物理高考中功能關系的應用

費兆寧

摘 要：功能關系不僅是高中物理開展教學的重中之重，而且還是學生無法有效掌握的重點。就高中物理而言，其教學中不僅涉及較廣的功能關系，而且各個環(huán)節(jié)還是緊密結合的，這就需要學生靈活的應用學習的知識對物理的功能問題進行解決。本文主要對物理高考過程中的功能關系運用進行探討。

關鍵詞：高中物理;高考;功能關系;應用

功與能的概念作為物理學當中最基本、最重要的概念，能的守恒定律及其轉化是自然界最普通、最基本、最重要的客觀規(guī)律。功能關系逐漸在熱學、光學、電磁學、原子物理學、力學中得到廣泛應用，其屬于對物理問題實施解決的一個重要途徑。通過能量觀點對相關問題進行分析時，通常能不關系過程當中力的作用，只關心過程當中能量的轉化關系，及其始末狀態(tài)，不僅能準確把握問題實質，而且還能使解題思路更加簡捷。因此，功能關系不僅是物理教學中的重要方法，而且還是一項高考熱點。本文主要對物理高考過程中功能關系的運用進行探究，以確保物理教學效果。

一、功能變化與合力做功關系

動能變化量與合力做的功相等。合力做負功時，動能減少;合力做正功時，動能增加;合力做功多少通常與動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。滑輪的左側細線呈水平，右側細線和斜面呈平行。A、B的質量都是m，撤掉A裝置之后，A、B同時做直線運行，不計算摩擦力，重力的加速度是g。求：（1）A固定不動，A對B的支持力大小FN;（2）設A滑動位移是x的時候，B位移的大小s;（3）設A滑動位移是x的時候的速度VA。

在具體應用功能定理的時候，通常需明確哪個物體在具體過程中做到功，并確定每個初末狀態(tài)與每個力做的功，與其他能量相似，功能也是相對的，與合力做功有著直接關系。

二、彈力勢能與彈簧做功關系

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

例如，彈簧的一側固定，而另一側與一塊物體連接，彈簧的質量不計算，物塊作為質點，其質量為m，在水平的桌面上沿著x軸進行運動，和桌面之間的動摩擦的因數(shù)是μ，將彈簧的原長時候的物塊位置作為坐標的原點O，彈簧的伸長具體量為x的時候，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O運動至x位置的過程彈力做的功。

（2）a.求彈力做的功，并根據(jù)此求出彈性的勢能變化量;b求出滑動摩擦力做的功;并和彈力做功相比，并說明為何沒有和摩擦力相對應的“摩擦力勢能”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)彈力做功和彈性勢能二者的關系，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，只要和初末位置存有關系，因此，不存在“摩擦力勢能”的相關概念。勢能變化量通常與對應的力做功是相反數(shù)。高中物理中雖然沒有關于彈性勢能的相關計算公式，但是，可依據(jù)勢能之間的功能關系，對彈性勢能計算的公式進行推導，從而應用該公式進行解題。

三、重力勢能與重力做功關系

重力勢能變化量通常與重力做功量相等，重力做正功時，重力勢能逐漸減小，重力做負功時，重力勢能相應增加，即重力勢能減少的量與重力做功量相等。在有關天體運動時，萬有引力做功通常與引力勢能減少量是相等的。

例如，蹦極運動員的身上系著彈性蹦極繩，從水面上方高臺跳下來，到最低點的時候，也就是距水面數(shù)米的距離，如果空氣的阻力可以忽略，運動員即可視作為質點，以下說法正確的為（ ）

A.運動員達到最低點之前重力勢能始終在減小;

B.蹦極繩張緊之后下落中，彈性力做負功，彈性勢能逐漸增加;

C蹦極中，地球、運動員與蹦極繩形成的系統(tǒng)為機械能守恒;

D蹦極中，重力勢能發(fā)生的改變和重力勢能的零點選擇相關

解析：對選項AB進行分析時，運動員下降至最低點的時候，重力做正功，重力勢能逐漸減小，當蹦極繩張緊之后，在下落中，彈性做負功，彈性勢能逐漸增加，因此，AB為正確的選項。

結束語：綜上所述，物理教學中，所有能量的問題都是通過能量守恒作為基礎進行解決的，一旦有能量消耗，就會有相應的力做功，確保力做功和能力間的關系，通常能夠使物理問題得到有效解決，因此，高中物理的學習中，掌握功能關系是極為重要的。

參考文獻

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