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高三物理教材:巧用能量守恒定律

来源:未知 2013-04-12 字体大小: 分享到:

  天津市第四十二中学 杨震

  用能量观点解题是学生在解题过程中必须具有的一种解题技能。比如对机械能守恒与动能定理的应用,其中机械能守恒要有严格的限定条件,学生多与动量守恒相混淆;而动能定理需要考虑做功的正与负,学生容易忽略。而能量守恒的观点,由于无使用条件也不用考虑细节,学生只需要紧紧抓住能量之间的转化关系就能方便快捷的解决习题。但同时也需要学生具备较高的概括能力,清楚的了解能量的流向,这也往往成为学习中的一个难点。下面通过三道例题说明如何运用能量守恒解题。

  [例1]2005年江苏高考Q吧))如图所示,固定的水平光滑金属导轨,间距为L,左端接有阻值为R的电阻,处在方向竖直、磁感应强度为B的匀强磁场中,质量为m的导体棒与固定弹簧相连,放在导轨上,导轨与导体棒的电阻均可忽略.初始时刻,弹簧恰处于自然长度,导体棒具有水平向右的初速度v0。在沿导轨往复运动的过程中,导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触。

  1)求初始时刻导体棒受到的安培力。

  2)若导体棒从初始时刻到速度第一次为零时,弹簧的弹性势能为Ep,则这一过程中安培力所做的功W1和电阻R上产生的焦耳热Q1分别为多少?

  3)导体棒往复运动,最终将静止于何处?从导体棒开始运动直到最终静止的过程中,电阻R上产生的焦耳热Q为多少?

  解:分析:导体棒受安培力、弹簧弹力,此二力均为变力,不可用牛顿第二定律解决,同时做功的正负也比较复杂,故用能量观点。

  1)导体棒切割产生的感应电动势为E=BLV0棒中的感应电流为I=-,安培力F=IBL 联立得:F=-方向水平相左。

  2)能量守恒观点:导体棒从初始时刻到速度第一次为零过程中,棒最初的动能转化成了弹簧的弹性势能和焦耳热,所以很用容易就可列出如下的式子:

  -mv02=Ep+Q1

  而Q1=-W安即:W1=Ep--mv02

  3)当棒静止时,安培力为零,导轨光滑所以棒会静止在弹簧原长处,此时弹性势能为零。根据能量守恒:在整个的运动过程中系统最初的动能最后全部转化成焦耳热,即Q=-mv02

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