高中物理学科中的 功能观点.

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1 高中物理学科中的 功能观点

2 功和能 一、功是能转化的量度,各种形式“力”所做 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；
一、功是能转化的量度,各种形式“力”所做 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； 二、高中物理中的所有涉及功与能的有关 知识点； 三、高中物理各知识块中涉及能量的具体问题

3 1、高中物理所涉及的主要的能的形式 2、需要指出的是 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
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． 2、需要指出的是 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同拥有的。高中物理中有以下势能概念： 重力——地球与物体——重力势能（物体与地球共有） 弹力——弹性形变——弹性势能（弹性物体间共有） 分子力——分子之间——分子势能（两个分子共有） 电场力——带电体与带电体——电势能（两个带电体共有）

4 功 能 机械能 内能 电磁能 光能 核能 动能 势能 分子动能 分子势能 电场能 磁场能 原子能 原子核能 光电效应方程 重力势能 弹性势能
电磁波 能级 动能定理 电势能 电功 电动势 质能方程 理想气体内能 电热 电势 闭合电路能量关系 热力学第一定律 能的转化和守恒定律 机械能守恒定律 焦耳定律 电势差 功能关系 能的转化和守恒定律

5 1、原子、原子核物理中的能量问题 2、光学中的能量问题 3、热学中的功能问题 4、力学中的功能问题 5、电学中的功能问题 END

6 1、原子、原子核物理中的能量问题 各种射线具有能量 能级概念 核能 爱因斯坦质能方程

7 例1 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已所驾驶的太空飞船将“敌方”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（53°N），中国领土最南端在南海的南沙群岛中的曾母暗沙（4°N附近），中国领土南北距离约为5500公里．

8 第一步估算地球的质量 A、计算地球半径 可以算出地球的半径约为6300km，那么地球的体积大小我們就可以算出來了!
我们成功的估计出地球的大小(但这只是粗略的估计). 知道地球的大小之后我们要怎么估计地球的质量呢? 想象一下, 地球是由 哪些东西所构成的呢 地球是由岩石(密度2~3), 以及金属(6~13), 其中有很多是铁（7)构成的. 地球 还有水(密度1). 作些平均吧 ( )/5 =5.9

9 第二步计算所需的能量 　　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107J 5.3 ×1041J相当于5.3×1034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 5.3×1010个地球质量的TNT炸药爆炸时产生的能量．

10 运行中的秦山核电站 运行中的广东大亚湾核电站 即将动工建设的 浙江三门核电站 建设中的江苏连云港 田湾核电站

11 运行中的反应堆 在建反应堆 2000年供应核电 机组数目 容量/MWe 容量/ MWe TWh 份额/% 1.19 加拿大 14 9998
运行中的反应堆 在建反应堆 2000年供应核电 机组数目 容量/MWe 容量/ MWe TWh 份额/% 加拿大 14 9998 — 68.68 11.80 中国 3 2167 8 6420 16.00 1.19 法国 59 63073 395.00 76.40 德国 19 21122 159.60 30.57 印度 2503 14.21 3.14 日本 53 43491 3190 304.87 33.82 韩国 16 12990 4 3820 103.50 40.74 巴基斯坦 2 425 1.08 1.65 俄罗斯 29 19843 2825 119.65 14.95 斯洛伐克 6 2408 776 16.49 53.43 西班牙 9 7512 59.30 27.63 瑞典 11 9432 54.80 39.00 瑞士 5 3192 24.95 38.18 英国 35 12968 78.30 21.94 乌克兰 13 11207 3800 72.40 47.28 美国 104 97411 - 753.90 19.83 合计* 438 351327 31 27756

12 中子的发现

13 1930年，德国物理学家博特和贝克尔利用钋发射的α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(一种对γ即伽玛射线灵敏的探测器)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·居里夫妇，利用一个强得多的钋源进一步研究了受到α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“γ射线”， 把从含氢物质中打出的质子解释成“γ射线”在氢核上的“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机会。他们误认为是“γ射线”的，正是人们长期寻找的中子流，并不是γ射线。他们走到了“中子”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γ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γ射线大不相同，只为光速的1/10，比起几乎以光速前进的γ射线来说，简直太慢了。 　　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，偶而会有个别以极大的力量打进氮原子。如果是γ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，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γ射线不相同，它是由粒子组成的。为了确定粒子的大小，他用这种粒子轰击氢原子和氮原子，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，由此测出算出了未知粒子的质量与质子大致相等。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。 他获得了1935年诺贝尔奖物理学奖

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15 Y 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3.3×107m/s，氮核的最大速度是4.7×106m/s.又知道氮核的质量是氢核的14倍.由此可以算出未知粒子的质量. Y v1 H原子核 vH mH H原子 Y v m 正碰 Y v N原子 N原子核 vN v2 m mN

16 后来精确的实验测定，中子的质时非常接近于质子的质量。
质子质量 中子质量

17 2、光学中的能量问题 （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=hν.因此从这方面来说光具有能量

18 可见光中，红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种单色光
问题1 可见光中，红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种单色光 的频率依次增大 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；

19 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（ ）
D 4.9 A B 14.1 C D 12.2

20 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. 410 3 W , 若可见光的平均波长为6
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1.410 3 W , 若可见光的平均波长为6.010 -7m, 则垂直于太阳光的地面上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） 4.210 21

21 3、热学中的功能问题 有关物体分子势能问题 A B fAB12 fAB11 fAB22 fAB21 分子势能 分子力 r0 r

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 A

23 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、物体的体积减小，则分子势能一定增大 B

24 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。

25 4、力学中的功能问题 （1）势能 重力（万有引力）做正功————物体的重力（引力）势能减小
重力（万有引力）做负功————物体的重力（引力）势能增大 弹簧的弹力做正功————弹性势能减小 弹簧的弹力做正功————弹性势能增大 （2）关于物体动能的增量 物体动能的增量仅决定于合外力对物体所做的功——实为动能定理 （3）关于摩擦力做功 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。 C、摩擦力做功特点与能量转化 (1).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 (2).滑动摩擦力的大小等于系统机械能转化为内能的数值 （4）有关例题

26 例1 如图所示，桌面高度为h，质量为m的小球从离地面高H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：
A、mgh B、mgH C、mg(H+h) D、mg(H-h) D

27 例2 一质量为m的小球,用长为L的轻绳悬挂于O点,小球在水平外力F作用下从平衡位置P点很缓慢地移动到Q点,如图所示,则力F所做的功为
A．mgLcosθ B．FLsinθ C．mgL(1-cosθ) D．FLcosθ C O F Q P θ （若为恒力F作用呢？）

28 例 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的过程中，它们减少的动能等于克服弹簧力所作的功 C

29 例 一质量为M的箱子,箱高为H,中间有一轻杆,杆长为L(L<H),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5 如图，两个质量分别为m、2m 被轻杆固结，轻杆可绕轴O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O转至竖直位置的过程中：
A、 A、B两球的总机械能守恒； B、 A、B两球的总机械能不守恒； C、 A球机械能增加，B球机械能减少； D、 A球机械能减少，B球机械能增加。 O m 2m

31 例6 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7 物体以60J的初动能从A点出发作竖直上抛运动. 在它上升到某一高度的过程中
例7 物体以60J的初动能从A点出发作竖直上抛运动.在它上升到某一高度的过程中.物体的动能减少了50J,机械能损失了10J,空气阻力大小不变,则物体落到A点时的动能为多少?

33 例8 如图所示，质量为M的木块放在光滑水平面上，质量为m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为L，子弹进入木块的深度为s，若木块对子弹的阻力f视为恒定，则下列关系中正确的是 M m L

34 例 9 如图所示，光滑弧形轨道AB与光滑水平轨道BC相连，球2静止在水平轨道边缘，球1在AB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1:4，求两球的质量之比？

35 例10 总质量为M的列车,沿水平直线轨道匀速前进
例10 总质量为M的列车,沿水平直线轨道匀速前进.质量为m的末节车厢中途脱钩,司机发觉时,机车已经运行了L的距离,他立即关闭油门,机车做匀减速运动.列车运动时受到的阻力与质量成正比,机车的牵引力在关闭油门前恒定不变.当机车和车厢都停止前进时,它们的距离为多少?

36 例 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,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? L SB 0.25m B A F vAB1 F B A vAB2 SA F B A

37 例 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θ,求木块与接触面间的动摩擦因数 A B C D [tgθ]

38 例 天体运动中的能量关系（以地、卫系统为例）
例 天体运动中的能量关系（以地、卫系统为例） 卫星运动的总机械能是： r越大E也越大 其中： 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， 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/r2＝2，则它们动能之比E1/E2等于 A、2　　　　B、 C、1/2　 　D、4

39 5、电学中的功能问题 （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 （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） （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

40 （4）电磁感应现象中的能量问题 × × × × × v F安 × × × × × R F F安 v

41 例1 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（ ）
A、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 C、电场力对该带电粒子可能不做功 D、电场力对该带电粒子一定做负功 C

42 例 如图L1,L2,L3为相邻的电势差相等的三个等势面,有一个带正电的粒子在等势面L3处的动能为20eV,运动到L1处时动能变为零, 那么当这个带电粒子电势能为6eV时(重力不计),它的动能为多少 ? L1 L2 L3

43 例 一个质量为m,带电量为+q的小物块(可视为点),可在倾角为θ的斜面上运动, 斜面最下端有一个与斜面垂直的固定挡板OP,斜面处于水平向左的匀强电场中,场强大小为E.物块与斜面的之间的动摩擦因素为tgθ,若物块在离地面高度h处受一沿斜面冲量I的作用而静止开始运动,物块在运动过程中电量不变,物块与OP 碰撞时不损失机械能,求物块在停止运动前所通过的总路程(运动过程中物块始终未离开斜面). O P E

44 例4 如图所示,电压表的示数为U,电解槽中两极板A,B间电解液的电阻为R, 电流表的示数为I,则以下关系正确的是 ( )
C A. U/I=R B.U/I<R C.U/I>R D.无法判断 V A B

45 例5 一个固定的无限长轨道处在相互垂直的匀强磁场和匀强电场中,方向分别如图所示,E和B均为已知
例5 一个固定的无限长轨道处在相互垂直的匀强磁场和匀强电场中,方向分别如图所示,E和B均为已知.物块A的质量为m,带电量为+q,A与轨道两侧的动摩擦因素都为μ,求A从静止开始下滑到具有最大速度而滑行距离S的过程中,滑动摩擦力所做的功 × × × A B E

46 例6 一个电源电动势为ε,内电阻为r=2R/3,有三个阻值均为R的电阻. 由有 接法

47 例7 如图所示电路中,电源的电动势为20V,内电阻为5Ω,R1为定值电阻,R2为电阻箱.
(1).如R1=2Ω,R2的阻值为多大时, R2上消耗的电功率最大?最大值为多少? (2).如果R1=8Ω,R2的阻值为多大时, R1上消耗的电功率最大?最大值为多大? R1 R2

48 再见！