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高中物理教学中能量的转化与守恒思想，是贯穿高中物理各知识领域的一条主线；用功能关系和能量守恒观点分析和解决物理问题，是物理学中的重要研究方法，也是近年来高考的必考热点之一。下面举例谈高中物理主要涉及的能量问题及解题思路。
一、力学
1.合外力对物体做的功等于物体动能的变化。
2.重力做功对应重力势能的变化，弹簧弹力做功对应弹性势能的变化。
（1）重力做多少正功，重力势能减少多少。弹簧弹力做多少正功，弹性势能减少多少。
（2）重力做多少负功，重力势能增加多少。弹簧弹力做多少负功，弹性势能增加多少。
3.除重力或弹簧弹力以外的力做的功等于机械能的变化。
（1）除重力或弹簧弹力以外的力做多少正功，机械能就增加多少。
（2）除重力或弹簧弹力以外的力做多少负功，机械能就减少多少。
（3）除重力或弹簧弹力以外的力不做功，物体的机械能守恒。
【典型例题】
例1.（揭阳市2009-2010学年度高三期末理综试题）质量为m的物体从静止开始以2 g的加速度竖直向下加速运动距离h，不计空气阻力。则（）
A．物体重力势能减少了2 mgh
B．物体动能增加了2 mgh
C．物体机械能不变
D．物体机械能增加m gh
解析：重力做功mgh，故重力势能的减少mgh；合外力对物体做功2 mgh，故物体动能增加2 mgh；重力做功m gh而合外力对物体做功2 mgh，那么除重力以外的力做功m gh，故机械能就增加m gh。选B、D。
例2.如图所示，一根轻弹簧下端固定，竖立在水平面上。其正上方A位置有一只小球。小球从静止开始下落，在B位置接触弹簧的上端，在C位置小球所受弹力大小等于重力，在D位置小球速度减小到零。小球下降阶段下列说法中正确的是（）
A．在B位置小球动能最大
B．在C位置小球动能最大
C．从A→C位置小球重力势能的减少等于小球动能的增加
D．从A→D位置小球重力势能的减少等于弹簧弹性势能的增加
解析：小球动能的增加用合外力做功来量度，A→C小球受的合力一直向下，对小球做正功，使动能增加；C→D小球受的合力一直向上，对小球做负功，使动能减小，所以B正确。从A→C小球重力势能的减少等于小球动能的增加和弹簧弹性势能之和，所以C错误。A、D两位置动能均为零，重力做的正功等于弹力做的负功，所以D正确。选B、D。
例3.如图所示，细绳跨过定滑轮悬挂两物体M和m，且M>m，不计摩擦，系统由静止开始运动过程中（）
A．M、m各自的机械能分别守恒
B．M减少的机械能等于m增加的机械能
C．M减少的重力势能等于m增加的重力势能
D．M和m组成的系统机械能守恒
解析：M下落过程中，除重力做功以外，还有绳的拉力做负功，故M的机械能减少；m上升过程中，除重力做功以外，还有绳的拉力做正功，故m的机械能增加；对于M和m构成的系统而言，只有动能和重力势能相互转化，故M和m组成的系统机械能守恒。选B、D。
二、电磁学
1.电场力做功
（1）电场力做功对应电势能的变化。电场力做多少正功，电势能减少多少。电场力做多少负功，电势能增加多少。
（2）在只有电场力做功时，电势能与动能之和不变。
（3）在只有电场力和重力做功的系统内，系统的动能、重力势能和电势能之和保持不变。
2.电热
（1）纯电阻电路：电能全部转化成内能。
（2）非纯电阻电路：电能中大部分转化成其他形式的能、一小部分不可避免地转化成内能。
3.电磁感应中的能量问题
（1）安培力做正功，是将电能转化为其他形式的能，安培力做负功，是将其他形式的能转化为电能。
（2）电磁感应中电能的主要求解思路：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所做的功。利用能量守恒求解：机械能的减少量等于产生的电能。利用电路特征求解：通过电路中所产生的电能求解。
（3）理想变压器与远距离输电。理想变压器原线圈输入与副线圈输出的电能相等。远距离输电线路损耗的电能Q=I2R线t。
【典型例题】
例4.（2008年深圳一模）如图为一匀强电场，某带电粒子从A点运动到B点，在这一运动过程中克服重力做的功为2.0J，电场力做的功为1.5J，则下列说法正确的是（）
A．粒子带负电
B．粒子在A点的电势能比在B点少1.5 J
C．粒子在A点的动能比在B点多0.5 J
D．粒子在A点的机械能比在B点少1.5 J
解析：由电场线的方向和粒子偏转方向，可以判断粒子带正电；由于电场力做正功，故电势能减小，B选项错误；合外力做负功，动能减小，故C正确；除重力或弹簧弹力以外的力做多少正功，机械能就增加多少，故D正确。选项C、D。
例5.如图所示电路，两根光滑金属导轨，平行放置在倾角为θ的斜面上，导轨下端接有电阻R，导轨电阻不计，斜面处在竖直向上的匀强磁场中，电阻可略去不计的金属棒ab质量为m，受到沿斜面向上且与金属棒垂直的恒力F的作用，金属棒沿导轨匀速下滑，则它在下滑h高度的过程，以下说法正确的是（）
A．作用在金属棒上各力的合力做功为零
B．重力做功将机械能转化为电能
C．重力与恒力F做功的代数和等于电阻R上发出的焦耳热
D．金属棒克服安培力做功等于重力与恒力F做的总功与电阻R上产生焦耳热
解析：物体匀速下滑，动能不变，所以合力做功为零，A对；除重力和弹簧弹力以外的力做的功等于机械能的变化，B错；WF+WG+WF安=0，克服安培力做的功为-WF安=WF+WG，即恒力和重力做的总功等于回路中产生的电能，C对；WF+WG+WF安=0，金属棒克服安培力做功等于重力与恒力F做的总功，D错。选A、C。
三、热学
1.分子动能
（1）温度是分子平均动能的标志。
（2）分子平均动能与物体的机械运动状态无关。
2.分子势能
（1）分子势能与分子间的距离有关。
（2）当分子间距离为r0时，分子势能最小。在由r0逐渐增大或由r0逐渐减小的过程中。分子势能均增大，即分子间距离为r0时分子势能最小。
3.物体的内能
（1）物体的内能是物体内所有分子的动能与势能之和。
（2）物体的内能与物体的温度和体积有关。
（3）理想气体的内能只与温度有关。
4.热力学第一定律
?驻U=Q+W，需要正确把握三个量的含义及如何取正负值。
5.热力学第二定律
不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。
【典型例题】
例6.（2009年全国卷）如图，水平放置的密封气缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分，隔板可在气缸内无摩擦滑动，右侧气体内有一电热丝。气缸壁和隔板均绝热。初始时隔板静止，左右两边气体温度相等。现给电热丝提供一微弱电流，通电一段时间后切断电源。当缸内气体再次达到平衡时，与初始状态相比（）
A．右边气体温度升高，左边气体温度不变
B．左右两边气体温度都升高
C．左边气体压强增大
D．右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量
解析：当电热丝通电后，右边的气体温度升高气体膨胀，将隔板向左推，对左边的气体做功，根据热力学第一定律，内能增加，气体的温度升高，又根据气体定律可知：左边的气体压强增大，B、C正确。右边气体内能的增加值为电热丝发出的热量减去对左边的气体所做的功，D错。选B、C。
例7.用r表示两分子之间的距离，Ep表示两个分子间的相互作用势能，当r=r0时，两个分子之间引力等于斥力，设两个分子间相距较远时，Ep=0，则（）
A．当分子间距r变小时，引力减小，斥力增大
B．当r>r0时，引力大于斥力，r增大时分子力做负功，Ep增加
C．当r D．当r=r0时，Ep=0
解析：当分子间距r变小时，引力斥力均增大；当r>r0时，r增大分子力做负功，Ep增加；当r 四、光学与原子物理
1.光子说：一个光子的能量E=hν，ν为光的频率。
3.氢原子的能量
原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它吸收或辐射一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的差决定，即hν=E初-E终。
4.核能：ΔE=Δmc2。
【典型例题】
例8.（2009年全国卷）氮氖激光器能产生三种波长的激光。其中两种波长分别为λ1=0.6328 μm，λ2=3.39 μm。已知波长为λ1的激光是氖原子在能级间隔为ΔE1=1.96 eV两个能级之间跃迁产生的。用ΔE2表示产生波长为λ2的激光所对应的跃迁的能级间隔，则ΔE2的近似值为（）
A．10.50 eV B．0.98 eV
C．0.53 eV D．0.36 eV
解析：本题考查波尔的原子跃迁理论。根据ΔE=hν，ν=c/λ，可知当ΔE1=1.96 eV， λ1=0.6328 ?滋m，当λ2=3.39 ?滋m时，联立可得ΔE2=0.36 eV。选D。
例9.氢原子的核外电子由内层轨道转移到外层轨道的过程中（）
A.电势能减少而电子动能增加，原子的能量增加
B.电势能减少而电子动能增加，原子的能量减少
C.电势能增加而电子动能减少，原子的能量增加
D.电势能增加而电子动能减少，原子的能量减少
解析：核外电子由内层轨道转移到外层轨道的过程中，要克服库仑引力做功，故电势能应增加。而由ke2/r2=mv2/r得：E=mv2/2=ke2/2r，r增大，动能应减少，而又由于能级值增加，总能量增加。选C。
分析做功与能量转化问题的关键是要弄清哪些力在做功且分别与哪种形式的能量转化相对应，然后再运用做功与能量转化关系或者能量守恒来解决相应的问题，大都可以迎刃而解。
（作者单位 广东省佛山市顺德区容山中学）
一、力学
1.合外力对物体做的功等于物体动能的变化。
2.重力做功对应重力势能的变化，弹簧弹力做功对应弹性势能的变化。
（1）重力做多少正功，重力势能减少多少。弹簧弹力做多少正功，弹性势能减少多少。
（2）重力做多少负功，重力势能增加多少。弹簧弹力做多少负功，弹性势能增加多少。
3.除重力或弹簧弹力以外的力做的功等于机械能的变化。
（1）除重力或弹簧弹力以外的力做多少正功，机械能就增加多少。
（2）除重力或弹簧弹力以外的力做多少负功，机械能就减少多少。
（3）除重力或弹簧弹力以外的力不做功，物体的机械能守恒。
【典型例题】
例1.（揭阳市2009-2010学年度高三期末理综试题）质量为m的物体从静止开始以2 g的加速度竖直向下加速运动距离h，不计空气阻力。则（）
A．物体重力势能减少了2 mgh
B．物体动能增加了2 mgh
C．物体机械能不变
D．物体机械能增加m gh
解析：重力做功mgh，故重力势能的减少mgh；合外力对物体做功2 mgh，故物体动能增加2 mgh；重力做功m gh而合外力对物体做功2 mgh，那么除重力以外的力做功m gh，故机械能就增加m gh。选B、D。
例2.如图所示，一根轻弹簧下端固定，竖立在水平面上。其正上方A位置有一只小球。小球从静止开始下落，在B位置接触弹簧的上端，在C位置小球所受弹力大小等于重力，在D位置小球速度减小到零。小球下降阶段下列说法中正确的是（）
A．在B位置小球动能最大
B．在C位置小球动能最大
C．从A→C位置小球重力势能的减少等于小球动能的增加
D．从A→D位置小球重力势能的减少等于弹簧弹性势能的增加
解析：小球动能的增加用合外力做功来量度，A→C小球受的合力一直向下，对小球做正功，使动能增加；C→D小球受的合力一直向上，对小球做负功，使动能减小，所以B正确。从A→C小球重力势能的减少等于小球动能的增加和弹簧弹性势能之和，所以C错误。A、D两位置动能均为零，重力做的正功等于弹力做的负功，所以D正确。选B、D。
例3.如图所示，细绳跨过定滑轮悬挂两物体M和m，且M>m，不计摩擦，系统由静止开始运动过程中（）
A．M、m各自的机械能分别守恒
B．M减少的机械能等于m增加的机械能
C．M减少的重力势能等于m增加的重力势能
D．M和m组成的系统机械能守恒
解析：M下落过程中，除重力做功以外，还有绳的拉力做负功，故M的机械能减少；m上升过程中，除重力做功以外，还有绳的拉力做正功，故m的机械能增加；对于M和m构成的系统而言，只有动能和重力势能相互转化，故M和m组成的系统机械能守恒。选B、D。
二、电磁学
1.电场力做功
（1）电场力做功对应电势能的变化。电场力做多少正功，电势能减少多少。电场力做多少负功，电势能增加多少。
（2）在只有电场力做功时，电势能与动能之和不变。
（3）在只有电场力和重力做功的系统内，系统的动能、重力势能和电势能之和保持不变。
2.电热
（1）纯电阻电路：电能全部转化成内能。
（2）非纯电阻电路：电能中大部分转化成其他形式的能、一小部分不可避免地转化成内能。
3.电磁感应中的能量问题
（1）安培力做正功，是将电能转化为其他形式的能，安培力做负功，是将其他形式的能转化为电能。
（2）电磁感应中电能的主要求解思路：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所做的功。利用能量守恒求解：机械能的减少量等于产生的电能。利用电路特征求解：通过电路中所产生的电能求解。
（3）理想变压器与远距离输电。理想变压器原线圈输入与副线圈输出的电能相等。远距离输电线路损耗的电能Q=I2R线t。
【典型例题】
例4.（2008年深圳一模）如图为一匀强电场，某带电粒子从A点运动到B点，在这一运动过程中克服重力做的功为2.0J，电场力做的功为1.5J，则下列说法正确的是（）
A．粒子带负电
B．粒子在A点的电势能比在B点少1.5 J
C．粒子在A点的动能比在B点多0.5 J
D．粒子在A点的机械能比在B点少1.5 J
解析：由电场线的方向和粒子偏转方向，可以判断粒子带正电；由于电场力做正功，故电势能减小，B选项错误；合外力做负功，动能减小，故C正确；除重力或弹簧弹力以外的力做多少正功，机械能就增加多少，故D正确。选项C、D。
例5.如图所示电路，两根光滑金属导轨，平行放置在倾角为θ的斜面上，导轨下端接有电阻R，导轨电阻不计，斜面处在竖直向上的匀强磁场中，电阻可略去不计的金属棒ab质量为m，受到沿斜面向上且与金属棒垂直的恒力F的作用，金属棒沿导轨匀速下滑，则它在下滑h高度的过程，以下说法正确的是（）
A．作用在金属棒上各力的合力做功为零
B．重力做功将机械能转化为电能
C．重力与恒力F做功的代数和等于电阻R上发出的焦耳热
D．金属棒克服安培力做功等于重力与恒力F做的总功与电阻R上产生焦耳热
解析：物体匀速下滑，动能不变，所以合力做功为零，A对；除重力和弹簧弹力以外的力做的功等于机械能的变化，B错；WF+WG+WF安=0，克服安培力做的功为-WF安=WF+WG，即恒力和重力做的总功等于回路中产生的电能，C对；WF+WG+WF安=0，金属棒克服安培力做功等于重力与恒力F做的总功，D错。选A、C。
三、热学
1.分子动能
（1）温度是分子平均动能的标志。
（2）分子平均动能与物体的机械运动状态无关。
2.分子势能
（1）分子势能与分子间的距离有关。
（2）当分子间距离为r0时，分子势能最小。在由r0逐渐增大或由r0逐渐减小的过程中。分子势能均增大，即分子间距离为r0时分子势能最小。
3.物体的内能
（1）物体的内能是物体内所有分子的动能与势能之和。
（2）物体的内能与物体的温度和体积有关。
（3）理想气体的内能只与温度有关。
4.热力学第一定律
?驻U=Q+W，需要正确把握三个量的含义及如何取正负值。
5.热力学第二定律
不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。
【典型例题】
例6.（2009年全国卷）如图，水平放置的密封气缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分，隔板可在气缸内无摩擦滑动，右侧气体内有一电热丝。气缸壁和隔板均绝热。初始时隔板静止，左右两边气体温度相等。现给电热丝提供一微弱电流，通电一段时间后切断电源。当缸内气体再次达到平衡时，与初始状态相比（）
A．右边气体温度升高，左边气体温度不变
B．左右两边气体温度都升高
C．左边气体压强增大
D．右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量
解析：当电热丝通电后，右边的气体温度升高气体膨胀，将隔板向左推，对左边的气体做功，根据热力学第一定律，内能增加，气体的温度升高，又根据气体定律可知：左边的气体压强增大，B、C正确。右边气体内能的增加值为电热丝发出的热量减去对左边的气体所做的功，D错。选B、C。
例7.用r表示两分子之间的距离，Ep表示两个分子间的相互作用势能，当r=r0时，两个分子之间引力等于斥力，设两个分子间相距较远时，Ep=0，则（）
A．当分子间距r变小时，引力减小，斥力增大
B．当r>r0时，引力大于斥力，r增大时分子力做负功，Ep增加
C．当r
解析：当分子间距r变小时，引力斥力均增大；当r>r0时，r增大分子力做负功，Ep增加；当r
1.光子说：一个光子的能量E=hν，ν为光的频率。
3.氢原子的能量
原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它吸收或辐射一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的差决定，即hν=E初-E终。
4.核能：ΔE=Δmc2。
【典型例题】
例8.（2009年全国卷）氮氖激光器能产生三种波长的激光。其中两种波长分别为λ1=0.6328 μm，λ2=3.39 μm。已知波长为λ1的激光是氖原子在能级间隔为ΔE1=1.96 eV两个能级之间跃迁产生的。用ΔE2表示产生波长为λ2的激光所对应的跃迁的能级间隔，则ΔE2的近似值为（）
A．10.50 eV B．0.98 eV
C．0.53 eV D．0.36 eV
解析：本题考查波尔的原子跃迁理论。根据ΔE=hν，ν=c/λ，可知当ΔE1=1.96 eV， λ1=0.6328 ?滋m，当λ2=3.39 ?滋m时，联立可得ΔE2=0.36 eV。选D。
例9.氢原子的核外电子由内层轨道转移到外层轨道的过程中（）
A.电势能减少而电子动能增加，原子的能量增加
B.电势能减少而电子动能增加，原子的能量减少
C.电势能增加而电子动能减少，原子的能量增加
D.电势能增加而电子动能减少，原子的能量减少
解析：核外电子由内层轨道转移到外层轨道的过程中，要克服库仑引力做功，故电势能应增加。而由ke2/r2=mv2/r得：E=mv2/2=ke2/2r，r增大，动能应减少，而又由于能级值增加，总能量增加。选C。
分析做功与能量转化问题的关键是要弄清哪些力在做功且分别与哪种形式的能量转化相对应，然后再运用做功与能量转化关系或者能量守恒来解决相应的问题，大都可以迎刃而解。
（作者单位 广东省佛山市顺德区容山中学）