淺談高中物理中的功能關(guān)系

摘 要：在高中物理教學(xué)中，能量觀點(diǎn)是作為高中物理解決問題的三大方法之一。功能關(guān)系在高中物理中貫穿整個(gè)課程學(xué)習(xí)的中心內(nèi)容，其涉及范圍廣，之間的各個(gè)環(huán)節(jié)也是緊密相扣的。學(xué)生在學(xué)習(xí)中掌握過程復(fù)雜接受難度很大。

關(guān)鍵詞：高中物理;功能關(guān)系

本文將從平常教學(xué)中發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在的知識(shí)性錯(cuò)誤，歸納并總結(jié)對(duì)應(yīng)解決措施，幫助學(xué)生更好的理解功能關(guān)系，從而提高學(xué)生綜合解題能力。

一、學(xué)生的常犯知識(shí)性錯(cuò)誤

1、對(duì)于功的認(rèn)識(shí)以及計(jì)算存在誤區(qū);

對(duì)只改變方向的變力誤認(rèn)為恒力，依然使用恒力做功公式算變力做功大小。例如：某物體做豎直上拋的運(yùn)動(dòng)，從拋出點(diǎn)到返回至原出發(fā)點(diǎn)的過程中，計(jì)算空氣阻力做功。很多同學(xué)會(huì)誤認(rèn)為物體運(yùn)動(dòng)的位移等于0，所以空氣阻力做功也等于0。

2、對(duì)于一些與能量變化有關(guān)物理名詞概念理解不清，無法正確列出對(duì)于的數(shù)學(xué)表達(dá)式，使用時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)負(fù)號(hào)問題。常見有：能量的改變、能量的增量和能量的減量。學(xué)生對(duì)概念模糊不清，均用末狀態(tài)能量減去初狀態(tài)能量來表示以上三種能量變化。

3、無法把功和能量的對(duì)應(yīng)關(guān)系建立起來，或者在建立功和能量關(guān)系時(shí)，把功和能量混淆。

學(xué)生對(duì)摩擦力做功與產(chǎn)生的內(nèi)能關(guān)系認(rèn)識(shí)有誤，認(rèn)為某物體克服摩擦力做了多少功就等于內(nèi)能的增加量。對(duì)其認(rèn)識(shí)具有一定局限性，而忽略掉反作用力的做功情況。

4涉及物體多運(yùn)動(dòng)過程時(shí)，初末狀態(tài)的判斷容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。學(xué)生不能很好地依據(jù)題中所給已知條件以及須求解的物理量來確定研究過程，而是盲目選取某個(gè)過程進(jìn)行分析，從而使得解題過程變得更加復(fù)雜;又或者出現(xiàn)選取的過程做功與能量的變化不對(duì)應(yīng)，導(dǎo)致運(yùn)用出錯(cuò)。

二、應(yīng)對(duì)策略

1、高中物理中出現(xiàn)的各類力計(jì)算做功進(jìn)行分類總結(jié);

（1）恒力做功，計(jì)算公式W=Fscosθ。公式中s表示物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)位移，角度θ表示矢量力F與矢量位移方向的夾角。

（2）只改變力的方向，不改變力的大小的變力做功。借助“微元法”的思想，運(yùn)動(dòng)路徑實(shí)現(xiàn)化曲為直，物體運(yùn)動(dòng)的位移轉(zhuǎn)化為路程，再巧用恒力做功的公式W=Fscosθ，其中s表示物體運(yùn)動(dòng)的路程，θ表示力與速度的夾角。

（3）只改變力的大小，不改變力的方向的變力做功。借助F-s圖像，利用圖像與坐標(biāo)軸圍成的面積大小表示做功多少。如果圖像在橫軸上方，說明力做正功，功的大小為正值。如果圖像在橫軸下方，說明力做負(fù)功，功為負(fù)值。

（4）明確力做負(fù)功的兩種不同表述方法。力F對(duì)物體做負(fù)功，也可以說物體克服該力做了正功。因此求解多個(gè)力做功之和，其中包含力做負(fù)功，那么計(jì)算的方法有兩種。一種是每個(gè)力分別對(duì)物體做功進(jìn)行代數(shù)求和;另外一種根據(jù)做功正負(fù)分類，先求出所有做正功之和W正，再求出所有做負(fù)功絕對(duì)值之和W負(fù)，做功之和等于W正-W負(fù)。

2、解讀與能量變化有關(guān)的一些名詞之間的區(qū)別與聯(lián)系

在建立功能關(guān)系的等式時(shí)，等式左邊是功，右邊為能。涉及能的式子，往往會(huì)出現(xiàn)能量的變化、能量的增量和能量的減量三種不同描述。在教學(xué)中，教師和學(xué)生往往易忽略其物理含義的理解，因此，在這個(gè)環(huán)節(jié)成為學(xué)生的高頻易錯(cuò)點(diǎn)。特別是重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系。接下來我將對(duì)這三種名詞進(jìn)行討論與分析。

（1）能量的變化;物理中對(duì)于能量的變化定義：末狀態(tài)的能量減去初狀態(tài)的能量。物理表達(dá)式為△E=E2-E1。

（2）能量的增量;名詞中增量在物理意義是廣義增量，并不一定是正值。物理定義為末狀態(tài)的能量減去初狀態(tài)的能量，物理表達(dá)式△E增量=E2-E1。表達(dá)式體現(xiàn)出兩種不同的物理情境。假設(shè)物體在某個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，一種是能量不斷增加，表明能量的增量為正值;另外一種能量不斷減少，表明能量的增量為負(fù)值。

（3）能量的減量;名詞中減量在物理意義是廣義減量。物理對(duì)其定義為初狀態(tài)的能量減去末狀態(tài)的能量，物理表達(dá)式△E增量=E1-E2。表達(dá)式同樣體現(xiàn)出兩種不同的物理情境。假設(shè)物體在某個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，一種是能量不斷減少，表明能量的減量為正值;另外一種是能量不斷增加，表明能量的減量為負(fù)值。

3、現(xiàn)結(jié)合高中出現(xiàn)高頻的功能關(guān)系進(jìn)行匯總，有助于學(xué)生的理解與運(yùn)用。現(xiàn)教學(xué)中常見的幾種功能關(guān)系及其表達(dá)式[2]

（1）合外力對(duì)物體所做的功等于物體動(dòng)能的增量，W合=Ek2-Ek1=ΔEk

（2）重力對(duì)物體所做的功等于重力勢(shì)能的減量，WG=-ΔEp=Ep1-Ep2

（3）彈簧彈力對(duì)物體所做的功等于彈性勢(shì)能的減量，WF=-ΔEp=Ep1-Ep2

（4）除重力和彈簧彈力之外的其他力做的功等于機(jī)械能的增量，W其他=ΔE=E2-E1

（5）一對(duì)相互作用的滑動(dòng)摩擦力的總功總是負(fù)值，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。所以因摩擦所產(chǎn)生的內(nèi)能等于滑動(dòng)摩擦力跟物體間相對(duì)路程的乘積，Q=fs相對(duì)

（6）電場(chǎng)力對(duì)電荷所做的功等于電荷電勢(shì)能的減量，W電=-ΔEp=Ep1-Ep2

（7）安培力做功對(duì)應(yīng)電能與其它形式能量的相互轉(zhuǎn)化，常見的是電能與機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)化。安培力做正功時(shí)，載流導(dǎo)線沿安培力的方向移動(dòng)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，W安=ΔE=E2-E1

克服安培力做功時(shí)，外力推動(dòng)載流導(dǎo)線逆安培力的方向移動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，

W安克=-ΔE=E1-E2。此時(shí)在電路中，電能往往不能儲(chǔ)存，會(huì)直接對(duì)外供電，電能轉(zhuǎn)化為電路的焦耳熱。

4、初末狀態(tài)的判斷。對(duì)于綜合性的題目，一般都會(huì)涉及多運(yùn)動(dòng)考查。多運(yùn)動(dòng)主要指直線運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)和平拋運(yùn)動(dòng)等相結(jié)合。一般情況下，初狀態(tài)較容易確定，題目會(huì)給出條件，如從某點(diǎn)靜止出發(fā)，難點(diǎn)在于末狀態(tài)的確定，大致思路是分析哪個(gè)位置的信息能用題給條件直接獲得或間接得到，則將該點(diǎn)定為末狀態(tài)[1]，一般會(huì)結(jié)合圓周運(yùn)動(dòng)的恰好過某點(diǎn)或結(jié)合平拋運(yùn)動(dòng)的信息來確定，摸清出題的規(guī)律，舉一反三。

三、總結(jié)

總之，在高中物理功能關(guān)系教學(xué)中，教師首先應(yīng)注重功與能的基本概念的理解，這樣才能準(zhǔn)確寫出功的計(jì)算和能量變化的表達(dá)式。其次，需要我們對(duì)功能關(guān)系的運(yùn)用不斷探索，靈活掌握各種能量之間的轉(zhuǎn)變和區(qū)分，讓學(xué)生能正確判斷使用何種功能關(guān)系解決高中物理問題。

參考文獻(xiàn)

[1]蘇春泉.高中物理功能關(guān)系應(yīng)用例析[J].福建基礎(chǔ)教育研究.2019（11）.100-102

[2]王星宇.高中物理中功能關(guān)系的運(yùn)用探索[J].讀天下，2017（1）.

作者簡(jiǎn)介：黃國保;性別：男;出生年：1988;民族：漢;籍貫：福建莆田;職稱：中學(xué)二級(jí);學(xué)歷：大學(xué)本科;研究方向：淺談高中物理功能關(guān)系。