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功与能的关系浅析
2012.06.01 01:58

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高中物理课本中,有这样一句不起眼的话:做功的过程是能量转化的过程,功是能的转化的量度。看似不起眼,其实很关键。我们整个高中所有的章节,涉及到能和功的主要定理、定律都是由这个基本原理出发而得到的(比如爱因斯坦的光电效应以及波尔氢原子模型)。

功与能的关系浅析需要强调的是:功是一种过程量,它和一段位移(一段时间)相对应;而能是一种状态量,它个一个时刻(或者状态)相对应。两者的单位是相同的(都是J),但不能说功就是能,也不能说“功变成了能”。

能量转化和守恒定律是自然界最基本的定律之一。而在不同形式的能量发生相互转化的过程中,功扮演着重要的角色。

高一下学期的物理学习,功与能之间的如下关系大家应该掌握住:

(1)如果功与能的分析中,题目中只涉及到一种能量(动能)的转化,那么该物体动能的增量由外力做的总功来量度:W合=ΔEk,这就是动能定理的内容;这一点要对比下面的第(5)与(6)来分析。

(2)物体重力势能的增量由重力做的功来量度:WG= -ΔEP,这就是一些课外辅导教材上讲到的势能定理(不属于课本内容,为扩展内容)。

同样,弹力做功与弹性势能的变化关系数学表达式:W=Ep1—Ep2;弹力所做的功等于弹性势能的减少量。弹力做功与重力做功情况类似,也只与初末位置有关。但弹力大小与形变量有关,所以弹力做功问题是变力做功,不能直接适用功的计算公式W=FLcosα;根据弹力做功与弹性势能的变化关系分析弹性势能的变化从而解决弹力做功多少,这一点,可以看王尚以前的文章《高中物理弹簧问题求解思路浅析》。

(3)物体机械能的增量由重力、弹力以外的其他力做的功来量度:W其=ΔE机,(W其表示除重力弹力以外的其它力做的功),这就是机械能守恒定律的变形,结合下面的(4)来理解。

(4)当W其=0时,说明只有重力、弹力做功,所以系统的机械能守恒;这也可以说是机械能守恒定律的前提条件的另外一个表述。

(5)当两个物体间有相对位移时,一对互为作用力反作用力的摩擦力做的总功,用来量度该过程系统由于摩擦而减小的机械能,也就是系统增加的内能。

(6)从更广义的角度看,如果我们确定了以某一个系统为研究对象,那么该系统以外的物体对系统内物体做的总功等于系统内总能量的变化。

上面的这些东西都非常理论,大家最好是通过一些典型的题目,尤其是较为综合的解答题的解法来对比分析,这样对于功和能的关系掌握是非常有利的。

让大家来练练兵吧,推荐给大家一道非常典型的考察功能关系的物理题

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