高中物理中功能關系類題目的解題技巧探討

【摘要】功能關系是高中物理中的重要內容，也是高考的重要考點.內容方面，功是能量轉化的量度，某些力做的功與能量轉化等同，為數量關系.解答功能關系類題目時，要掌握技巧，才能加快解題速度，保證結果的準確性.本文針對高中物理功能關系類問題的解題技巧展開研究.

【關鍵詞】高中物理；功能關系；解題技巧

在高中物理中，功能關系類題目的解題難度相對較大.所以，高中學生掌握相關理論知識的同時還要掌握相應的解題技巧，以提高知識應用能力［1］.

1 功能關系概述

1.1 重力做功與重力勢能之間的變化關系

當重力做正功的時候，重力勢能就會相應地減少；當重力做負功的時候，重力勢能就會相應地增加［2］ .重力所做的功即為重力勢能減少量.具體的關系式如下：

WG=Ep1-Ep2.

其中，Ep1為初狀態重力勢能，Ep2為末狀態重力勢能.

1.2 彈簧彈力做功與彈性勢能之間的變化關系

當彈簧彈力做正功的時候，彈性勢能相應地減少；當彈簧彈力做負功的時候，彈性勢能相應地增加.彈性所做的功即為重力勢能的減少量.具體的關系式如下：

WN=Ep1-Ep2.

其中，Ep1為初狀態彈性勢能，Ep2為末狀態彈性勢能.

1.3 合力做功與動能之間的變化關系

合力做正功的時候，動能相應地增加；合力做負功的時候，動能相應地減少.合力所做的功即為動能的增量.具體的關系式如下：

WN=Ek1-Ek2.

其中，Ek1為末動能，Ek2為初動能.

1.4 除重力與彈簧彈力以外其他的力做功與機械能之間的變化關系

除重力與彈簧彈力以外其他的力做正功機械能增加，除重力與彈簧彈力以外其他的力做負功機械能減少［3］.具體的關系式如下：

W其他=E機1-E機2.

其中，E機1為末狀態機械能，E機2為初狀態機械能.

2 高中物理中功能關系類題目的解題技巧

高中物理中的功能關系通過應用功能關系總式就可以體現出來，即W＝ΔE.需要注意的是，功和能是兩個完全不同的物理量，前者對應過程，后者對應狀態，但是二者之間存在確定性關系.高中物理功能關系方面的題多種多樣，知識點應用靈活，下面主要介紹動能定理的綜合應用物理題解題技巧和能量問題解題技巧.

2.1 動能定理的綜合應用物理題解題技巧

有關動能定理的物理題，知道動能和速度，就能夠得出物體質量.

例1 小車長為L=2m、質量為m=1kg，其在光滑的水平面上保持靜止狀態，質量為m2=kg物體在小車上以v0=2.5m/s的水平速度從A端開始何B端滑動，如果m1與m2之間的動摩擦因數為μ=0.05，問：

圖1

（1）物體m2要脫離小車需要多長時間？

（2）m2在車上滑動的過程中，m2對小車產生摩擦力所做的正功與小車對m2產生的摩擦力所做的負功各為多少？（g=10m/s2）

解析 （1）物體m2上小車，受到小車對其向左的滑動摩擦力作用，然后向右做為勻減速運動，此時小車受物體向右的滑動摩擦力作用，開始向右勻加速運動，初速度是零，當物體從小車上脫離，兩者都會對地產生位移，差值與車長L相等，如果物體和小車的加速度是a2，a1，用牛頓第二定律計算：

a1=μm1gm1=μg=0.5m/s2，a2=μm2gm2=μg=0.5m/s2.

設物體經過t時間之后脫離小車，則

l=s2-s1=v0t-12a2t2-12a1t2.

將a1，a2，L，v0代入到上面的公式中，通過計算得出結果：t=1s，t=4s（與題意不符合，舍去）.

（2）因為t=1s，物體位移采用如下計算公式：

s2=v0t-12a2t2=2.5×1m-12×0.5×12m=2.25m.

小車的位移s1=12a1t2=12×0.5×12m=0.25m.

則W1=-μm2gs1=-0.5×0.25J=0.125J，

W2=-μm2gs2=-0.5×2.25J=-1.125J，

2.2 能量問題解題技巧

能是用于反映物體做功的本領，它反映了物體的一種狀態.在高中物理教學中，能量問題是教學的重點，掌握這方面問題的解題技巧，可以加快解題速度［4］ .

例2 如圖2，水平長傳送帶維持勻速運動狀態，速度為v=3m/s.現將質量為1kg的物體放于左端，沒有產生初速度，最終物體與傳送帶同時運動，速度為3m/s，在物塊零增加到3m/s的過程中，求：由速度物塊放上傳送帶后帶動傳送帶的電動機所消耗的電能.

圖2

解析 將小物塊放在傳送帶上，初速度是零，傳送帶向左方向滑動，受到向右的滑動摩擦力的影響，物塊最終與傳送同步運動，保持相同速度［5］.

物塊滑動的過程中，所受的摩擦力為Ff=μmg，加速度a=FfM=μg.

加速達到v所用的時間t=va=vμg.

物塊對地面產生的位移s物=v2·t=v22μg.

這段時間傳送帶向右傳送產生的位移s帶=vt=v2μg.

物塊相對傳送帶向后滑動產生的位移s相對=s帶-s物=v22μg.

按照能量守恒定律

Q=Ff·s相對=μmg·s相對=12mv2=12×1×32J=4.5J.

物塊放在傳送帶上面之后，傳送帶克服滑動摩擦力做功為

W=Ff·s帶=μmg·v2μg=mv2=9J.

3 結語

通過研究，在高中物理課程中，功能關系是重點內容.由于功能關系比較復雜，加之知識的多樣性，所以，有關功能關系的高考物理題難度大.為了提高學生解題能力，并加快解題速度，本文采用案例分析方法介紹該類問題的解題技巧.

參考文獻：

［1］高超.“雙新”背景下高中物理綜合類大題的解題技巧［J］.學園，2023，16（05）：30-32.

［2］周秀琴.學科大概念下的高三復習教學策略——以“功能關系”為例［J］.中學物理教學參考，2023（14）：7-10.

［3］陶漢斌.夯實力學基礎 提升能量境界——賞析高中物理的兩條主線力與能量［J］.中學教學參考，2022（05）：32-36.

［4］王彥斌.解題優化 背景助推——淺析高中物理高考解題策略的研究［J］.數理化解題研究，2022（31）：117-119.

［5］王東海.高中物理教學中解題策略的有效訓練方法舉隅［J］.數理化解題研究，2022（19）：103-105.