功能關(guān)系

像樹一樣堅挺 2017-01-19

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功能關(guān)系是讓很多學生頭痛的一個考點。在我們的物理教材必修2講解能量時，沒有對功能關(guān)系的詳細分析，但這個概念卻出現(xiàn)在所有的物理輔導書中。本文詳細的對功能關(guān)系進行剖析，認真看完這篇文章，并付之于配套練習，可以幫您把這個考點鞏固扎實。

功能關(guān)系的內(nèi)容

內(nèi)容：做功的過程是能量轉(zhuǎn)化的過程，功是能的轉(zhuǎn)化的量度。

高中物理課本中，有這樣一句不起眼的話：做功的過程是能量轉(zhuǎn)化的過程，功是能的轉(zhuǎn)化的量度?？此撇黄鹧?，其實很關(guān)鍵。我們高中物理的所有章節(jié)，都涉及到能和功的考察。其主要定理、定律都是由這個基本原理出發(fā)而得到的（比如愛因斯坦的光電效應以及波爾氫原子模型等）。

能量的種類

教材上涉及到的能量種類有很多，如：動能、彈性勢能、重力勢能、機械能、摩擦生熱、電勢能、磁場能（不涉及計算）、焦耳熱、機械振動的能量、分子熱運動能量、電容積累的能量、電感線圈積累的能量、光子的能量等等。每一種能量的變化或者轉(zhuǎn)移，大都伴隨著做功的過程。熱學中講到的熱量的轉(zhuǎn)移，嚴格來說，也是分子相互作用的結(jié)果。

功和能的狀態(tài)和過程屬性

功是一個過程量（某個時間段內(nèi)做的功），能量是一個狀態(tài)量（對應某個時刻的能量）。

兩者的單位是相同的（都是J），但不能說功就是能，也不能說“功變成了能”。

功是一種過程量，它和一段位移(一段時間)相對應。

能是一種狀態(tài)量(靜態(tài)量)，它和一個時刻相對應。

或者說，能量是一個“點”，而功是從一個點到另一個點之間的“線”。

在不同形式的能量發(fā)生相互轉(zhuǎn)化的過程中，功扮演著重要的角色，但不能說功就是能，也不能說“功變成了能”。

功能關(guān)系到底在說什么？

我們先來說結(jié)論。功能關(guān)系研究的問題是：在研究過程中，力所做的功，到底轉(zhuǎn)化為了什么能量？

高中物理課本上有這么一句話，做功的過程是能轉(zhuǎn)化的過程，功是能轉(zhuǎn)化的量度。這句話說得很抽象，很深奧，學生們理解起來很吃力。

其實我們老師在教學中，也特別希望學生們能夠通過做題、總結(jié)來感悟一下這句話，可總事與愿違，認真分析的沒幾個。

下面筆者從做功到底轉(zhuǎn)化為什么能量了？這個話題來給同學們分析下所謂的“功能關(guān)系”。

光滑的桌面上有一個箱體，這個箱體中有一個木板，兩個滑塊兒，兩個滑塊兒之間有彈簧相連，滑塊和木板之間有摩擦。如果我用手去推這個箱子，那么我做的功會轉(zhuǎn)化為哪幾種形式的能量？

動能、彈簧的彈性勢能、摩擦生成的熱能。

恭喜你，你把答案說對了，這就是功能關(guān)系。

說白了，功能關(guān)系就是在讓你分析功到底轉(zhuǎn)化為什么了？

從兩個角度來深入理解功能關(guān)系

（1）能與能的關(guān)系

當我們研究的系統(tǒng)，不受到外界的力的作用，只有內(nèi)部的力（作用力與反作用力），那么只涉及到內(nèi)部能量的相互轉(zhuǎn)化。比如，系統(tǒng)中的一對兒摩擦力作用，就會產(chǎn)生摩擦熱，同時一定對應著某種形式的能量（動能）減少，但是系統(tǒng)的總能量是不變的。

（2）功與能的關(guān)系

當我們研究的系統(tǒng)，受到外界的力的作用，同時內(nèi)部的力（作用力與反作用力）也存在。如果外力做正功，那么系統(tǒng)的能量一定是增加的，而且增加的值與外界的力所做的功是相等的。需要同學們注意的是，是各種形式的能量的增加的代數(shù)和，不是某一種形式的能量。此過程是（1）的升級版。