黑魂3存档:【物理】现阶段高三复习必读——机械能、电场、直流电路重点分析及复习技巧

    一、关于能量，突破三个关系，抓好一个定律

    在高三一轮复习中，要准确把握高考复习的重点，提高复习的效率.能量转化与守恒是力学部分继牛顿运动定律之后的又一个重点，在高考选择和计算题的考查中都占了相当大的比重.

    1．要复习好能量，应该重点搞清以下三个关系：

    （1）搞清重力做功与重力势能变化的关系

    书上讲“重力做的功等于重力势能的减少量”，用公式表示为W_G＝E_PA－E_PB，E_PA为初位置A的重力势能，E_PB为末位置B的重力势能，W_G表示重力所做的功.这种说法大家并不难理解，还有一种说法是“重力所做的功等于重力势能变化量的负值”，用公式表示为W_G＝－ΔE_P，其中ΔE_P＝E_P末－E_P初.如果重力做正功，重力所做的正功等于重力势能的减少量；如果重力做负功，克服重力所做的功等于重力势能的增加量.这种说法更为全面和严谨，但不易掌握.

    这一关系表明，重力势能的变化只取决于重力的功，与物体所处的运动状态和受其他力的情况以及其他力做功的情况无关.只有熟练掌握了这一关系，才能更好地掌握下面这三种关系，即弹簧弹力做功与弹性势能的关系、电场力做功与电势能的关系、分子力做功与分子势能的关系.

    （2）搞清总功与动能变化的关系

    动能定理W_总＝ΔE_k表明质点动能的变化取决于所有力的总功（或合外力的功），动能定理可谓利用能量解决问题的“万能公式”，它没有条件，也不管是直线运动还是曲线运动，只要能确定一个过程中所有力的总功，找到这个过程初、末状态的动能，然后列等式方程就行了，非常好用.如果总功为正功，则物体的动能增加，增加量等于总功；如果总功为负功，则物体的动能减少，减少量等于克服外力做的总功（即总功的绝对值）.应用的关键是确定好研究对象，找对过程，明确过程的初、末动能.在确定所有力的总功时，必须把握好求功的准确性.先受力分析，确定哪些力做功？哪些力不做功？哪些力做正功？哪些力做负功？哪些力是恒力做功？哪些力是变力做功？

    动能定理在高中阶段的题目中很少用于两个或两个以上的物体组成的系统.如果对于系统，需要补充说明的是“总功”不仅指所有外力的功，也包含所有内力的功，即W_总＝W_内+W_外，有时内力的总功并不等于零.如，一对相互作用的滑动摩擦力的总功就是负功，其绝对值等于滑动摩擦力乘以相对位移.

    （3）搞清重力（或弹簧弹力）之外的其他力做功与机械能变化的关系

    影响机械能变化的是重力（或弹簧弹力）之外的其他力做的功，通常用W_F＝ΔE表示，其中W_F表示重力（或弹簧弹力）之外的其他力的功，ΔE表示机械能的变化量.这些力做正功，机械能就增加，做了多少功，机械能就增加多少；这些力做负功，机械能就减少，克服这些力做了多少功，机械能就减少多少.

    当W_F＝0时，易知ΔE＝0，此即机械能守恒定律的表达式之一.由此也可得出机械能守恒的条件，即W_F＝0，也就是说如果只有重力（或弹簧弹力、系统内弹力）做功，则机械能守恒.它与动能定理的最大不同是机械能守恒是有条件的，优势就是对于两个（或两个以上）物体组成的系统，如果满足机械能守恒，则比动能定理好用一些，它不需要求解内力的功.

    在重力场中，有机械能守恒.在电场中，如果只有电场力做功，则电势能和动能的总量守恒，这一点与机械能守恒类似，我们可称之为电场中的“类机械能守恒”.所以如果对机械能守恒能够灵活驾驭，掌握得很好，则在电场中就能很好地处理“类机械能守恒”的问题.

    对于以上的三种关系所对应的表达式，即①W_G＝－ΔE_P，②W_总＝ΔE_k，③W_F＝ΔE，其中的任意两个都可以推导出第三个，所以这三个表达式中只有两个是独立的.可以尝试用不同的表达式计算或说明同一个问题，加深对这三个关系的理解.

    2．要复习好能量，还要灵活运用机械能守恒定律

    关于机械能守恒的几种表达式，同学们掌握起来可能感觉比较混乱，但只要领悟其本质，其实就一个ΔE＝0的几种变通形式.比如，①E₁＝E₂，即状态1的机械能等于状态2的机械能.此种形式必须选定重力势能的零点，但不需要细究能量的变化情况.②ΔE_k＝－ΔE_P，即动能的变化量等于势能的变化量的负值，分为两种类型：动能的增加量等于势能的减少量或动能的减少量等于势能的增加量.此种形式不需要选定重力势能的零点，但必须搞清动能和势能到底是增加还是减少，增加或减少了多少.对两个物体A、B组成的系统机械能守恒除上面两个式子外，还有一种形式③ΔE_A＝－ΔE_B，即A物体的机械能变化量等于B物体的机械能变化量，也分为两种类型：A物体的机械能增加量等于B物体的机械能减少量或A物体的机械能减少量等于B物体的机械能增加量.

    其实，对于机械能守恒，无论是对单个物体还是对于两个或两个以上的物体组成的系统，可不用上述几种形式，而是不区分是哪个物体，也不区分是动能还是势能，只要找出物体或系统的能量的增加量，再找出能量的减少量，二者相等即可.这种方法可以避开选择势能零点的问题，同时还可以有效地解决下面这个问题，譬如在求解系统的动能增加量时，可能A物体的动能是增加的，但B物体的动能确实是减少的，所以相当于B物体的动能增加了一个负值.

    二、关于电场，重在场强和电势，还要学会建立运动模型

    分析2011年及前几年高考试题，可以看出，表征电场的力的性质的物理量——电场强度、表征电场的能的性质的物理量——电势，作为描述电场的基本概念，仍是高考的频考点.

       1．抓住电场强度、电势差（电势）和电势能这三个高考频考点

    （1）归并对比，正确理解它们的定义式

    电场强度的定义式E = F/q，电势差的定义式U = W/q，电势的定义式φ = Ep/q，它们的定义式具有相同的形式，均以检验电荷为基础，但都与检验电荷无关，而是由产生电场的场源电荷决定的，即使电场中不放检验电荷，电场的这些性质依然存在.

    （2）结合电场线图示，准确把握常见电荷的电场分布（等势线分布）

    等量正负点电荷的电场分布如图甲所示.图中O点是两点电荷连线的中点，竖直虚线为两电荷的连线的中垂线.从正电荷向O点再向负电荷前进的过程中，电势持续减小，场强先变小再变大，O点是两电荷连线上场强最小的点.从O点沿中垂线到无限远，场强逐渐减小，连线或其中垂线上，关于O点对称的两点场强等大同向.由于中垂线是等势线，所以它上面各点的电势均相等，同时场强方向均相同.

    等量同种点电荷的电场分布如图乙所示.图中O点也是两点电荷连线的中点，竖直虚线为两电荷的对称轴.两电荷连线之间的场强先变小后变大，连线的中点O处的场强为零.在对称轴上，从O点沿中垂线到无限远，场强先变大后变小.连线或中垂线上关于O点对称的两点场强等大反向.千万不要误认为中垂线是等势线.

    （3）类比重力场，复习好电场力做功与电势能变化的关系

类比重力场中重力与重力势能的关系，复习电场力做功与电势能变化的关系.电场力做正功，电势能减少，减少的电势能等于电场力做的功；电场力做负功，电势能增加，增加的电势能等于克服电场力做的功.由于电场中电荷电性有正负之分，而重力场中的物体则没有这种区别，所以又有：正电荷在电势高的地方电势能大，负电荷在电势高的地方电势能小.这个关系是大家在复习中最易混淆的，也是电场考查的热点.

     2．熟练讨论平行板电容器极板间电势差、极板带电荷量和板内电场强度的关系

    电容器的U、Q、E关系的动态分析讨论一直以来是高考的热点.此类问题有两个类型：

    （1）电容器极板间的电压U不变时

    平行板电容器充电后，继续与电源的两极相连，因此两极板间的电压U不变，当电容器的d、S、ε变化时，将引起电容器的C、Q、E的变化，即

    （2）电容器极板上所带的电荷量Q不变时

    平行板电容器充电后，切断与电源的连接，因此电容器带电荷量Q不变，当电容器的d、S、ε变化时，将引起电容器的C、U、E变化，即

    在分析这两类问题的动态变化时，有两个技巧：①紧抓“不变量”，即“控制变量法”；②选择合适的公式分析.

     3．总结归纳电场中的运动模型

    电场是电磁学的重点，由于它与磁场相比较，跟重力场有更多的相似性，所以重力场中几乎每一个运动模型都能在电场中找到它们的影子，如类自由落体运动、类竖直上抛运动、类平抛运动等等.

    在电场中的直线加速实质上是类自由落体运动，常用解决此运动模型.

    在电场中的匀减速再反向加速或交变电场中的匀加速、匀减速交替变化，都可划归到类竖直上抛运动模型，研究方法与竖直上抛运动相同.全过程法处理类竖直上抛运动时，一定要注意位移、速度和加速度的矢量性，如位移公式中规定初速度v₀为正后，a为负值，x可能为负值，也可能为正值.

    在电场中的电偏转基本上都是类平抛运动，其运动轨迹是抛物线，处理方法与平抛运动相同.类平抛运动模型在计算题中考查最多.总结归纳可知问题主要有两类：一是分解位移，确定位移的大小和方向；二是分解速度，确定速度的大小和方向.有时问题中可能隐含速度条件或位移条件，一定要注意挖掘.

    三、关于直流电路，重在实验，实验之外，当属电路的动态分析最为重要

    直流电路的复习重点应该在实验，本文不专题讨论实验内容，故直流电路的复习重点应放在以下三点：

      1．理顺直流电路的动态分析思路，熟练处理动态联动变化

    直流电路的动态分析一直是恒定电流的“传统项目”.闭合电路中只要有一只电阻的阻值发生变化，就会影响整个电路，使总电路和每一部分的电流、电压发生变化.其一般的分析思路为：

    （1）确定电路的外电阻 如何变化：

    ①当外电路的任何一个电阻增大时，电路的总电阻一定增大；外电路的任何一个电阻减小时，电路的总电阻一定减小.

    ②若开关的闭合使串联的用电器增多，则总电阻增大；若开关的闭合使并联的支路增多，则总电阻减小.

    （2）根据闭合电路欧姆定律确定电路的总电流如何变化.

    （3）由U_内 = I_总r确定电源内电压如何变化.

    （4）由U_外 = E-U_内确定电源的外电压（路端电压）如何变化.

    （5）由部分电路欧姆定律确定干路上某定值电阻两端的电压如何变化.

    （6）确定支路两端电压如何变化以及通过各支路的电流如何变化（可利用串联电路的电压关系、并联电路的电流关系）.

     2．分析电路结构，掌握含容电路的计算技巧

    求解含电容器电路的问题时，一定要先弄清电路结构，找出与电容器相并联的元件，判断电容器两极板的带电性质，并根据欧姆定律，求出两端的电压.该类问题可以与电容器的动态分析、带电粒子在电场中的运动结合起来考查，能力要求较高.

    复习时要注意以下技巧：

    （1）电容器跟它并联的用电器的电压相等.

    （2）在计算出电容器的带电荷量后，必须同时判定两板极性，并标在图上.

    （3）在充、放电时，电容器两根引线上的电流方向总是相同的，所以要根据正极板电荷变化情况来判断电流方向.

    （4）如果变化前后极板带电的电性相同，那么通过每根引线的电荷量等于始末状态电容器电荷量的差；如果变化前后极板带电的电性改变，那么通过每根引线的电荷量等于始末状态电容器电荷量之和.

      3．理解电阻定律、焦耳定律，区分电功和电热

    正确理解电阻定律（电阻的决定式），L为电流方向上的导体长度，S为垂直电流方向上的横截面积，电阻率ρ是与温度有关、表示导体导电性能的物理量.

    焦耳定律是一条实验定律，无论是否是纯电阻电路，电阻R产生的电热都可以用它求解，同时热功纯电阻电路与非纯电阻电路的区别是电功是否等于电热、电功率是否等于热功率.在纯电阻电路中，电功等于电热，而在非纯电阻电路中，电功大于电热，除一部分电功转化为电热外，其他部分还转化为其他形式的能量.电功W = UIt，电功率P = UI.这是恒定电流的难点，复习中要注意加强理解，领会实质.