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高考物理復(fù)習(xí)巧用能量守恒定律的習(xí)題
用能量觀點(diǎn)解題是學(xué)生在解題過(guò)程中必須具有的一種解題技能。比如對(duì)機(jī)械能守恒與動(dòng)能定理的應(yīng)用，其中機(jī)械能守恒要有嚴(yán)格的限定條件，學(xué)生多與動(dòng)量守恒相混淆；而動(dòng)能定理需要考慮做功的正與負(fù)，學(xué)生容易忽略。而能量守恒的觀點(diǎn)，由于無(wú)使用條件也不用考慮細(xì)節(jié)，學(xué)生只需要緊緊抓住能量之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系就能方便快捷的解決習(xí)題。但同時(shí)也需要學(xué)生具備較高的概括能力，清楚的了解能量的流向，這也往往成為學(xué)習(xí)中的一個(gè)難點(diǎn)。下面通過(guò)三道例題說(shuō)明如何運(yùn)用能量守恒解題。
如圖所示，固定的水平光滑金屬導(dǎo)軌，間距為L(zhǎng)，左端接有阻值為R的電阻，處在方向豎直、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒與固定彈簧相連，放在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒的電阻均可忽略.初始時(shí)刻，彈簧恰處于自然長(zhǎng)度，導(dǎo)體棒具有水平向右的初速度v0。在沿導(dǎo)軌往復(fù)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸。
(1)求初始時(shí)刻導(dǎo)體棒受到的安培力。
(2)若導(dǎo)體棒從初始時(shí)刻到速度第一次為零時(shí)，彈簧的彈性勢(shì)能為Ep，則這一過(guò)程中安培力所做的功W1和電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q1分別為多少？
(3)導(dǎo)體棒往復(fù)運(yùn)動(dòng)，最終將靜止于何處？從導(dǎo)體棒開(kāi)始運(yùn)動(dòng)直到最終靜止的過(guò)程中，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q為多少？
解：分析：導(dǎo)體棒受安培力、彈簧彈力，此二力均為變力，不可用牛頓第二定律解決，同時(shí)做功的正負(fù)也比較復(fù)雜，故用能量觀點(diǎn)。
(1)導(dǎo)體棒切割產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=BLV0棒中的感應(yīng)電流為I=-，安培力F=IBL 聯(lián)立得：F=-方向水平相左。
(2)能量守恒觀點(diǎn)：導(dǎo)體棒從初始時(shí)刻到速度第一次為零過(guò)程中，棒最初的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成了彈簧的彈性勢(shì)能和焦耳熱，所以我們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)當(dāng)棒靜止時(shí)，安培力為零，導(dǎo)軌光滑所以棒會(huì)靜止在彈簧原長(zhǎng)處，此時(shí)彈性勢(shì)能為零。根據(jù)能量守恒：在整個(gè)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中系統(tǒng)最初的動(dòng)能最后全部轉(zhuǎn)化成焦耳熱，即Q=-mv02。
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