高中物理功能关系总结

功和能是两个联系密切的物理量，但功和能又有着本质的区别。功是力在位移上的累积效果，力与力在位移方向上发生一段位移是做功的两个必要因素。功是反映物体在相互作用过程中能量变化多少的物理量，与具体的能量变化过程相联系，是一个过程量。能是用来反映物体具有做功本领的物理量，一个物体能够对外做功，这个物体就具有能。如运动的物体具有动能，被举高的物体具有重力势能，发生形变的弹簧具有弹性势能。物体处于一定的状态就对应一定的能量，是一个状态量。因此，功反映能量变化的多少，而不反映能量的多少。

二、做功的过程就是能量转化的过程

不同形式能之间的转化只有通过做功才能实现。做功的过程必然伴随着能量转化的过程，能量转化的过程中必然存在做功的过程，这两个过程形影相随、不可分离。不存在有能量转化却没有做功的过程。同样，也不存在有做功却没有能量转化的过程。如：举重运动员把重物举起来对重物做了功，重物的重力势能增加，同时运动员消耗了体内的化学能。被压缩的弹簧放开时把一个小球弹出去对小球做了功，小球的动能增加，同时，弹簧的弹性势能减少。列车在机车的牵引下加速运动，机车对列车做了功，列车的机械能增加，同时，机车的热机消耗了内能。起重机提升重物，起重机对重物做了功，重物的机械能增加，同时，起重机的电动机消耗了电能。可见，做功和能量转化是一个过程，所以做功的过程就是能量转化的过程。

例1、一质量分布均匀的不可伸长的绳索重为G，A、B两端固定在水平的天花板上，如图1所示，今在绳索的最低点C施加一竖直向下的力将绳绷直。在此过程中绳索A、B的重心位置将：

A.逐渐升高

B.逐渐降低

C.先降低后升高

D.始终不变

图1

解析：做功的过程就是能量转化的过程，拉力做功的过程中伴随着能量的转化。拉力做功消耗了拉者的化学能使绳索的重力势能增加，所以绳索的重心将升高。

三、做功的数值就是能量转化的数量

图2

分析：本题以常见的传送带为背景，是一道以功能关系为主线的综合题。考生只有深刻理解了功能关系的本质：功是能量转化的量度，才能顺利地求解。

传送带对小货箱做功：

传送带克服小货箱对它的摩擦力做功：

W1和W2两者之差就是小货箱克服与传送带之间摩擦力做功发出的热量，其数值即为在此过程中内能的增加量，即：

联立①②两式解得：

四、功能关系的几种具体表现形式

1、动能定理

例3、一人将一个质量为m的物体从距地面h高处抛出，物体落地时的速度为v，该人在抛出物体时所做的功为多少？（不计空气阻力）

2、重力做功与重力势能的关系

例4、如图3所示，在水平地面上平铺n块砖，每块砖的质量为m，厚度为h，如将砖一块一块地叠放起来，至少需要做多少功？

图3

3、重力之外的力做功与机械能之间的关系

图4

“做功的过程就是能量转化的过程，功是能量转化的量度”是功能关系中的核心内容，它是定量地研究能量及其相互转化的理论基础，只有准确地理解了功能关系才能灵活地应用动能定理、机械能守恒定律及能量守恒定律的知识来解题。