.80 中国中国 3 2167 8 6420 16.00 1.19 1.19 法国法国 59 63073 395.00 76.40 德国德国 19 21122 159.60 30.57 印度印度 14 2

9、503 14.21 3.14 日本日本 53 43491 3 3190 304.87 33.82 韩国韩国 16 12990 4 3820 103.50 40.74 巴基斯坦巴基斯坦 2 425 1.08 1.65 俄罗斯俄罗斯 29 19843 3 2825 119.65 14.95 斯洛伐克斯洛伐克 6 2408 2 776 16.49 53.43 西班牙西班牙 9 7512 59.30 27.63 瑞典瑞典 11 9432 54.80 39.00 瑞士瑞士 5 3192 24.95 38.18 英国英国 35 12968 78.30 21.94 乌克兰乌克兰 13 11207 4 380

10、0 72.40 47.28 美国美国 104 97411 - - 753.90 19.83 合计合计* 438 351327 31 27756 2447.53 12中子的发现中子的发现HBn11951013 1930年，德国物理学家博特和贝克尔利用钋发射的年，德国物理学家博特和贝克尔利用钋发射的粒子去轰击铍、硼和其粒子去轰击铍、硼和其它轻元素时，他们用尖端式盖革计数管它轻元素时，他们用尖端式盖革计数管(一种对一种对即伽玛射线灵敏的探测器即伽玛射线灵敏的探测器)探测到探测到了有一种穿透力异常大的射线发生。法国物理学家约里奥了有一种穿透力异常大的射线发生。法国物理学家约里奥居里夫妇，利用一个强居里

11、夫妇，利用一个强得多的钋源进一步研究了受到得多的钋源进一步研究了受到粒子射击后的铍的辐射现象。他们把铍发射出来粒子射击后的铍的辐射现象。他们把铍发射出来的射线解释为的射线解释为“射线射线”， 把从含氢物质中打出的质子解释成把从含氢物质中打出的质子解释成“射线射线”在氢核上的在氢核上的“散射散射”。由于他们没有足够地重视理论，这就使他们错过了完成一项重大发现的。由于他们没有足够地重视理论，这就使他们错过了完成一项重大发现的机会。他们误认为是机会。他们误认为是“射线射线”的，正是人们长期寻找的中子流，并不是的，正是人们长期寻找的中子流，并不是射线。他射线。他们走到了们走到了“中子中子”的门口，而没

12、有发现它。的门口，而没有发现它。 1932年，查德威克对此进行了反复实验，每次他都得到了相同的结果。他进一步查觉这些射线像射线和X射线一样不会被磁场偏折，可见是中性的。然而，这种射线的运动速度却与射线大不相同，只为光速的1/10，比起几乎以光速前进的射线来说，简直太慢了。查德威克继续研究这些射线，查德威克继续研究这些射线，发现当这种射线被笔直地引向氮气时，偶而会发现当这种射线被笔直地引向氮气时，偶而会有个别以极大的力量打进氮原子。如果是有个别以极大的力量打进氮原子。如果是射线，则没有这种现象发生。查德威射线，则没有这种现象发生。查德威克对这种新射线进行了多次试验和能量测定，克对这种新射线进行了

13、多次试验和能量测定，发现在不同情况下，新射线的能量发现在不同情况下，新射线的能量也不同。他想，这种新射线显然与也不同。他想，这种新射线显然与射线不相同，它是由粒子组成的。射线不相同，它是由粒子组成的。为了确定为了确定粒子的大小，他用这种粒子轰击粒子的大小，他用这种粒子轰击氢原子和氮原子氢原子和氮原子，结果打出了氢核和氮核，查德结果打出了氢核和氮核，查德威克认为速度最大的氢核和氮核，是由于未知射线中的粒子与它们正碰的结果，威克认为速度最大的氢核和氮核，是由于未知射线中的粒子与它们正碰的结果，由此测出由此测出算出算出了未知了未知粒子的质量与质子大致相等粒子的质量与质子大致相等。查德威克在卢瑟福的领

14、导下，。查德威克在卢瑟福的领导下，长期从事寻找中子的研究，理论思维帮助了他从现象中抓到本质，终于悟出：这长期从事寻找中子的研究，理论思维帮助了他从现象中抓到本质，终于悟出：这种新射线正是长期寻找的中子流。这样，他惊人地发现了人们预言的中子。这是种新射线正是长期寻找的中子流。这样，他惊人地发现了人们预言的中子。这是科学预言的又一个胜利。科学预言的又一个胜利。 他获得了他获得了1935年诺贝尔奖物理学奖年诺贝尔奖物理学奖 1415Y 查德威克用Y射线中的粒子去轰击氢原子、氮原子，实验测得氢核的最大速度是3.3107m/s，氮核的最大速度是4.7106m/s.又知道氮核的质量是氢核的14倍.由此可以

15、算出未知粒子的质量.H原子原子YvYvN原子原子N原子核原子核YvNv2Yv1mH原子核原子核vHmHmNm正碰正碰2HH212HH1212121vmmvmvvmmvmv2NN222NN2212121vmmvmvvmmvmv16kg10674925. 1m27nkg10672614. 1m27p质子质量中子质量vmmmvHH2vmmmvNN2HNNHmmmmvvHH147 . 433mmmmH15. 1mm 后来精确的实验测定，中子的质时非常接近于质子的质量。17（1）光是一种电磁波，电磁波是具有能量的物质，即光具有能量；（2）由爱因斯坦光子说，光是由一份一份光子组成，每一份光子的能量是E=h

16、.因此从这方面来说光具有能量2、光学中的能量问题、光学中的能量问题18问题1相应的光子能量也依次增大；在同一种介质中的折射率也依次增大；在同一种介质中的传播速度依次减小；可见光中，红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种单色光的频率依次增大19问题问题2 如下四个图表示普通平板玻璃、蓝色吸热玻璃、单面膜热反射玻璃、双面反射膜吸热玻璃四种不同的玻璃热阻挡的综合效果，根据图中提供的信息，读图选出隔热效果最佳的是哪一种玻璃（ ）4.9ACD12.2B14.1D20例 当日光垂直照射地球时, 每平方米地面接收到的可见光功率为1.410 3 W , 若可见光的平均波长为6.010 -7m, 则垂直于太阳光的地面上

17、每平方米每秒钟接收到的可见光光子数为 个.(结果取2位有效数字） 4.210 2121ABfAB12fAB11fAB22fAB21r0r0分子力分子势能有关物体分子势能问题有关物体分子势能问题3、热学中的功能问题、热学中的功能问题22例 一定质量的理想气体，在压强不变的条件下，体积增大。则（ ） A、气体分子的平均动能增大 B、气体分子的平均动能减少 C、气体分子的平均动能不变 D、条件不够，无法判定气体分子平均动能的变化A23例 有关物体分子势能与体积的关系说法正确的是（ ）A、物体的体积增大，则分子势能一定增大B、物体的体积增大，则分子势能可能减小C、物体的体积减小，则分子势能一定减小D、

18、物体的体积减小，则分子势能一定增大B24 如图所示，两个完全相同的金属小球A、B，A球放于绝热的水平面上，B球用一绝热细线悬挂。试问，当A、B两球吸收相同的热量后，A、B两球的温度是否相同。AB254、力学中的功能问题、力学中的功能问题弹簧的弹力做正功弹簧的弹力做正功弹性势能减小弹性势能减小弹簧的弹力做正功弹簧的弹力做正功弹性势能增大弹性势能增大重力（万有引力）做正功重力（万有引力）做正功物体的重力（引力）势能减小物体的重力（引力）势能减小重力（万有引力）做负功重力（万有引力）做负功物体的重力（引力）势能增大物体的重力（引力）势能增大A、摩擦力也仅仅是一种力而已，它可以对物体做正功、也可以做负

19、功和不做功；、摩擦力也仅仅是一种力而已，它可以对物体做正功、也可以做负功和不做功；B、摩擦力可以使物体的机械能减小，也可使物体的机械能增加可不变。、摩擦力可以使物体的机械能减小，也可使物体的机械能增加可不变。C、摩擦力做功特点与能量转化、摩擦力做功特点与能量转化 (1).特点特点:大小不变的滑动摩擦力做的功与物体发生的相对路径成正比大小不变的滑动摩擦力做的功与物体发生的相对路径成正比 (2).滑动摩擦力的大小等于系统机械能转化为内能的数值滑动摩擦力的大小等于系统机械能转化为内能的数值（1）势能）势能（3）关于摩擦力做功）关于摩擦力做功（4）有关例题）有关例题（2）关于物体动能的增量）关于物体动

20、能的增量物体动能的增量仅决定于合外力对物体所做的功物体动能的增量仅决定于合外力对物体所做的功实为动能定理实为动能定理26例例1 如图所示，桌面高度为如图所示，桌面高度为h，质量为，质量为m的小球从离的小球从离地面高地面高H处自由落下，不计空气阻力，假设桌面处重力势处自由落下，不计空气阻力，假设桌面处重力势能为零，则小球落到地面前瞬间的机械能为：能为零，则小球落到地面前瞬间的机械能为：A、mgh B、mgH C、mg(H+h) D、mg(H-h)D27例例2 一质量为一质量为m的小球的小球,用长为用长为L的轻绳悬挂于的轻绳悬挂于O点点,小球小球在水平外力在水平外力F作用下从平衡位置作用下从平衡位

21、置P点很缓慢地移动到点很缓慢地移动到Q点点,如如图所示图所示,则力则力F所做的功为所做的功为AmgLcos BFLsin CmgL(1-cos) DFLcos（若为恒力（若为恒力F作用呢？）作用呢？）OFQPC28例3 一轻质弹簧，上端悬挂于天花板，下端系一质量为M的平板，处在平衡状态，一质量为M的均匀环套在弹簧外，与平板的距离为h，如图所示，让环自由下落，撞击平板，已知碰后环与板以相同的速度向下运动，使弹簧伸长。（ ） A、若碰撞时间极短，则碰撞过程中环与板的总动量不守恒B、若碰撞时间极短，则碰撞过程中环与板的总机械能守恒C、环撞击板后，板的新的平衡位置与h的大小无关D、在碰后板和环一起下落

22、的过程中，它们减少的动能等于克服弹簧力所作的功C29例4 一质量为M的箱子,箱高为H,中间有一轻杆,杆长为L(LH),杆上有一质量为m 的环套在杆上,环以初速度v从箱底沿杆上抛,设上抛过程中杆对环的摩擦力不变,恰能达到箱子的最高点.试求小环在上升过程中箱对地的压力.30例例5 如图，两个质量分别为如图，两个质量分别为m、2m 被轻杆固结，轻杆可被轻杆固结，轻杆可绕轴绕轴O在竖直平面内自由转动，先使轻杆位于水平位置，然在竖直平面内自由转动，先使轻杆位于水平位置，然后无初速地释放，在轻杆绕轴后无初速地释放，在轻杆绕轴O转至竖直位置的过程中：转至竖直位置的过程中：A、 A、B两球的总机械能守恒；两球

23、的总机械能守恒；B、 A、B两球的总机械能不守恒；两球的总机械能不守恒；C、 A球机械能增加，球机械能增加，B球机械能减少；球机械能减少；D、 A球机械能减少，球机械能减少，B球机械能增加。球机械能增加。Om2m31例例6 如图所示，球能沿一内表面光滑、半球形的容器下滑如图所示，球能沿一内表面光滑、半球形的容器下滑直径圆心？32例例7 7 物体以物体以60J60J的初动能从的初动能从A A点出发作竖直上抛运动点出发作竖直上抛运动. .在它上升到某一高度的过程中在它上升到某一高度的过程中. .物体的动能减少了物体的动能减少了50J,50J,机械能损失了机械能损失了10J,10J,空气阻力大小不变

24、空气阻力大小不变, ,则物体落则物体落到到A A点时的动能为多少点时的动能为多少? ?33例例8 如图所示，质量为如图所示，质量为M的木块放在光滑水平面上，质量为的木块放在光滑水平面上，质量为m的子弹以初速度的子弹以初速度v0沿水平方向射中木块，并最终留在木块中与木沿水平方向射中木块，并最终留在木块中与木块一起以速度块一起以速度v运动已知当子弹相对木块静止时木块前进的距离运动已知当子弹相对木块静止时木块前进的距离为为L，子弹进入木块的深度为，子弹进入木块的深度为s，若木块对子弹的阻力，若木块对子弹的阻力f视为恒定，视为恒定，则下列关系中正确的是则下列关系中正确的是221.MvfLA221.mv

25、fsB220)(2121.vmMmvfsC2202121)(.mvmvsLfDMmL 34例例 9 如图所示，光滑弧形轨道如图所示，光滑弧形轨道AB与光滑水与光滑水平轨道平轨道BC相连，球相连，球2静止在水平轨道边缘，球静止在水平轨道边缘，球1在在AB轨道上某点被释放，使两小球发生弹性正轨道上某点被释放，使两小球发生弹性正碰，落地后的水平射程之比为碰，落地后的水平射程之比为1:4，求两球的质，求两球的质量之比？量之比？ ABC2135 例例10 10 总质量为总质量为M M的列车的列车, ,沿水平直线轨道沿水平直线轨道匀速前进匀速前进. .质量为质量为m m的末节车厢中途脱钩的末节车厢中途脱钩

26、, ,司机发觉时司机发觉时, ,机机车已经运行了车已经运行了L L的距离的距离, ,他立即关闭油门他立即关闭油门, ,机车做匀减速机车做匀减速运动运动. .列车运动时受到的阻力与质量成正比列车运动时受到的阻力与质量成正比, ,机车的牵引机车的牵引力在关闭油门前恒定不变力在关闭油门前恒定不变. .当机车和车厢都停止前进时当机车和车厢都停止前进时, ,它们的距离为多少它们的距离为多少? ?36例 11 在光滑水平直轨道上有两个物块A、B,它们的质量分别为mA=3Kg,mB=6Kg, 它们间用一细绳连接起来,开始时绳完全松驰,二车紧靠在一起,如图所示,用F=3N的水平恒力B,使B先起动,待绳绷直后,

27、再拖A前进.在B共发生0.75m的位移时,二物块共同前进的速度为2/3 m/s.求连接二车的绳长? 0.25mBABAFFBAFBASASBLvAB1vAB237例12 一个木块从如图中所示的左边斜面上自A点由静止滑下,又在水平面上滑行, 接着沿右边斜面滑上,抵达B点时静止,设动摩擦因数处处相同,转角处撞击损失能量不计,测得AB连线与水平面夹角为,求木块与接触面间的动摩擦因数ABCDtg38例例 天体运动中的能量关系（以地、卫系统为例）天体运动中的能量关系（以地、卫系统为例）1、两颗人造地球卫星，都在圆形轨道上运行，它们的质量相等，轨道半径之比r1/r22，则它们动能之比E1/E2等于 A、2

28、B、 C、1/2 D、4rvmrMmG22rGMmmvEk2212其中：其中：卫星运动的总机械能是： r越大E也越大 pkEEEpE若远规定无穷远处为零势能，则卫星的势能是负值，离地球越远，负得越小，势能越大，39（1）电场力做功与能量转化A、电场力做正功,电势能减少,减少的电势能转化为其他形式的能B、电场力做负功,电势能增加,其他形式的能转为电势能（3）安培力做功与能量转化关系 通电导体在磁场中受到磁场力作用(安培力),安培力也是一种非常重要的力.A、若安培力做正功,则电能转化为其他形式的能,B、若安培力做负功,则由其他形式的能转化为电能. 安培力做功的数值与电能的变化量在数值上是相等的 5、电学中的功能问题、电学中的功能问题（2）电流做功特点与能量转化A、特点：电流做功的本质是电场力做功B、电流做功，使电能转化为其他形式的能（如内能、机械能、 光能、化学能等）40（4）电磁感应现象中的能量问题 RFvF安vF安41例例1 一不计重力的带电粒子，在只有电场力的作用下运动，一不计重力的带电粒子，在只有电场力的作用下运动，下列有关该电场力对带电粒子的做功情况的说法正确的是下列有关该电场力对带电粒子的做功情况的说法正确的是（ ）A、电场力对该带电粒子一定做正功、电场力对该带电粒子一定做正功B、电场力对该带电粒子可能做负功、电场力对该带电粒子可能