“力”＋“能”＝能力

高中物理知識模塊多，內容廣，難度大，這是不爭之事實。許多學生怕學物理，學不好物理；歷年高考，物理平均分偏低，這也是事實。筆者在教學中，特別是在高三物理的系統復習中發現，有兩條主線貫穿于整個高中物理知識中，只要抓住這兩條主線，便能將高中物理主要知識一網打盡，學習效果便能事半功倍。

那么，這兩條主線是什么呢？一是力，即是受力分析；二是能，即是能量的轉化與守恒定律的應用。下面筆者結合一些例子進行說明，希望起到拋磚引玉的作用。

一、力與能在力學中的應用

力學是高中物理的重點，是基礎，受力分析則是基礎中的基礎。能量的轉化與守恒定律在力學習題中有廣泛的應用。

例1：（2005年·江蘇高考）某人造衛星運動的軌道可近似看作是以地心為中心的圓，由于阻力作用，人造衛星到地心的距離從r慢慢變到r，用E、E分別表示衛星在這兩個軌道上的動能，則( )。

A.r＜r，E＜EB.r＞r，E＜E

C.r＜r，E＞ED.r＞r，E＞E

分析：從力和能兩方面著手，做勻速圓周運動的衛星，滿足G=m。由于阻力作用，假定半徑不變，其動能減小，則G＞m。由上式可知，人造衛星必做向心運動，其軌跡半徑減小。由于人造衛星到地心距離慢慢變化，其運動仍可看作勻速圓周運動，由v=可知，其運動的動能必慢慢增大。故答案為B。

二、力與能在電學中的應用

“電學搭臺，力學唱戲”，即是說很多電學中的題目本質上是受力分析和能量關系的應用。

例2:（2002年·上海高考）如圖所示，在粗糙水平面上固定一點電荷Q，在M點無初速釋放一帶有恒定電量的小物塊，小物塊在Q的電場中運動到N點靜止，則從M點運動到N點的過程中( )。

A.小物塊所受電場力逐漸減小

B.小物塊具有的電勢能逐漸減小

C.M點的電勢一定高于N點的電勢

D.小物塊電勢能變化量的大小一定等于克服摩擦力做的功

分析：緊扣力與能兩個問題進行分析，離點電荷Q越遠，電場越弱，則A正確；電場力做正功，電勢能減小，故B正確；點電荷Q可能為正，可能為負，故C錯誤；由動能定理可得D正確。答案為ABD。

例3：如圖所示，在傾角θ=37°的絕緣面所在空間存在著豎直向上的勻強電場，場強E=4.0×10N/C，在斜面底端有一與斜面垂直的絕緣彈性擋板。質量m=0.20kg的帶電滑塊從斜面頂端由靜止開始滑下，滑到斜面底端與擋板相碰后以碰前的速率返回。已知斜面的高度h=0.24m，滑塊與斜面間的動摩擦因數μ=0.30，滑塊帶電荷q=-5.0×10C。取重力加速度g=10m/s，sin37°=0.60，cos37°=0.80。求：

（1）滑塊從斜面最高點滑到斜面底端時的速度大小。

（2）滑塊被擋板彈回能夠沿斜面上升的最大高度。

（3）滑塊從開始運動到停下來的整個過程中產生的熱量Q。

（計算結果保留2位有效數字）

分析：注意受力分析和動能定理的應用。

解析：（1）滑塊沿斜面滑下的過程中，受到的滑動摩擦力f=μ(mg+qE)cos37°，

設到達斜面底端時的速度為v，根據動能定理，有(mg+qE)h- f=mv，解得v=2.4m/s。

（2）滑塊第一次與擋板碰撞后沿斜面返回上升的高度最大，設此高度為h，根據動能定理，有-(mg+qE)h-f=-mv，代入數據解得h=0.10m。

（3）滑塊最終將靜止在斜面底端，因此重力勢能和電勢能和減少等于克服摩擦力做的功，即等于產生的熱量Q=(mg+qE)h=0.96J。

三、力與能在熱學中的應用

熱學中，受力分析、能的轉化與守恒定律應用的例子也很多。

例4：（2006年·廣東高考）關于永動機和熱力學定律的討論，下列敘述正確的是（ ）。

A.第二類永動機違反能量守恒定律

B.如果物體從外界吸收了熱量，則物體的內能一定增加

C.外界對物體做功，則物體的內能一定增加

D.做功和熱傳遞都可以改變物體的內能，但從能量轉化或轉移的觀點來看這兩種改變方式是有區別的

提示：從能的角度分析。第二類永動機并不違反能量守恒定律，但違反了熱力學第二定律，因此不可能制成，A選項錯誤。做功和熱傳遞是改變物體的內能的兩種方式，做功是內能和其他形式的能之間的轉化，熱傳遞是內能之間的轉移，D選項正確。根據熱力學第一定律ΔU=W+Q，物體從外界吸熱，可以同時對外界做功，其內能不一定增加；同理，外界對物體做功，可以同時向外界放熱，其內能也不一定增加，B、C兩選項均錯誤。

例5：下列說法中正確的是（ ）。

A.常溫常壓下，質量相等、溫度相同的氧氣和氫氣比較，氫氣的內能比氧氣的內能大

B.0℃的冰融化為的0℃水時，分子平均動能一定增大

C.隨著分子間距離的增大，分子引力和分子斥力的合力（即分子力）一定減小

D.用打氣筒不斷給自行車輪胎加氣時，因為空氣被壓縮，空氣分子間的斥力增大，所以越來越費力

提示：常溫常壓下，氫氣和氧氣都可視為理想氣體，其內能即是分子總動能，由于相同質量的氫氣所含分子個數較多，故其內能較大，A選項正確。0℃的冰化成0℃的水，其分子平均動能應不變；分子力隨分子間距離的變化是非單調的；給自行車打氣費力，是因為氣體對活塞產生壓強所致。B、C、D三選項錯誤。

四、力與能在光學中的應用

光學中，主要是能的轉化與守恒定律的應用。

例6：如圖所示，一束復色光射到玻璃三棱鏡AB面上，從三棱鏡的AC面折出的光線分成a、b兩束，如圖所示，下列結論正確的是（ ）。

A.a光的光子能量比b光的光子能量大

B.光a、b射到同一金屬表面時，若光a能發生光電效應，那么光b也一定能發生光電效應

C.光從棱鏡內射出時，a光的臨界角大于b光的臨界角

D.在此玻璃三棱鏡中a光的光速比b光的光速小

分析：由圖可知，a光比b光偏折程度大，則折射率大，頻率大，能量大。答案為AD。

五、力與能在原子物理學中的應用

原子物理學中，核力的分析、躍遷或電離時能量的轉移和轉化的分析占有很大的比例。

例7：（2004年·北京理綜）氦原子被電離一個核外電子，形成類氫結構的氦離子。已知基態的氦離子能量為E1=-54.4eV，氦原子能級的示意圖如圖所示。在具有下列能量的光子中，不能被基態氦離子吸收而發生躍遷的是（ ）。

A.40.8eVB.43.2eV

C.51.0eVD.54.4eV

提示：光子能量小于或等于54.5eV時，要能被基態氦離子吸收，光子的能量E就應滿足E=E-E，n=2時，E=40.8eV；n=3時，E=48.4eV；n=4時，E=51.0eV；n→∞時，E=54.4eV。故選B。

例8：氫原子的能級示意圖如圖所示，一個動能為12.89eV自由電子的與處于基態的氫原子發生正碰，假定不計碰撞過程中氫原子的動能變化，則碰撞后該電子剩余的動能可能為（ ）。

A.0.15eVB.0.54eV

C.0.81eVD.2.80eV

提示：由氫原子的能級圖可知，從基態（n=1）躍遷到n=2、3、4、5各激發態所需的能量依次為E－E=10.19eV，E－E=12.08eV，E－E=12.74eV，E－E=13.05eV。因此，動能為12.89eV的電子與基態氫原子發生正碰，可能的躍遷只有前三種，由能量守恒定律可知，碰撞中電子剩余的動能依次為2.70eV，0.81eV，0.15eV。故A、C兩選項正確。

此外，力與能在力、熱綜合，力、電綜合，光學、原子物理綜合等問題中也有許多應用，因篇幅所限這里就不一一贅述。總之，通過以上例子可見，力與能是高中物理的兩條鮮明主線，它們把高中物理的各個知識——這些珍珠串聯成一條美麗的項鏈?？芍^：“力”+“能”=“能力”。