高中物理中功能关系类题目的解题技巧探讨

【摘要】功能关系是高中物理中的重要内容，也是高考的重要考点.内容方面，功是能量转化的量度，某些力做的功与能量转化等同，为数量关系.解答功能关系类题目时，要掌握技巧，才能加快解题速度，保证结果的准确性.本文针对高中物理功能关系类问题的解题技巧展开研究.

【关键词】高中物理；功能关系；解题技巧

在高中物理中，功能关系类题目的解题难度相对较大.所以，高中学生掌握相关理论知识的同时还要掌握相应的解题技巧，以提高知识应用能力［1］.

1 功能关系概述

1.1 重力做功与重力势能之间的变化关系

当重力做正功的时候，重力势能就会相应地减少；当重力做负功的时候，重力势能就会相应地增加［2］ .重力所做的功即为重力势能减少量.具体的关系式如下：

WG=Ep1-Ep2.

其中，Ep1为初状态重力势能，Ep2为末状态重力势能.

1.2 弹簧弹力做功与弹性势能之间的变化关系

当弹簧弹力做正功的时候，弹性势能相应地减少；当弹簧弹力做负功的时候，弹性势能相应地增加.弹性所做的功即为重力势能的减少量.具体的关系式如下：

WN=Ep1-Ep2.

其中，Ep1为初状态弹性势能，Ep2为末状态弹性势能.

1.3 合力做功与动能之间的变化关系

合力做正功的时候，动能相应地增加；合力做负功的时候，动能相应地减少.合力所做的功即为动能的增量.具体的关系式如下：

WN=Ek1-Ek2.

其中，Ek1为末动能，Ek2为初动能.

1.4 除重力与弹簧弹力以外其他的力做功与机械能之间的变化关系

除重力与弹簧弹力以外其他的力做正功机械能增加，除重力与弹簧弹力以外其他的力做负功机械能减少［3］.具体的关系式如下：

W其他=E机1-E机2.

其中，E机1为末状态机械能，E机2为初状态机械能.

2 高中物理中功能关系类题目的解题技巧

高中物理中的功能关系通过应用功能关系总式就可以体现出来，即W＝ΔE.需要注意的是，功和能是两个完全不同的物理量，前者对应过程，后者对应状态，但是二者之间存在确定性关系.高中物理功能关系方面的题多种多样，知识点应用灵活，下面主要介绍动能定理的综合应用物理题解题技巧和能量问题解题技巧.

2.1 动能定理的综合应用物理题解题技巧

有关动能定理的物理题，知道动能和速度，就能够得出物体质量.

例1 小车长为L=2m、质量为m=1kg，其在光滑的水平面上保持静止状态，质量为m2=kg物体在小车上以v0=2.5m/s的水平速度从A端开始何B端滑动，如果m1与m2之间的动摩擦因数为μ=0.05，问：

图1

（1）物体m2要脱离小车需要多长时间？

（2）m2在车上滑动的过程中，m2对小车产生摩擦力所做的正功与小车对m2产生的摩擦力所做的负功各为多少？（g=10m/s2）

解析 （1）物体m2上小车，受到小车对其向左的滑动摩擦力作用，然后向右做为匀减速运动，此时小车受物体向右的滑动摩擦力作用，开始向右匀加速运动，初速度是零，当物体从小车上脱离，两者都会对地产生位移，差值与车长L相等，如果物体和小车的加速度是a2，a1，用牛顿第二定律计算：

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

设物体经过t时间之后脱离小车，则

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

将a1，a2，L，v0代入到上面的公式中，通过计算得出结果：t=1s，t=4s（与题意不符合，舍去）.

（2）因为t=1s，物体位移采用如下计算公式：

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

小车的位移s1=12a1t2=12×0.5×12m=0.25m.

则W1=-μm2gs1=-0.5×0.25J=0.125J，

W2=-μm2gs2=-0.5×2.25J=-1.125J，

2.2 能量问题解题技巧

能是用于反映物体做功的本领，它反映了物体的一种状态.在高中物理教学中，能量问题是教学的重点，掌握这方面问题的解题技巧，可以加快解题速度［4］ .

例2 如图2，水平长传送带维持匀速运动状态，速度为v=3m/s.现将质量为1kg的物体放于左端，没有产生初速度，最终物体与传送带同时运动，速度为3m/s，在物块零增加到3m/s的过程中，求：由速度物块放上传送带后带动传送带的电动机所消耗的电能.

图2

解析 将小物块放在传送带上，初速度是零，传送带向左方向滑动，受到向右的滑动摩擦力的影响，物块最终与传送同步运动，保持相同速度［5］.

物块滑动的过程中，所受的摩擦力为Ff=μmg，加速度a=FfM=μg.

加速达到v所用的时间t=va=vμg.

物块对地面产生的位移s物=v2·t=v22μg.

这段时间传送带向右传送产生的位移s带=vt=v2μg.

物块相对传送带向后滑动产生的位移s相对=s带-s物=v22μg.

按照能量守恒定律

Q=Ff·s相对=μmg·s相对=12mv2=12×1×32J=4.5J.

物块放在传送带上面之后，传送带克服滑动摩擦力做功为

W=Ff·s带=μmg·v2μg=mv2=9J.

3 结语

通过研究，在高中物理课程中，功能关系是重点内容.由于功能关系比较复杂，加之知识的多样性，所以，有关功能关系的高考物理题难度大.为了提高学生解题能力，并加快解题速度，本文采用案例分析方法介绍该类问题的解题技巧.

参考文献：

［1］高超.“双新”背景下高中物理综合类大题的解题技巧［J］.学园，2023，16（05）：30-32.

［2］周秀琴.学科大概念下的高三复习教学策略——以“功能关系”为例［J］.中学物理教学参考，2023（14）：7-10.

［3］陶汉斌.夯实力学基础 提升能量境界——赏析高中物理的两条主线力与能量［J］.中学教学参考，2022（05）：32-36.

［4］王彦斌.解题优化 背景助推——浅析高中物理高考解题策略的研究［J］.数理化解题研究，2022（31）：117-119.

［5］王东海.高中物理教学中解题策略的有效训练方法举隅［J］.数理化解题研究，2022（19）：103-105.