楊　柳

關(guān)鍵詞：物理情景能量形式

能量問題是高中物理中的常見問題，也是高考的熱點(diǎn)問題，所以倍受廣大師生關(guān)注，但是在實(shí)際應(yīng)中卻被機(jī)械能守恒、動能定理等所取代，在能量問題中并沒有體現(xiàn)能量守恒定律作用，所以，以下面的例子談一下如何利用能量守恒來求解能量問題。

例1如圖1，“v”字形金屬導(dǎo)軌的兩個斜面與水平面間的夾角均為θ=37o，導(dǎo)軌間距為１m，電阻不計(jì)，導(dǎo)軌足夠長。兩根金屬棒ab和cd的質(zhì)量都是0.2kg，電阻讀都是1Ω，金屬棒和導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)為0.25，兩個導(dǎo)軌平面處均存在著垂直兩個導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(圖中未畫出)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B劃、相同。讓cd固定不動，將金屬棒ab由靜止釋放，當(dāng)ab下滑速度達(dá)到穩(wěn)定時，整個回路消耗的電功率pm為8W。求：

(1)ab達(dá)到的最大速度多大?

(2)如果將ab與cd同時釋放，當(dāng)ab下落了30m高度時，其下滑速度也已達(dá)到穩(wěn)定，則此過程中回路電流的發(fā)熱量Q為多大?

解析：法一：設(shè)ab達(dá)到的最大速度為、vmab運(yùn)動過程中摩擦力做負(fù)功，安培力做負(fù)功，重力做正功，由功能關(guān)系，得

mgVnmin θ-μ,mgVmcosθ-P電=0

解得Vm=10 m/s

法二：分析ab運(yùn)動過程中的物理

情景，其能量形式有動能，重力勢能，電能摩檫力做功，又知重力勢能減少。動能不變，由能量轉(zhuǎn)化守恒，有mgVm-sin θ=p,mgVmcos θ+P電

解得Vm=10m/s

圖1

比較以上兩種解法，用動能定理要分析此物理情景中的各力做功的正負(fù)，而這一點(diǎn)對相當(dāng)一部分學(xué)生來說不容易將各力做功的正負(fù)一一判斷正確，如用能量轉(zhuǎn)化守恒則無需判斷各力做功的正負(fù)，這就大大降低學(xué)生解題的難度，用能量守恒來解第二問。

分析物理情景中的能量形式，有ab和cd的動能和勢能，摩檫力做功電能。由ab和cd的對稱關(guān)系，可知ab和cd下降的高度相同，速度大小相等由能量轉(zhuǎn)化守恒有

2mgh=2Xmv2/2+2μmgcosθ Xh/cos θ+Q

①

V=Vm

⑦

聯(lián)立①②得Q=75j

經(jīng)過E面例子的分析，得出應(yīng)用能量守恒解題注意兩點(diǎn)：1，分析研究的物理情景中的能量形式；2，其中的能量轉(zhuǎn)化方向。從這兩點(diǎn)出發(fā)來解下面的例題例2兩根金屬導(dǎo)軌平行放置在傾角=300的斜面上，導(dǎo)軌左端接有定植電阻R=8Ω，導(dǎo)軌自身電阻不計(jì)，勻強(qiáng)磁場垂直于斜面向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=0，5T，質(zhì)量為m=0.1kg，電阻為r=2Ω的金屬棒ab由靜止釋放，沿導(dǎo)軌下滑，如圖所示，設(shè)導(dǎo)軌足夠長，導(dǎo)軌寬度L=2m，當(dāng)金屬棒下滑的高度為h=3m時，恰好達(dá)到最大速度Vm=2m/s，求：

(1)金屬棒所受摩擦阻力的大小

(2)電阻R中產(chǎn)生的熱量

解析：(1)由于速度達(dá)到最大值，由能量轉(zhuǎn)化守恒得

mgVmsinθ=B2L2Vm2/R總+tVm

R總=r+r

解得f=0.3N

(2)設(shè)回路中產(chǎn)生的熱量為Q，電阻R中產(chǎn)生的熱量為Q1由能量轉(zhuǎn)化守恒，有

mgh=fh/sin0+mVm2／2+Q

Q1=RQ／R總

解得Q1=0.8J

由以上例子分析啟示，遇到能量問題當(dāng)無法判斷利用機(jī)械能守恒，還是動能定理時，可考慮從能量轉(zhuǎn)化守恒列方程求解，用此定律不用分析物理情景中的正負(fù)功和是否重力彈力做功，這給受力分析不熟練的學(xué)生解決能量問題就迎難而解。