能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移

能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移近幾年高考題中經(jīng)常以這部分知識(shí)內(nèi)容為背景，設(shè)計(jì)一些綜合計(jì)算題?？忌仨殞?duì)物理概念、規(guī)律具有正確的理解，對(duì)物理情境、物理過程有清楚的分析、推理，在解題中才能排除干擾因素，作出正確的判斷，找到最佳處理方法。因而這部分內(nèi)容的高考題常常是最能鑒別考生各項(xiàng)物理能力的考題。作用在兩個(gè)物體上的一對(duì)內(nèi)力的沖量的矢量之和總是零，因此一對(duì)內(nèi)力的沖量的作用通常是將動(dòng)量在兩個(gè)物體間傳遞。而兩個(gè)物體的總動(dòng)量不發(fā)生變化。作用在兩個(gè)物體上的一對(duì)相互作用的內(nèi)力功，能將系統(tǒng)的機(jī)械能進(jìn)行轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移。例如，一對(duì)靜摩擦力的功的總和總等于零，機(jī)械能守恒。而一對(duì)滑動(dòng)摩擦力做功的總和總是負(fù)值，做功引起系統(tǒng)機(jī)械能減少。所以一對(duì)滑動(dòng)摩力做功的總和是其它形式能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的量度。因此一對(duì)滑動(dòng)摩擦力做功，系統(tǒng)的機(jī)械不守恒。（1992年高考題）例題1如圖6-5-3所示的裝置中，木塊B與水平桌面的接觸是光滑的，子彈A沿水平方向射入木塊后留在木塊內(nèi)，將彈簧壓縮到最短。現(xiàn)將子彈、木塊和彈簧合在一起作為研究對(duì)象（系統(tǒng)），則此系統(tǒng)在從子彈開始射入木塊到彈簧壓縮至最短的整個(gè)過程中（）A、動(dòng)量守恒、機(jī)械能守恒B、動(dòng)量不守恒、機(jī)械能不守恒C、動(dòng)量守恒、機(jī)械能不守恒D、動(dòng)量不守恒、機(jī)械能守恒分析和解本題目的是考查考生對(duì)兩個(gè)守恒定律條件的理解和應(yīng)用。物理情境是考生所熟悉的，只是改變了條件和設(shè)問，從而考查了考生獨(dú)立應(yīng)用兩個(gè)守恒條件去分析一個(gè)新的物理情境的能力。在判斷是否守恒時(shí)，一定要注意將題中的物理情境分成幾個(gè)簡(jiǎn)單的物理過程，認(rèn)真分析每一個(gè)物理過程到底滿足哪一個(gè)守恒條件。本題劃定的研究系統(tǒng)為子彈、木塊和彈簧，研究的過程是從子彈開始射入木塊到彈簧壓縮至最短。這個(gè)過程可分為兩個(gè)物理過程。即

子彈在極短時(shí)間打入木塊和子彈木塊一起壓縮彈簧到最短。第一過程在子彈打入木塊的短暫過程中，系統(tǒng)所受外力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于內(nèi)力，近似滿足動(dòng)量守恒條件，因此此過程系統(tǒng)動(dòng)量守恒。但子彈射入木塊瞬間，摩擦力對(duì)系統(tǒng)做功生熱，則系統(tǒng)機(jī)械能不守恒。第二過程子彈木塊一起壓縮彈簧過程中，系統(tǒng)受檔板給的水平外力，動(dòng)量不守恒。系統(tǒng)在此過程中只有彈簧的彈力做功，因此系統(tǒng)機(jī)械能守恒。通過上述分析可知，從子彈射入到壓縮至最短的整個(gè)過程中動(dòng)量、機(jī)械能都不守恒。B選項(xiàng)正確。很多考生不清楚本題特定的設(shè)問，也不會(huì)分析哪種守恒是針對(duì)哪一個(gè)物理過程，因此解題失敗。在應(yīng)用兩個(gè)守恒定律時(shí)，一定要清楚地分析動(dòng)量守恒或機(jī)械守恒是針對(duì)哪一個(gè)物理過程，這個(gè)物理過程究竟?jié)M足哪一個(gè)守恒條件。（1997年高考題）例題2質(zhì)量為m的鋼板與直立輕彈簧的上端連接，彈簧下端固定在地上。平衡時(shí)，彈簧的壓縮量為x，如圖6-5-4所示。一物塊從鋼板正上方距離3x的A處自由落下，打在鋼板上并立刻與鋼板一起向下運(yùn)動(dòng)，但不粘連。它們到達(dá)最低點(diǎn)后又向上運(yùn)動(dòng)。已知物塊質(zhì)量也為m時(shí)，它們恰能回到O點(diǎn)。若物體質(zhì)量為2m，仍從A處自由落下，則物塊與鋼板回到O點(diǎn)時(shí)，還具有向上的速度。求物塊向上運(yùn)動(dòng)到達(dá)的最高點(diǎn)與O上運(yùn)動(dòng)到達(dá)的最高點(diǎn)與O點(diǎn)的距離。分析本題可分為三個(gè)物理過程去研究。第一過程自由下落，物塊機(jī)械能守恒。第二過程物塊與鋼板碰撞，近似認(rèn)為物塊與鋼板動(dòng)量守恒。第三過程，物塊與鋼板一起運(yùn)動(dòng)直至分離，系統(tǒng)機(jī)械能守恒。解物塊與鋼板碰撞時(shí)的速度v、^^分析本題可分為三個(gè)物理過程去研究。第一過程自由下落，物塊機(jī)械能守恒。第二過程物塊與鋼板碰撞，近似認(rèn)為物塊與鋼板動(dòng)量守恒。第三過程，物塊與鋼板一起運(yùn)動(dòng)直至分離，系統(tǒng)機(jī)械能守恒。解物塊與鋼板碰撞時(shí)的速度v、^^①設(shè)v表示質(zhì)量為m的物塊與鋼板碰撞后一起開始向下運(yùn)動(dòng)的速度，因碰撞時(shí)間極短，動(dòng)量守恒，mv0=2mvi②剛碰完時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能E。當(dāng)它們一起回到O點(diǎn)時(shí)，彈簧無形變，彈性勢(shì)能為零。根據(jù)題給條件，這時(shí)物塊與鋼板的速度為零，由于機(jī)械能守恒，E+2(2m)v2=2mgx③設(shè)［表示質(zhì)量為2m的物塊與鋼板碰撞后開始一起向下運(yùn)動(dòng)的速度，則有12*2mv=3mv④剛碰完時(shí)2彈簧的彈性勢(shì)能為E，，它們回到O點(diǎn)時(shí)，彈性勢(shì)能為零，但它們?nèi)岳^續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，設(shè)此時(shí)速度為V，則有E7+2(3m)v2=3mgx+2(3m)v2⑤在以上兩種情況2中，彈簧的初始?jí)嚎s量都是x。，故有E，=E⑥°當(dāng)質(zhì)量為2m的物塊與鋼板一起回到O點(diǎn)時(shí)，彈簧的彈力為零，物體與鋼板只受到重力作用，加速度為g，一過O點(diǎn)，鋼板受到彈簧向下的拉力作用，加速度大于g。由于物體與鋼板不粘連，物塊不可能受到鋼板的拉力，其加速度仍為g。故在O點(diǎn)物塊與鋼板分離，分離后，物塊以速度v豎直上升，則由以上各式解得，物塊向上運(yùn)動(dòng)所到最高點(diǎn)與O點(diǎn)的距離為二］1=2昌二公。⑦本題是動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒的綜合題，主要考查考生的分析綜合能力，能否將一個(gè)復(fù)雜的物理情境分解成幾個(gè)簡(jiǎn)單的物理過程，逐一解決。(1992年高考題)例題3如圖6-5-5所示，一質(zhì)量為M，長為L的長方形木板B放在光滑的水平地面上，在其右端放一質(zhì)量為m的小木塊A，mVM?，F(xiàn)以地面為參照系，給A和B以大小相等、方向相反的初速(如圖)，使A開始向左運(yùn)動(dòng)、B開始向右運(yùn)動(dòng)，但最后A剛好沒有滑離B板。以地面為參照系，分析本題是應(yīng)用動(dòng)量守恒定律和動(dòng)能定理求解的綜合題。當(dāng)年大部分考生只求出了第一問，由于對(duì)第二問的物理情景建立和物理過程分析不清晰，尤其是對(duì)A塊運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)搞不清，無法正確選擇物理規(guī)律，因而解題失敗。解(1)A剛好沒有滑離B板，表示當(dāng)A滑到B板的最左端時(shí)，A、B具有相同的速度。設(shè)此速度為v，A和B的初速度大小為v。，則由動(dòng)量守恒可得：°Mv0-mv0=(M+m)vM-m解得：v=^+^v。，方向向右。(2)A在B板的右端時(shí)初速度向左，而到達(dá)B板左端時(shí)的末速度向右，可見A在運(yùn)動(dòng)過程中的物理情景必經(jīng)歷先向左做勻減速運(yùn)動(dòng)直到速度為零，再向右作勻加速運(yùn)動(dòng)直到速度為v的兩個(gè)物理過程。設(shè)L為A開始運(yùn)動(dòng)到速度變?yōu)榱愕倪^程中向左運(yùn)動(dòng)的路程，L2為A從速度為零開始向右勻加速到速度為v的過程中向右運(yùn)動(dòng)的路程，L為上述兩個(gè)物理過程中B板向右運(yùn)動(dòng)的路程。如圖6-5-6所示。設(shè)A與B之間的滑動(dòng)摩擦力為f，則由動(dòng)能定理可知：對(duì)于B：-fL=-l_Mv2+l"Mv20A：—fLjO—WmvjfL「fL「2mv2-0由幾何關(guān)系：L+(L+L)=l從上述關(guān)系中解得：M+mL「4次l從本題中更進(jìn)一步看出建立物理情景，分析物理過程是解題的關(guān)鍵。例題4如圖6-5-7所示，質(zhì)量均為0.2千克的A、B兩木塊，靠在一起靜止于光滑的水平面上。一粒質(zhì)量m等于0.02千克的子彈以vo為700米/秒的速度水平向右射穿兩木塊后速度減為v=100米/秒。假。設(shè)子彈穿透A、B木塊過程中克服摩擦力所做的1功是相等的。穿木塊A、B的過程中，有多少機(jī)

械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能?vb械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能?vbw"*Br圖6-5-7解設(shè)子彈穿出A未進(jìn)入B前的速度為v1,因?yàn)樽訌棿┩窤、B木塊過程中克服摩擦力所做功相等，根據(jù)動(dòng)能是理：xXXX2mv22mv2二2mv22mv21-0t-1解得：vj500米/秒取(A+B+子彈)：水平方向動(dòng)量守恒mv=mv+2Mvmv=mv+Mv+Mv解得：vA=10米/秒vB=50米/秒根據(jù)能量守恒：X±±±Q=2mv2(2mv2—2Mv2—2Mv2)=4540焦耳0tAB本題