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运用能量守恒,巧解物理难题

运用能量守恒,巧解物理难题

  • 分类:教师风采
  • 作者:
  • 来源:
  • 发布时间:2017-11-10 19:03
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【概要描述】

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运用能量守恒,巧解物理难题

黄金辉

江苏省启东市第一中学,226200

  摘要:能量守恒问题一直是高考中的热点,本文主要从热力学、光学和力学三个方面阐述了与能量守恒相关的问题,讨论了能量守恒在这三个方面的应用。

  关键字:能量守恒热力学光电效应

  高中物理中的守恒无处不在,无论是保守力学、热力学、光学或者是电磁学,总是会涉及到能量守恒的问题。关于能量守恒的知识一直是高考中的重点和难点,学好这部分知识,需要老师和学生的共同努力。

  一、热力学中的能量守恒

  热力学系统中的能量守恒与力学中的能量守恒比较相似,但是增加了内能,热力学中热量可以与机械能或者其它能量相互转化,但是转化过程中总的能量并不发生改变。在解决这类问题时,只要抓住能量总和不变,可以很快的得出问题答案。

  例1:一滴水从210m的高空做自由落体运动,下落的过程中重力对雨滴所做功,其中有40%的功转化为雨滴的内能,请问当雨滴落到地面时,温度升高了多少?(取)

  分析:本题主要考查机械能和内能的转化,由于能量的总量是不变的,所以不管能量怎样转化,总能得到相应的等量关系。在雨滴下落的过程中,重力势能的40%转化为内能,抓住这个等量关系,就可以对问题进行求解。

  解:水滴的重力势能,重力势能转化为雨滴的内能可表示为,,由于重力势能的40%转化为内能,所以可得到等式 ,所以,将已知的数据代入上式中,可以得出,所以温度升高了0.2℃。

  评注:本题通过热力学中的能量守恒,巧妙的解决了问题。解决此类问题的关键在于是抓住各种能量之间的转换关系,再结合总能量不变,就得出问题的结论。

  二、光学中的能量守恒

  光学中守恒,就是产生光电效应时的能量守恒,光电效应是指在光束的照射下,物体中的光电子接受能量,会发射出去的现象。光电效应时发生了能量转化,但是总的能量守恒,在高考中对于光电效应中能量守恒的问题考查非常频繁,需要引起学生的注意。

  例2:现在有一种金属,它的逸出功为3eV,用波长500nm的绿光照射该金属能否发生光电效应?如果换成波长为400nm的紫光呢?请求出光电子的最大初动能?

  分析:本题主要考查发生光电效应时的能量守恒,应该先计算出发生光电效应时的极限波长,判断能否发生光电效应,再结合光电效应时的能量守恒,求出电子的最大初动能。

  解:已知逸出功,将数据代入,可以得到极限波长= ,由于极限波长为414nm,所以只有照射光的波长小于414nm才能发生光电效应,所以用500nm的绿光照射不能发生光电效应,而用400nm的紫光照射时可以发生光电效应。最大初动能:根据光电效应中的能量守恒。

  评注:本题通过光电效应时的能量守恒,得到等式,从而解决问题。学生在学习光电效应这章时,由于想象力比较差,导致知识点的记忆不够牢靠,需要老师的不断引导,才能让学生很好的掌握光电效应的知识。

  三、力学中的能量守恒

  力学中的能量守恒问题是高考中的重要考点,每年高考中关于这类问题的分数比值非常高。通过力的做功,产生了不同的能量形式,能量在动能和势能之间不断转化。但是只要抓住机械能的总和不变,然后准确把握功和能之间的转化关系,解决这类问题也不是那么困难。

  例3:如图所示,光滑水平面上有质量都为m的劈A和物体B,在物体B左端固定有一个轻质弹簧,现在有一个质量为m的小球C,从光滑的弧面上由静止滑下,已知小球C静止时距离水平面的高度为h,请求出运动过程中弹簧弹性势能的最大值。

  分析:对于此类能量守恒问题,采用整体法解决是不二法门。对A、C组成的系统和B、C组成的系统分别进行整体分析,通过整体系统的能量守恒,即可以得出等式方程,从而求出未知量。

  解:可设小球C与劈A在分离时的速度分别为和,对于劈A和小球C组成的整体系统进行分析,由动量守恒可知,,由机械能守恒得,,通过以上两式可得:;当小球C与物体B碰撞后速度相等时,此时弹簧的弹性势能取得最大值,对于物体B与小球C组成的系统进行分析,由动量守恒得可知,由机械能守恒得,,通过以上两式可得,,所以弹簧弹性势能的最大值为。

  评注:本题是动量守恒和机械能守恒定律的应用,运用整体思想,对系统进行总体分析,得出速度的关系。这类问题的关键是准确把握功和能之间的转化关系,再结合能量守恒定律,问题很快就能得到解决。

  综上所述,能量守恒在高中物理中的应用非常非常广泛,而关于能量守恒的问题一直是高考中的重难点,而能量守恒知识是整个高中物理体系中的重要一环,只有学好能量守恒的知识,才能掌握其它相关的物理知识。

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