归纳高中物理中主要的功能关系

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1、归纳高中物理中主要的功能关系——《高中物理思维为方法集解》随笔系列QQ空间QQ好友新浪微博推荐给朋友　山东平原一中魏德田（整理）能量的转化和守恒定律是物理学的基本定律，从功和能的角度分析物体的运动与相互作用规律是研究物理问题常用的一种方法，这种方法在力学、热学、电磁学、光学和原子物理学中都有广泛的应用，能熟练掌握这一方法，对提高运用所学知识解决物理综合问题有重要意义。 　　一、归纳高中物理中主要的功能关系 　　1．外力对物体做功的代数和等于物体动能的增量，即（动能定理）。 　　2．重力（或弹簧弹力）对物体所做的功等于物体重力势能（或弹性势能）

2、增量的负值。 　　3．电场力对电荷所做的功等于电荷电势能增量的负值，即Ｗ电＝－△ＥＰ。 　　4．分子力做正功分子势能减少，克服分子力做功分子势能增加。 　　5．除重力（和弹簧弹力）以外的力对物体所做的功，等于物体机械能的增量，即为功能原理。 　　6．除重力（和弹簧弹力）以外的力对物体所做的功为零时，物体（或系统）机械能守恒。 　　7．一对滑动摩擦力所做功的代数和总是负值，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。 　　8．在绝热系统中，外界对系统做功，系统的内能增加，系统对外界做功，系统内能减少，即Ｗ＝△Ｕ。 　　9．在闭合电路

3、中，非静电力做的功是其他形式的能转化为电能的量度，电场力做的功是电能转化为其他形式的能的量度。 　　10．安培力做功对应着电能与其它形式的能相互转化，即安培力做正功，对应着电能转化为其它能（如电动机模型）；克服安培力做功，对应着其它能转化为电能（如发电机模型）；且安培力做功的绝对值，等于电能转化的量值。 　　11．能量转化和守恒定律，对于所有参与相互作用的物体系统，其每一个物体的能量的数值及形式都可能发生变化，但系统内所有物体的各种形式能量的总和保持不变。 　　二、运用能量观点分析解决问题的基本思路 　　1．选定研究对象（系统）。 　　2．弄

4、清外界与研究对象（或系统）之间的做功情况。 　　3．分析系统内各种能量的变化情况，（是增还是减，变化量如何表达）。 　　4．由功和能量的变化之间的关系列出方程。 　　5．解方程，分析所得的结果。　　三、例题分析 　由于热学和光学原子物理在高考中多半以选择题形式考查学生对功能关系的理解，相对容易些，所以这里主要列举力学、电学中的问题。 　【例题1】　如图1所示，设在倾角为θ的固定斜面底端有一物体m，初速度为，受沿斜面向上的拉力F作用，滑动摩擦力为?。求物体沿斜面向上位移Ｌ时的速度。  　【解析】物体受力如图，应用于功能原理，其表达式为 　　　　

5、　　① 　　若以物体为研究对象，将①式变形为 　　　　　　② 　　这就是应用动能定理得出的方程。如果改变本题条件物体以速度冲上光滑斜面。则②式变为 　　　　　　③ 　　这就是机械能守恒定律的表达式。 　　【例题2】　在光滑水平面上停放着一辆质量为M的小车，质量为m的物体与劲度系数为的轻弹簧牢固连接，弹簧的另一端与小车左端连接。将弹簧压缩x0后用细绳把物体与小车拴住，使物体静止于车上A点，如图2所示，物体与平板间的动摩擦因数为μ，O为弹簧原长时物体右端所在位置。然后将细线烧断，物体和小车都要开始运动，求：  　（1）当物体在车上运动到距O点多远

6、处，小车获得的速度最大？ 　（2）若小车的最大速度是υ1，则此过程中弹簧释放的弹性势能是多少？ 　【解析】（1）物体与小车组成的系统动量守恒。当物体速度最大时，小车的速度也最大。分析物体m受力情况，弹开过程，物体做加速度逐渐减小的加速运动，速度最大时，加速度为零，则有κχ=μmg，即χ＝μmg／κ。此时物体距Ｏ点距离为 　（2）由系统动量守恒得＝0，即＝ 　由能量守恒定律可知，弹簧释放的弹性势能转化为动能和内能，有 　　 　而　 　则　 　【例题3】　如图3所示，倾角为θ=37°，电阻不计，间距，长度足够的平行导轨处，加有磁感应强度，方向垂直

7、于导轨平面，图未画出匀强磁场，导轨两端各接一个阻值R=2Ω，其与导轨间的动摩擦因数μ=0．5。金属棒以平行于导轨向上的初速度υ0=10m/s上滑，直至上升到最高点的过程中，通过上端的电量Δｑ＝0．1C（ｇ取10ｍ／s2，sin370=0．6），求上端电阻R0上产生的焦耳热Q。  　【分析】金属棒以初速度υ0向上滑行的过程中克服重力、安培力和摩擦力做功，动能分别转化为重力势能、电能和内能．从电路构成可知导轨上、下端电阻发出热量相等，由焦耳定律可得可求出金属棒扫过的面积和沿导轨上滑的距离。 　【解答】由电流定义式和并联电路规律，闭合电路欧姆定律和

8、电磁感应定律可得 　　 　　， 　由磁通量定义可得　，而  金属棒沿导轨上滑的受力如图4所示，金属棒所受各力中安培力是变力，其做负功使机械能转化为电能，进而变为内能