“力”+“能”=能力

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高中物理知识模块多，内容广，难度大，这是不争之事实。许多学生怕学物理，学不好物理；历年高考，物理平均分偏低，这也是事实。笔者在教学中，特别是在高三物理的系统复习中发现，有两条主线贯穿于整个高中物理知识中，只要抓住这两条主线，便能将高中物理主要知识一网打尽，学习效果便能事半功倍。

那么，这两条主线是什么呢？一是力，即是受力分析；二是能，即是能量的转化与守恒定律的应用。下面笔者结合一些例子进行说明，希望起到抛砖引玉的作用。

一、力与能在力学中的应用

力学是高中物理的重点，是基础，受力分析则是基础中的基础。能量的转化与守恒定律在力学习题中有广泛的应用。

例1：（2005年・江苏高考）某人造卫星运动的轨道可近似看作是以地心为中心的圆，由于阻力作用，人造卫星到地心的距离从r慢慢变到r，用E、E分别表示卫星在这两个轨道上的动能，则( )。

A.r＜r，E＜E B.r＞r，E＜E

C.r＜r，E＞E D.r＞r，E＞E

分析：从力和能两方面着手，做匀速圆周运动的卫星，满足G=m。由于阻力作用，假定半径不变，其动能减小，则G＞m。由上式可知，人造卫星必做向心运动，其轨迹半径减小。由于人造卫星到地心距离慢慢变化，其运动仍可看作匀速圆周运动，由v=可知，其运动的动能必慢慢增大。故答案为B。

二、力与能在电学中的应用

“电学搭台，力学唱戏”，即是说很多电学中的题目本质上是受力分析和能量关系的应用。

例2:（2002年・上海高考）如图所示，在粗糙水平面上固定一点电荷Q，在M点无初速释放一带有恒定电量的小物块，小物块在Q的电场中运动到N点静止，则从M点运动到N点的过程中( )。

A.小物块所受电场力逐渐减小

B.小物块具有的电势能逐渐减小

C.M点的电势一定高于N点的电势

D.小物块电势能变化量的大小一定等于克服摩擦力做的功

分析：紧扣力与能两个问题进行分析，离点电荷Q越远，电场越弱，则A正确；电场力做正功，电势能减小，故B正确；点电荷Q可能为正，可能为负，故C错误；由动能定理可得D正确。答案为ABD。

例3：如图所示，在倾角θ=37°的绝缘面所在空间存在着竖直向上的匀强电场，场强E=4.0×10N/C，在斜面底端有一与斜面垂直的绝缘弹性挡板。质量m=0.20kg的带电滑块从斜面顶端由静止开始滑下，滑到斜面底端与挡板相碰后以碰前的速率返回。已知斜面的高度h=0.24m，滑块与斜面间的动摩擦因数μ=0.30，滑块带电荷q=-5.0×10C。取重力加速度g=10m/s，sin37°=0.60，cos37°=0.80。求：

（1）滑块从斜面最高点滑到斜面底端时的速度大小。

（2）滑块被挡板弹回能够沿斜面上升的最大高度。

（3）滑块从开始运动到停下来的整个过程中产生的热量Q。

（计算结果保留2位有效数字）

分析：注意受力分析和动能定理的应用。

解析：（1）滑块沿斜面滑下的过程中，受到的滑动摩擦力f=μ(mg+qE)cos37°，

设到达斜面底端时的速度为v，根据动能定理，有(mg+qE)h- f=mv，解得v=2.4m/s。

（2）滑块第一次与挡板碰撞后沿斜面返回上升的高度最大，设此高度为h，根据动能定理，有-(mg+qE)h-f=-mv，代入数据解得h=0.10m。

（3）滑块最终将静止在斜面底端，因此重力势能和电势能和减少等于克服摩擦力做的功，即等于产生的热量Q=(mg+qE)h=0.96J。

三、力与能在热学中的应用

热学中，受力分析、能的转化与守恒定律应用的例子也很多。

例4：（2006年・广东高考）关于永动机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是（ ）。

A.第二类永动机违反能量守恒定律

B.如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加

C.外界对物体做功，则物体的内能一定增加

D.做功和热传递都可以改变物体的内能，但从能量转化或转移的观点来看这两种改变方式是有区别的

提示：从能的角度分析。第二类永动机并不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，因此不可能制成，A选项错误。做功和热传递是改变物体的内能的两种方式，做功是内能和其他形式的能之间的转化，热传递是内能之间的转移，D选项正确。根据热力学第一定律ΔU=W+Q，物体从外界吸热，可以同时对外界做功，其内能不一定增加；同理，外界对物体做功，可以同时向外界放热，其内能也不一定增加，B、C两选项均错误。

例5：下列说法中正确的是（ ）。

A.常温常压下，质量相等、温度相同的氧气和氢气比较，氢气的内能比氧气的内能大

B.0℃的冰融化为的0℃水时，分子平均动能一定增大

C.随着分子间距离的增大，分子引力和分子斥力的合力（即分子力）一定减小

D.用打气筒不断给自行车轮胎加气时，因为空气被压缩，空气分子间的斥力增大，所以越来越费力

提示：常温常压下，氢气和氧气都可视为理想气体，其内能即是分子总动能，由于相同质量的氢气所含分子个数较多，故其内能较大，A选项正确。0℃的冰化成0℃的水，其分子平均动能应不变；分子力随分子间距离的变化是非单调的；给自行车打气费力，是因为气体对活塞产生压强所致。B、C、D三选项错误。

四、力与能在光学中的应用

光学中，主要是能的转化与守恒定律的应用。

例6：如图所示，一束复色光射到玻璃三棱镜AB面上，从三棱镜的AC面折出的光线分成a、b两束，如图所示，下列结论正确的是（ ）。

A.a光的光子能量比b光的光子能量大

B.光a、b射到同一金属表面时，若光a能发生光电效应，那么光b也一定能发生光电效应

C.光从棱镜出时，a光的临界角大于b光的临界角

D.在此玻璃三棱镜中a光的光速比b光的光速小

分析：由图可知，a光比b光偏折程度大，则折射率大，频率大，能量大。答案为AD。

五、力与能在原子物理学中的应用

原子物理学中，核力的分析、跃迁或电离时能量的转移和转化的分析占有很大的比例。

例7：（2004年・北京理综）氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子。已知基态的氦离子能量为E1=-54.4eV，氦原子能级的示意图如图所示。在具有下列能量的光子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是（ ）。

A.40.8eV B.43.2eV

C.51.0eV D.54.4eV

提示：光子能量小于或等于54.5eV时，要能被基态氦离子吸收，光子的能量E就应满足E=E-E，n=2时，E=40.8eV；n=3时，E=48.4eV；n=4时，E=51.0eV；n∞时，E=54.4eV。故选B。

例8：氢原子的能级示意图如图所示，一个动能为12.89eV自由电子的与处于基态的氢原子发生正碰，假定不计碰撞过程中氢原子的动能变化，则碰撞后该电子剩余的动能可能为（ ）。

A.0.15eV B.0.54eV

C.0.81eV D.2.80eV

提示：由氢原子的能级图可知，从基态（n=1）跃迁到n=2、3、4、5各激发态所需的能量依次为E－E=10.19eV，E－E=12.08eV，E－E=12.74eV，E－E=13.05eV。因此，动能为12.89eV的电子与基态氢原子发生正碰，可能的跃迁只有前三种，由能量守恒定律可知，碰撞中电子剩余的动能依次为2.70eV，0.81eV，0.15eV。故A、C两选项正确。

此外，力与能在力、热综合，力、电综合，光学、原子物理综合等问题中也有许多应用，因篇幅所限这里就不一一赘述。总之，通过以上例子可见，力与能是高中物理的两条鲜明主线，它们把高中物理的各个知识――这些珍珠串联成一条美丽的项链。可谓：“力”+“能”=“能力”。

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