浅谈高中物理中的功能关系

摘 要：在高中物理教学中，能量观点是作为高中物理解决问题的三大方法之一。功能关系在高中物理中贯穿整个课程学习的中心内容，其涉及范围广，之间的各个环节也是紧密相扣的。学生在学习中掌握过程复杂接受难度很大。

关键词：高中物理;功能关系

本文将从平常教学中发现学生存在的知识性错误，归纳并总结对应解决措施，帮助学生更好的理解功能关系，从而提高学生综合解题能力。

一、学生的常犯知识性错误

1、对于功的认识以及计算存在误区;

对只改变方向的变力误认为恒力，依然使用恒力做功公式算变力做功大小。例如：某物体做竖直上抛的运动，从抛出点到返回至原出发点的过程中，计算空气阻力做功。很多同学会误认为物体运动的位移等于0，所以空气阻力做功也等于0。

2、对于一些与能量变化有关物理名词概念理解不清，无法正确列出对于的数学表达式，使用时往往会出现负号问题。常见有：能量的改变、能量的增量和能量的减量。学生对概念模糊不清，均用末状态能量减去初状态能量来表示以上三种能量变化。

3、无法把功和能量的对应关系建立起来，或者在建立功和能量关系时，把功和能量混淆。

学生对摩擦力做功与产生的内能关系认识有误，认为某物体克服摩擦力做了多少功就等于内能的增加量。对其认识具有一定局限性，而忽略掉反作用力的做功情况。

4涉及物体多运动过程时，初末状态的判断容易出现错误。学生不能很好地依据题中所给已知条件以及须求解的物理量来确定研究过程，而是盲目选取某个过程进行分析，从而使得解题过程变得更加复杂;又或者出现选取的过程做功与能量的变化不对应，导致运用出错。

二、应对策略

1、高中物理中出现的各类力计算做功进行分类总结;

（1）恒力做功，计算公式W=Fscosθ。公式中s表示物体的实际运动位移，角度θ表示矢量力F与矢量位移方向的夹角。

（2）只改变力的方向，不改变力的大小的变力做功。借助“微元法”的思想，运动路径实现化曲为直，物体运动的位移转化为路程，再巧用恒力做功的公式W=Fscosθ，其中s表示物体运动的路程，θ表示力与速度的夹角。

（3）只改变力的大小，不改变力的方向的变力做功。借助F-s图像，利用图像与坐标轴围成的面积大小表示做功多少。如果图像在横轴上方，说明力做正功，功的大小为正值。如果图像在横轴下方，说明力做负功，功为负值。

（4）明确力做负功的两种不同表述方法。力F对物体做负功，也可以说物体克服该力做了正功。因此求解多个力做功之和，其中包含力做负功，那么计算的方法有两种。一种是每个力分别对物体做功进行代数求和;另外一种根据做功正负分类，先求出所有做正功之和W正，再求出所有做负功绝对值之和W负，做功之和等于W正-W负。

2、解读与能量变化有关的一些名词之间的区别与联系

在建立功能关系的等式时，等式左边是功，右边为能。涉及能的式子，往往会出现能量的变化、能量的增量和能量的减量三种不同描述。在教学中，教师和学生往往易忽略其物理含义的理解，因此，在这个环节成为学生的高频易错点。特别是重力做功与重力势能变化的关系。接下来我将对这三种名词进行讨论与分析。

（1）能量的变化;物理中对于能量的变化定义：末状态的能量减去初状态的能量。物理表达式为△E=E2-E1。

（2）能量的增量;名词中增量在物理意义是广义增量，并不一定是正值。物理定义为末状态的能量减去初状态的能量，物理表达式△E增量=E2-E1。表达式体现出两种不同的物理情境。假设物体在某个运动过程中，一种是能量不断增加，表明能量的增量为正值;另外一种能量不断减少，表明能量的增量为负值。

（3）能量的减量;名词中减量在物理意义是广义减量。物理对其定义为初状态的能量减去末状态的能量，物理表达式△E增量=E1-E2。表达式同样体现出两种不同的物理情境。假设物体在某个运动过程中，一种是能量不断减少，表明能量的减量为正值;另外一种是能量不断增加，表明能量的减量为负值。

3、现结合高中出现高频的功能关系进行汇总，有助于学生的理解与运用。现教学中常见的几种功能关系及其表达式[2]

（1）合外力对物体所做的功等于物体动能的增量，W合=Ek2-Ek1=ΔEk

（2）重力对物体所做的功等于重力势能的减量，WG=-ΔEp=Ep1-Ep2

（3）弹簧弹力对物体所做的功等于弹性势能的减量，WF=-ΔEp=Ep1-Ep2

（4）除重力和弹簧弹力之外的其他力做的功等于机械能的增量，W其他=ΔE=E2-E1

（5）一对相互作用的滑動摩擦力的总功总是负值，机械能转化为内能。所以因摩擦所产生的内能等于滑动摩擦力跟物体间相对路程的乘积，Q=fs相对

（6）电场力对电荷所做的功等于电荷电势能的减量，W电=-ΔEp=Ep1-Ep2

（7）安培力做功对应电能与其它形式能量的相互转化，常见的是电能与机械能的相互转化。安培力做正功时，载流导线沿安培力的方向移动，将电能转化为机械能，W安=ΔE=E2-E1

克服安培力做功时，外力推动载流导线逆安培力的方向移动，将机械能转化为电能，

W安克=-ΔE=E1-E2。此时在电路中，电能往往不能储存，会直接对外供电，电能转化为电路的焦耳热。

4、初末状态的判断。对于综合性的题目，一般都会涉及多运动考查。多运动主要指直线运动、圆周运动和平抛运动等相结合。一般情况下，初状态较容易确定，题目会给出条件，如从某点静止出发，难点在于末状态的确定，大致思路是分析哪个位置的信息能用题给条件直接获得或间接得到，则将该点定为末状态[1]，一般会结合圆周运动的恰好过某点或结合平抛运动的信息来确定，摸清出题的规律，举一反三。

三、总结

总之，在高中物理功能关系教学中，教师首先应注重功与能的基本概念的理解，这样才能准确写出功的计算和能量变化的表达式。其次，需要我们对功能关系的运用不断探索，灵活掌握各种能量之间的转变和区分，让学生能正确判断使用何种功能关系解决高中物理问题。

参考文献

[1]苏春泉.高中物理功能关系应用例析[J].福建基础教育研究.2019（11）.100-102

[2]王星宇.高中物理中功能关系的运用探索[J].读天下，2017（1）.

作者简介：黄国保;性别：男;出生年：1988;民族：汉;籍贯：福建莆田;职称：中学二级;学历：大学本科;研究方向：浅谈高中物理功能关系。