能量的转化和转移

能量的转化和转移近几年高考题中经常以这部分知识内容为背景，设计一些综合计算题。考生必须对物理概念、规律具有正确的理解，对物理情境、物理过程有清楚的分析、推理，在解题中才能排除干扰因素，作出正确的判断，找到最佳处理方法。因而这部分内容的高考题常常是最能鉴别考生各项物理能力的考题。作用在两个物体上的一对内力的冲量的矢量之和总是零，因此一对内力的冲量的作用通常是将动量在两个物体间传递。而两个物体的总动量不发生变化。作用在两个物体上的一对相互作用的内力功，能将系统的机械能进行转化或转移。例如，一对静摩擦力的功的总和总等于零，机械能守恒。而一对滑动摩擦力做功的总和总是负值，做功引起系统机械能减少。所以一对滑动摩力做功的总和是其它形式能转化为内能的量度。因此一对滑动摩擦力做功，系统的机械不守恒。（1992年高考题）例题1如图6-5-3所示的装置中，木块B与水平桌面的接触是光滑的，子弹A沿水平方向射入木块后留在木块内，将弹簧压缩到最短。现将子弹、木块和弹簧合在一起作为研究对象（系统），则此系统在从子弹开始射入木块到弹簧压缩至最短的整个过程中（）A、动量守恒、机械能守恒B、动量不守恒、机械能不守恒C、动量守恒、机械能不守恒D、动量不守恒、机械能守恒分析和解本题目的是考查考生对两个守恒定律条件的理解和应用。物理情境是考生所熟悉的，只是改变了条件和设问，从而考查了考生独立应用两个守恒条件去分析一个新的物理情境的能力。在判断是否守恒时，一定要注意将题中的物理情境分成几个简单的物理过程，认真分析每一个物理过程到底满足哪一个守恒条件。本题划定的研究系统为子弹、木块和弹簧，研究的过程是从子弹开始射入木块到弹簧压缩至最短。这个过程可分为两个物理过程。即

子弹在极短时间打入木块和子弹木块一起压缩弹簧到最短。第一过程在子弹打入木块的短暂过程中，系统所受外力远远小于内力，近似满足动量守恒条件，因此此过程系统动量守恒。但子弹射入木块瞬间，摩擦力对系统做功生热，则系统机械能不守恒。第二过程子弹木块一起压缩弹簧过程中，系统受档板给的水平外力，动量不守恒。系统在此过程中只有弹簧的弹力做功，因此系统机械能守恒。通过上述分析可知，从子弹射入到压缩至最短的整个过程中动量、机械能都不守恒。B选项正确。很多考生不清楚本题特定的设问，也不会分析哪种守恒是针对哪一个物理过程，因此解题失败。在应用两个守恒定律时，一定要清楚地分析动量守恒或机械守恒是针对哪一个物理过程，这个物理过程究竟满足哪一个守恒条件。（1997年高考题）例题2质量为m的钢板与直立轻弹簧的上端连接，弹簧下端固定在地上。平衡时，弹簧的压缩量为x，如图6-5-4所示。一物块从钢板正上方距离3x的A处自由落下，打在钢板上并立刻与钢板一起向下运动，但不粘连。它们到达最低点后又向上运动。已知物块质量也为m时，它们恰能回到O点。若物体质量为2m，仍从A处自由落下，则物块与钢板回到O点时，还具有向上的速度。求物块向上运动到达的最高点与O上运动到达的最高点与O点的距离。分析本题可分为三个物理过程去研究。第一过程自由下落，物块机械能守恒。第二过程物块与钢板碰撞，近似认为物块与钢板动量守恒。第三过程，物块与钢板一起运动直至分离，系统机械能守恒。解物块与钢板碰撞时的速度v、^^分析本题可分为三个物理过程去研究。第一过程自由下落，物块机械能守恒。第二过程物块与钢板碰撞，近似认为物块与钢板动量守恒。第三过程，物块与钢板一起运动直至分离，系统机械能守恒。解物块与钢板碰撞时的速度v、^^①设v表示质量为m的物块与钢板碰撞后一起开始向下运动的速度，因碰撞时间极短，动量守恒，mv0=2mvi②刚碰完时弹簧的弹性势能E。当它们一起回到O点时，弹簧无形变，弹性势能为零。根据题给条件，这时物块与钢板的速度为零，由于机械能守恒，E+2(2m)v2=2mgx③设［表示质量为2m的物块与钢板碰撞后开始一起向下运动的速度，则有12*2mv=3mv④刚碰完时2弹簧的弹性势能为E，，它们回到O点时，弹性势能为零，但它们仍继续向上运动，设此时速度为V，则有E7+2(3m)v2=3mgx+2(3m)v2⑤在以上两种情况2中，弹簧的初始压缩量都是x。，故有E，=E⑥°当质量为2m的物块与钢板一起回到O点时，弹簧的弹力为零，物体与钢板只受到重力作用，加速度为g，一过O点，钢板受到弹簧向下的拉力作用，加速度大于g。由于物体与钢板不粘连，物块不可能受到钢板的拉力，其加速度仍为g。故在O点物块与钢板分离，分离后，物块以速度v竖直上升，则由以上各式解得，物块向上运动所到最高点与O点的距离为二］1=2昌二公。⑦本题是动量守恒和机械能守恒的综合题，主要考查考生的分析综合能力，能否将一个复杂的物理情境分解成几个简单的物理过程，逐一解决。(1992年高考题)例题3如图6-5-5所示，一质量为M，长为L的长方形木板B放在光滑的水平地面上，在其右端放一质量为m的小木块A，mVM。现以地面为参照系，给A和B以大小相等、方向相反的初速(如图)，使A开始向左运动、B开始向右运动，但最后A刚好没有滑离B板。以地面为参照系，分析本题是应用动量守恒定律和动能定理求解的综合题。当年大部分考生只求出了第一问，由于对第二问的物理情景建立和物理过程分析不清晰，尤其是对A块运动特点搞不清，无法正确选择物理规律，因而解题失败。解(1)A刚好没有滑离B板，表示当A滑到B板的最左端时，A、B具有相同的速度。设此速度为v，A和B的初速度大小为v。，则由动量守恒可得：°Mv0-mv0=(M+m)vM-m解得：v=^+^v。，方向向右。(2)A在B板的右端时初速度向左，而到达B板左端时的末速度向右，可见A在运动过程中的物理情景必经历先向左做匀减速运动直到速度为零，再向右作匀加速运动直到速度为v的两个物理过程。设L为A开始运动到速度变为零的过程中向左运动的路程，L2为A从速度为零开始向右匀加速到速度为v的过程中向右运动的路程，L为上述两个物理过程中B板向右运动的路程。如图6-5-6所示。设A与B之间的滑动摩擦力为f，则由动能定理可知：对于B：-fL=-l_Mv2+l"Mv20A：—fLjO—WmvjfL「fL「2mv2-0由几何关系：L+(L+L)=l从上述关系中解得：M+mL「4次l从本题中更进一步看出建立物理情景，分析物理过程是解题的关键。例题4如图6-5-7所示，质量均为0.2千克的A、B两木块，靠在一起静止于光滑的水平面上。一粒质量m等于0.02千克的子弹以vo为700米/秒的速度水平向右射穿两木块后速度减为v=100米/秒。假。设子弹穿透A、B木块过程中克服摩擦力所做的1功是相等的。穿木块A、B的过程中，有多少机

械能转化成内能?vb械能转化成内能?vbw"*Br图6-5-7解设子弹穿出A未进入B前的速度为v1,因为子弹穿透A、B木块过程中克服摩擦力所做功相等，根据动能是理：xXXX2mv22mv2二2mv22mv21-0t-1解得：vj500米/秒取(A+B+子弹)：水平方向动量守恒mv=mv+2Mvmv=mv+Mv+Mv解得：vA=10米/秒vB=50米/秒根据能量守恒：X±±±Q=2mv2(2mv2—2Mv2—2Mv2)=4540焦耳0tAB本题