高中物理中的功能关系

高中物理中的功能关系功能关系是贯穿高中部物理学的一条主线，能量也是每年高考的必考内容。功能关系同样也是高中物理中的难点，其根本的原因在于能的多样性和复杂性，梳理整合各种功能关系对于物理的教和学都有至关重要的意义。首先，要正确的理清功和能的概念。功是一个过程量，所描述的是力在物体沿力的方向发生位移的过程中的积累效应，也可以说是力的空间积累效应。能是状态量，可以以多种不同的形式存在。按照物质的不同运动形式分类，能量可分为机械能、化学能、热能、电能、辐射能、核能。这些不同形式的能量之间可以通过物理过程或化学反应而相互转化。其次，明确做功的过程就是能量转化的过程。做了多少功可以用转化了多少能量来度量；反过来，某个过程转化了多少能量，可以用该过程做了多少功来度量。二者既是两个完全不同的概念，但又有着紧密联系不可分割。下面具体分析各种功能关系：一、各种形式的能与功的对应关系1.重力做功与重力势能变化的关系WG=mg（h1-h2）=mgh1-mgh2 =-（mgh2-mgh1）= -Ep 重力做的功等于重力势能的减量，重力做正功，重力势能减小；重力做负功重力势能增加；增加或减少的量等于重力做功的多少。同样在有关天体运动中，万有引力做的功等于等于引力势能的减量。2.弹簧的弹力做功与弹性势能变化的关系W弹=-Ep弹簧的弹力做的功等于弹性势能的减量，弹簧弹力做正功弹性势能减少；弹力做负功，弹性势能增加；增减的多少等于弹力做功的数值。3.电场力做功与电势能变化的关系 W电=qUAB=q（A-B）=qA -qB =EpA-EpB=-（EpB - EpA ）=-Ep电场力做的功等于弹性势能的减量，电场力做正功，电势能减小；电场力做负功电势能增加；增加或减少的量等于电场力做功的多少。4.分子力做功与分子势能的变化关系W分=-Ep分子力做的功等于分子势能的减量，分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功分子势能增加；增加或减少的量等于分子力做功的多少。5.合力做功与动能变化的关系W合=mv22-mv12=Ek合力所做的功等于动能的增量(变化量),合力做正功,动能增加；合力做负功，动能减小。增加或减少的动能等于合力做功的多少。6.机械能变化与除了重力与弹力（胡克力）以外其它力做功的关系如图，质量为m的物体从A运动到B，速度由vA变为vB，用F表示除了重力以外其它力的合力，根据动能定理W其它+WG=Ek而WG=-Ep则W其它=Ek+Ep=E机即物体机械能的变化量可以用除了重力以外其它力做功来度量。当W其它0 时，E机0，物体机械能增加；当W其它0 时，E机0，物体机械能减小；当W其它=0 时，E机=0，物体机械能不变，即机械能守恒。7. 摩擦力做功的特点（1）摩擦力可以做正功（传送带运送物体）、可以做负功、也可能不做功。（2）一对相互作用的静摩擦力所做的总功总是等于零。（两者都不做功或一个做正功，一个做负功，代数和为零）（3）一对滑动摩擦力所做的总功一定为负值。（可能是两者都做负功，如图甲；也可能是一个做正功，一个做负功，但负功的数值大于正功的数值，代数和为负，如图乙）（4）一对滑动摩擦力所做总功的绝对值等于在此过程中产生的内能如图，质量为m的物块以速度v1冲上质量为M，速度为V2的木板，木板处于光滑的水平面上，经过一段时间，木块m与木板M的速度分别为V1合V2,二者的位移分别为S1、S2物块与木板间的动摩擦力大小为 对m -S1=mv12-mv12 对M S2=Mv22-Mv22 由+得 （S1- S2）=（mv12+Mv22）-（mv12+Mv22）即 （S1- S2） =（mv12+Mv22）-（mv12+Mv22）其中S1- S2为物块与木板的相对位移；（mv12+Mv22）为板块系统的初态机械能；（mv12+Mv22）为板块系统的末态机械能。（mv12+Mv22）-（mv12+Mv22）为系统机械能的减少量，根据能量守恒，减少的机械能等于摩擦产生的内能。即在相对滑动的系统内滑动摩擦力与相对运动位移（或相对路程）的乘积等于在此过程中产生的内能，即动 S相=E内 同理，子弹打物块模型中产生的内能等于子弹受到的阻力F阻与打进物块深度d的乘积 即F阻d=E内8. 导体克服安培力所做的功等于该过程产生的电能如图，磁场的磁感应强度为B，导体棒长度L，速度为V，回路总电阻R。则此时回路中的感应电流导体棒受到安培力为则导体棒克服安培力做功的功率为此时的电热功率为 因为任意时刻都有P克安=P热，则E电=W克二 高中物理中的有关能量的守恒问题1.对单个物体，只有重力做功（除重力以外其它力所做总功等于零），物体的动能和重力势能（与地球系统）总和保持不变。即 mgh1+12mv12=mgh2+12mv22 （Ek1+Ep1= Ek2+Ep2） 或mgh1- mgh2=12mv22-12mv122.对物体与弹簧组成的系统，只有弹簧弹力做功（除弹力以外其它力所做总功为零），物体的动能与弹簧的弹性势能之和保持不变。根据弹簧的弹力做功与弹性势能变化的关系有W弹=Ep1-Ep2又W弹=W合=Ek2-Ek1即Ep1-Ep2=Ek2-Ek13.对物体与弹簧组成的系统，只有重力和弹簧的弹力做功（或除重力，弹簧弹力以外以外其它力所做的总功为零），物体的动能、重力势能、弹簧的弹性势能总和保持不变，系统机械能守恒。理论推导如下：W弹=Ep1-Ep2WG= mgh1-mgh2据动能定理 W弹+ WG= Ek2-Ek1即（Ep1-Ep2）+（ mgh1-mgh2）= Ek2-Ek1得 Ep1+ mgh1+ mgh1= Ep2+ mgh2+ Ek24.只有电场力做功时，电势能与动能之和保持不变WAB=EPA-EPB据动能定理 WAB=EkB-EKA则 EPA-EPB=EkB-EKA或EPA+EKA= EPB+ EkB5.只有重力和电场力做功时，机械能和电势能的总和保持不变WG= mghA-mghBW电=qUAB= EpA-EpB据动能定理WG+ W电= EkB-EkA即 （mghA-mghB）+ （EpA-EpB）= EkB-EkA则mghA+ EpA+ EkA= mghB+ EpB+ EkB