物理高考中功能關(guān)系的應(yīng)用

費(fèi)兆寧

摘 要：功能關(guān)系不僅是高中物理開展教學(xué)的重中之重，而且還是學(xué)生無法有效掌握的重點(diǎn)。就高中物理而言，其教學(xué)中不僅涉及較廣的功能關(guān)系，而且各個(gè)環(huán)節(jié)還是緊密結(jié)合的，這就需要學(xué)生靈活的應(yīng)用學(xué)習(xí)的知識(shí)對(duì)物理的功能問題進(jìn)行解決。本文主要對(duì)物理高考過程中的功能關(guān)系運(yùn)用進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：高中物理;高考;功能關(guān)系;應(yīng)用

功與能的概念作為物理學(xué)當(dāng)中最基本、最重要的概念，能的守恒定律及其轉(zhuǎn)化是自然界最普通、最基本、最重要的客觀規(guī)律。功能關(guān)系逐漸在熱學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)、原子物理學(xué)、力學(xué)中得到廣泛應(yīng)用，其屬于對(duì)物理問題實(shí)施解決的一個(gè)重要途徑。通過能量觀點(diǎn)對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行分析時(shí)，通常能不關(guān)系過程當(dāng)中力的作用，只關(guān)心過程當(dāng)中能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系，及其始末狀態(tài)，不僅能準(zhǔn)確把握問題實(shí)質(zhì)，而且還能使解題思路更加簡(jiǎn)捷。因此，功能關(guān)系不僅是物理教學(xué)中的重要方法，而且還是一項(xiàng)高考熱點(diǎn)。本文主要對(duì)物理高考過程中功能關(guān)系的運(yùn)用進(jìn)行探究，以確保物理教學(xué)效果。

一、功能變化與合力做功關(guān)系

動(dòng)能變化量與合力做的功相等。合力做負(fù)功時(shí)，動(dòng)能減少;合力做正功時(shí)，動(dòng)能增加;合力做功多少通常與動(dòng)能的增加量與減少量相等。

例如，如圖1，傾角α是斜面A固定于水平面，細(xì)線一端被固定在墻面，另一端則跨越過斜面頂端小滑輪上和物塊B連接，B在斜面上禁止?；喌淖髠?cè)細(xì)線呈水平，右側(cè)細(xì)線和斜面呈平行。A、B的質(zhì)量都是m，撤掉A裝置之后，A、B同時(shí)做直線運(yùn)行，不計(jì)算摩擦力，重力的加速度是g。求：（1）A固定不動(dòng)，A對(duì)B的支持力大小FN;（2）設(shè)A滑動(dòng)位移是x的時(shí)候，B位移的大小s;（3）設(shè)A滑動(dòng)位移是x的時(shí)候的速度VA。

在具體應(yīng)用功能定理的時(shí)候，通常需明確哪個(gè)物體在具體過程中做到功，并確定每個(gè)初末狀態(tài)與每個(gè)力做的功，與其他能量相似，功能也是相對(duì)的，與合力做功有著直接關(guān)系。

二、彈力勢(shì)能與彈簧做功關(guān)系

W彈彈力勢(shì)能具體改變量與彈簧力做功相等。彈簧做正功的勢(shì)能減少，做負(fù)功則勢(shì)能增加。

例如，彈簧的一側(cè)固定，而另一側(cè)與一塊物體連接，彈簧的質(zhì)量不計(jì)算，物塊作為質(zhì)點(diǎn)，其質(zhì)量為m，在水平的桌面上沿著x軸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，和桌面之間的動(dòng)摩擦的因數(shù)是μ，將彈簧的原長(zhǎng)時(shí)候的物塊位置作為坐標(biāo)的原點(diǎn)O，彈簧的伸長(zhǎng)具體量為x的時(shí)候，物塊承受的彈簧力的大小是F=kx，k是常量，如圖2。

（1）根據(jù)F隨著x的變化，畫出示意圖，并依據(jù)F-x的圖像，求出物塊沿著x軸從點(diǎn)O運(yùn)動(dòng)至x位置的過程彈力做的功。

（2）a.求彈力做的功，并根據(jù)此求出彈性的勢(shì)能變化量;b求出滑動(dòng)摩擦力做的功;并和彈力做功相比，并說明為何沒有和摩擦力相對(duì)應(yīng)的“摩擦力勢(shì)能”概念。

解析：（1）彈簧彈力和位移圖像見圖3，根據(jù)面積法可得圖象和坐標(biāo)軸所圍成的面積就是彈力做的功，也就是;

（3）a.由圖像可得：物體從x1至x2的全過程，彈力的做功為，依據(jù)彈力做功和彈性勢(shì)能二者的關(guān)系，可知，可得。

由此可知，摩擦力做功和路程呈正比，而彈簧彈力的做功卻和路程無關(guān)，只要和初末位置存有關(guān)系，因此，不存在“摩擦力勢(shì)能”的相關(guān)概念。勢(shì)能變化量通常與對(duì)應(yīng)的力做功是相反數(shù)。高中物理中雖然沒有關(guān)于彈性勢(shì)能的相關(guān)計(jì)算公式，但是，可依據(jù)勢(shì)能之間的功能關(guān)系，對(duì)彈性勢(shì)能計(jì)算的公式進(jìn)行推導(dǎo)，從而應(yīng)用該公式進(jìn)行解題。

三、重力勢(shì)能與重力做功關(guān)系

重力勢(shì)能變化量通常與重力做功量相等，重力做正功時(shí)，重力勢(shì)能逐漸減小，重力做負(fù)功時(shí)，重力勢(shì)能相應(yīng)增加，即重力勢(shì)能減少的量與重力做功量相等。在有關(guān)天體運(yùn)動(dòng)時(shí)，萬(wàn)有引力做功通常與引力勢(shì)能減少量是相等的。

例如，蹦極運(yùn)動(dòng)員的身上系著彈性蹦極繩，從水面上方高臺(tái)跳下來，到最低點(diǎn)的時(shí)候，也就是距水面數(shù)米的距離，如果空氣的阻力可以忽略，運(yùn)動(dòng)員即可視作為質(zhì)點(diǎn)，以下說法正確的為（ ）

A.運(yùn)動(dòng)員達(dá)到最低點(diǎn)之前重力勢(shì)能始終在減小;

B.蹦極繩張緊之后下落中，彈性力做負(fù)功，彈性勢(shì)能逐漸增加;

C蹦極中，地球、運(yùn)動(dòng)員與蹦極繩形成的系統(tǒng)為機(jī)械能守恒;

D蹦極中，重力勢(shì)能發(fā)生的改變和重力勢(shì)能的零點(diǎn)選擇相關(guān)

解析：對(duì)選項(xiàng)AB進(jìn)行分析時(shí)，運(yùn)動(dòng)員下降至最低點(diǎn)的時(shí)候，重力做正功，重力勢(shì)能逐漸減小，當(dāng)蹦極繩張緊之后，在下落中，彈性做負(fù)功，彈性勢(shì)能逐漸增加，因此，AB為正確的選項(xiàng)。

結(jié)束語(yǔ)：綜上所述，物理教學(xué)中，所有能量的問題都是通過能量守恒作為基礎(chǔ)進(jìn)行解決的，一旦有能量消耗，就會(huì)有相應(yīng)的力做功，確保力做功和能力間的關(guān)系，通常能夠使物理問題得到有效解決，因此，高中物理的學(xué)習(xí)中，掌握功能關(guān)系是極為重要的。

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