物理高考中功能关系的应用

2019-09-10费兆宁

高考·下 2019年12期

费兆宁

摘要：功能关系不仅是高中物理开展教学的重中之重，而且还是学生无法有效掌握的重点。就高中物理而言，其教学中不仅涉及较广的功能关系，而且各个环节还是紧密结合的，这就需要学生灵活的应用学习的知识对物理的功能问题进行解决。本文主要对物理高考过程中的功能关系运用进行探讨。

关键词：高中物理;高考;功能关系;应用

功与能的概念作为物理学当中最基本、最重要的概念，能的守恒定律及其转化是自然界最普通、最基本、最重要的客观规律。功能关系逐渐在热学、光学、电磁学、原子物理学、力学中得到广泛应用，其属于对物理问题实施解决的一个重要途径。通过能量观点对相关问题进行分析时，通常能不关系过程当中力的作用，只关心过程当中能量的转化关系，及其始末状态，不仅能准确把握问题实质，而且还能使解题思路更加简捷。因此，功能关系不仅是物理教学中的重要方法，而且还是一项高考热点。本文主要对物理高考过程中功能关系的运用进行探究，以确保物理教学效果。

一、功能变化与合力做功关系

动能变化量与合力做的功相等。合力做负功时，动能减少;合力做正功时，动能增加;合力做功多少通常与动能的增加量与减少量相等。

例如，如图1，倾角α是斜面A固定于水平面，细线一端被固定在墙面，另一端则跨越过斜面顶端小滑轮上和物块B连接，B在斜面上禁止。滑轮的左侧细线呈水平，右侧细线和斜面呈平行。A、B的质量都是m，撤掉A装置之后，A、B同时做直线运行，不计算摩擦力，重力的加速度是g。求：（1）A固定不动，A对B的支持力大小FN;（2）设A滑动位移是x的时候，B位移的大小s;（3）设A滑动位移是x的时候的速度VA。

在具体应用功能定理的时候，通常需明确哪个物体在具体过程中做到功，并确定每个初末状态与每个力做的功，与其他能量相似，功能也是相对的，与合力做功有着直接关系。

二、弹力势能与弹簧做功关系

W弹弹力势能具体改变量与弹簧力做功相等。弹簧做正功的势能减少，做负功则势能增加。

例如，弹簧的一侧固定，而另一侧与一块物体连接，弹簧的质量不计算，物块作为质点，其质量为m，在水平的桌面上沿著x轴进行运动，和桌面之间的动摩擦的因数是μ，将弹簧的原长时候的物块位置作为坐标的原点O，弹簧的伸长具体量为x的时候，物块承受的弹簧力的大小是F=kx，k是常量，如图2。

（1）根据F随着x的变化，画出示意图，并依据F-x的图像，求出物块沿着x轴从点O运动至x位置的过程弹力做的功。

（2）a.求弹力做的功，并根据此求出弹性的势能变化量;b求出滑动摩擦力做的功;并和弹力做功相比，并说明为何没有和摩擦力相对应的“摩擦力势能”概念。

解析：（1）弹簧弹力和位移图像见图3，根据面积法可得图象和坐标轴所围成的面积就是弹力做的功，也就是;

（3）a.由图像可得：物体从x1至x2的全过程，弹力的做功为，依据弹力做功和弹性势能二者的关系，可知，可得。

由此可知，摩擦力做功和路程呈正比，而弹簧弹力的做功却和路程无关，只要和初末位置存有关系，因此，不存在“摩擦力势能”的相关概念。势能变化量通常与对应的力做功是相反数。高中物理中虽然没有关于弹性势能的相关计算公式，但是，可依据势能之间的功能关系，对弹性势能计算的公式进行推导，从而应用该公式进行解题。

三、重力势能与重力做功关系

重力势能变化量通常与重力做功量相等，重力做正功时，重力势能逐渐减小，重力做负功时，重力势能相应增加，即重力势能减少的量与重力做功量相等。在有关天体运动时，万有引力做功通常与引力势能减少量是相等的。

例如，蹦极运动员的身上系着弹性蹦极绳，从水面上方高台跳下来，到最低点的时候，也就是距水面数米的距离，如果空气的阻力可以忽略，运动员即可视作为质点，以下说法正确的为（）