用能量观点分析问题

高中物理中机械能守恒定律、动能定理和能量守恒定律都属于能量观点.用能的观点的来审视一个物理过程，分析这一过程中各力做功的情况及其相应的能量转化情况，是高中物理学习要建立的重要观点之一，是一条重要的解题思路. 1 带电粒子或带电体在电磁场中运动中能量问题

电场力做功与路径无关，洛伦兹力永不做功.在电磁场中（或电场中），从能观点出发分析带电粒子的运动过程中各力做功的情况及其相应的能量转化情况，再由动能定理或能量守恒定律列式求解，是处理带电体在电磁场中的运动的一条重要思路.

例1 如图1所示，两个绝缘斜面与绝缘水平面的夹角均为α=45°，水平面长d，斜面足够长，空间存在与水平方向成45°的匀强电场E，已知E=2mg/4q.一质量为m、电荷量为q的带正电小物块，从右斜面上高为d的A点由静止释放，不计摩擦及物块转弯时损失的能量.小物块在B点的重力势能和电势能均取值为零.试求：（1）小物块下滑至C点时的速度大小；（2）在AB之间，小物块重力势能与动能相等点的位置高度h1；（3）除B点外，小物块重力势能与电势能相等点的位置高度h2.

点评 根据场力及其它外力对带电粒子做功引起的能量变化或全过程中的功能关系来分析问题，这条线索不但适用于匀强电场，也适用于非匀强电场.

例2 如图2所示，匀强电场的场强E=4 V/m，方向水平向左，匀强磁场的磁感应强度B=2 T，方向垂直纸面向里，一个质量m=1 g，带正电的小物块A从M点沿绝缘粗糙的竖直壁无初速下滑，当它滑行h=0.8 m到N点时就离开壁做曲线运动.当A运动到P点时，恰好处于平衡状态，此时速度方向与水平方向成45°角，设P与M的高度差H=1.6 m，求：（1）A沿壁下滑时摩擦力做的功；（2）P与M的水平距离（g取10 m/s2）.

解析 分析A物体所做的运动可知，物体有三个运动过程：第一过程（MN）对粒子进行受力分析，如图3所示.

列方程：

点评 处理这类问题，首先应该对带电粒子进行受力分析，依据力和运动的关系确定运动的形式.然后用力的观点和能量观点求解，应用能量关系求解时，要特别注意各力做功的特点，尤其是重力和洛伦兹力的做功特点.

2 电磁感应中的能量问题

电磁感应的过程是能量的转化和守恒的过程，导体切割磁感线或磁通量发生变化在回路中产生感应电流，机械能或其他形式的能便转化为电能；感应电流做功，又可使电能转化为机械能或电阻的内能等；电磁感应的过程总是伴随着能量转化的过程，因此在分析电磁感应问题时，应牢牢抓住能量守恒这一基本规律，分析清楚有哪些力做功，就可知道有哪些形式的能量参与了相互转化，然后借助于动能定理或能量守恒定律等规律求解.流程如图5所示.

电能求解的三种主要思路：

（1）利用克服安培力做功求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力做的功；

（2）利用能量守恒求解：机械能的减少等于产生的电能；

（3）利用电路特征求解：通过电路中所产生的电流来计算.

例3 如图6所示，两足够长平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为L，导轨平面与水平面夹角α=30°，导轨电阻不计.磁感应强度为B的匀强磁场垂直导轨平面斜向上，长为L的金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上，且始终与导轨接触良好，金属棒的质量为m、电阻为R.两金属导轨的上端连接右侧电路，电路中R2为一电阻箱，已知灯泡的电阻RL=4R，定值电阻R1=2R，调节电阻箱使R2=12R，重力加速度为g，闭合开关S，现将金属棒由静止释放，求：当金属棒下滑距离为s0时速度恰好达到最大，则金属棒由静止开始下滑2s0的过程中，整个电路产生的电热.

解析 因金属棒由静止开始作变加速运动，电流是变化的，不能直接求整个回路产生的电热，但可根据能的转化与守恒定律来求当金属棒匀速下滑时速度最大，达到最大时有

点评 在电磁感应中，若安培力是变力，则回路中的电流也是变化的，所以这类问题不能直接由公式求电能或焦耳热，一般由能的观点求解.