１０ｊ｛习尊６２．２踟 Ｖ ８２２ ＮＯ ’０ ｜ 抟瓣黼 搿薅 薅键谚ｔ｜ 躺薄瓣ｇ瓣 ￥摹ｇ瓣 蓐帮 如何理解做功与能量转化的关系 吕战芳 （山西省山阴一中山西朔州０３６９００） 中图分类号：Ｇ６２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３—５８１１（２０１３）０３—０２８１—０１ 摘要：在教学过程中，当学习了新的知识一一能量后，学生中普遍存在对于概念理解不清晰、相关的定理定律应用不当等问题。本 文旨在通过多种思路分析能量和做功之间的关系，帮助学生在根本上认识能量，掌握关于能量变化的规律。 关键词：能量做功规律 新知识一能量引入后，很多学生往往不能理解相关的定义和 定理，造成ｒ概念混淆、 忆紊乱的问题，本文将从定义、概念等 堆础人手，分解思路来闸述关于能璇和做功的定义和联系。 …１能与士：课 在引人能最这个概念前，尚‘先介绍了伽利略关 于做斜面实验时捉…的一个假设——如果没＿彳『其他的外力因素 影响，从一 个斜 滚下的小球必将 到另外一个斜面与之等 高的地力‘。从『ｎｆ提ｆｆ Ｉｒ一个问题——究竟是什么使得小球回到 “记忆”小的高度。后来的物理学家把这种能够使小球回到记忆 位胃的物理最称之为能最。南于能量的种类有很多，针对现在的 物删学 础和知识，我们只介绍其中的两大类——势能和动能。 （２１势能：讲到势能，就必须 捉…学生中容易犯的第一个错 误——把 势能直接等同于势能。首先我们看一下势能的定 义——物体Ｉｌｊ于具有相对位置而具有的能量。此时我们就不能 小求共解的只记仲它的定义就好了，而足需要更深一步的想：为 什么具有相对位 的物体之间会存在势能？在我们最初学习能 鲢慨念的时候，发现能量足无法直接测量或者度量的，因此我们 引入了做功的慨念——物体做多少功，物体就具有多少的能量。 Ｉｌｆ以说，我们足通过做功来度最能量的。现在我们来 ｝乙我们现 阶段学习过的几种势能：蕊力 能；弹一 势能；电势能。 Ｊ势能——被Ｊ『Ｉ 一 的物体具有重力势能； 弹性势能——发 弹性形变的物体具有弹性势能； 电势能——电付存电场巾』Ｉ｛． 电势能。 现 我们就米分析…下为仆么会具有这些能量，同时来说明 在受 过程中，能量如何变化。我们矢¨道，地球ｆ 的物体都受到 承力的作用——万有引力的一个分力，我们可以简化为万有引 力。如果我们把地球看为一个质点，鹏高的物体在 受其他外力 的影响下，只受重力，那么重力必然会牵引着这个物体逐步的到 达地心，在这个运动过程中，莺力 位移方向一敛，物体对外做 正功，说明它本身具有能量。我ｆｉ＇】把这种ｉｌ－ｔ于具有相对位置，同 时物体问存在相百作用，会使得它旧到某个位置的能量，称之为 势能。所以说，重力势能是甫卡受到重力（万有引力）而存在会使 得位置发乍变化的能 ，同样的道理，发乍弹性形变的物体，在不 受其他外力的情况下，一定会回复到原来的状态，在这个过程中 会对外做功，因而具有弹性势能；电场中的电荷，在不受其他外 力影响下，正电荷会沿着电场线的 向运动、负电荷会沿着电场 线的反力‘向运动，电场力或库伦力做正功，说明电荷在电场ｆ｛｜具 有电势能。 从宁而Ｉ 解，势能【ｆ１的“势”有趋势的意思。囚为具有相对 位置的物体，之间必然有相互作用，也就是有作用力的存在，因而 这些物体会发生位置变化的趋势，而能使得这些位置发生变化的 能地，就足势能。 力势能；位于零势能面以下的物体，蔼力不能使该物体回到零势 能面，必须有其他外力对它做功才可以回到零势能面，在这个过 程中，重力做负功，重力势能增加，说明零势能面以下的物体具 有负的重力势能。 通过类比思想，发生弹性形变的物体会恢复原状，从而弹力 对外做正功，弹性势能减少；外力使得弹簧发生弹性形变，弹力 做负功，弹性势能增加。电场中的电荷，电场力做正功，电势能减 少；电场力做负功，电势能增加。 （３）动能——运动的物体具有的能量。相对于势能来讲，动能 更容易理解，要使得运动的物体变得静止， 使得速度变为零，需 要有负的加速度，即与速度方向相反的力（阻力），在此过程中，阻 力做负功。同样的，要使得静止的物体运动起来，必然要有正的 加速度，即受到动力，使速度增加，在此过程ｔｌ｛Ｉ动力做正功。根 据牛顿第二定律知道，加速度是Ｆ｝｛合外力决定的。 而在动能变 化过程中的阻力或动力，其实就是合外力。因此，合外力做正功， 动能增加’和外力做负功，动能减少。这也就是动能定理的分解 理解。动能定理——动能的变化量等于合外力所做的功。 （４）能量守恒和机械能守恒： 能缝守恒定律是南不同的科学家，以不同的方式独、 提ｍ 的：能量既不会凭空产生也不会凭空消失。它只能从一币叶，形式转 化为另…种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或 转移的过程中，能虽的总虽保持不变。由于能量守恒定律，永动 机是尤法造ｆ｝Ｊ来的，也就是说，不存在一种机器在没有外界供给 能量的前提下 停的对外做功。同时，尽管能量是守恒的，但是 南于各种能量的使用便利程度不同，一部分能量转化过程Ｉｌ｝１会 产牛内能，从而出现能量耗散，因此我们需要节约能源。 机械能是能量的一种，动能和部分势能的和足机械能。这部 分势能包括重力势能和弹性势能。在只受重力的情形中，由于位 置的变化，重力势能做正功，重力势能减少，但是同时，由于加速 度方向和运动方向相同，速度增加，动能也会增加。竖直上抛的 物体，速度减小，动能减少，位置 ｆ：升，重力势能增加。压缩的弹 簧恢复原状，弹性势能减少，位于弹簧顶端的小球具有速度，有了 动能。 由于我们知道能量的守恒，因此，上述能量转化过程中，重力 势能减少的量等于动能增加的量，弹簧弹性势能减少的量等于小 球动能的增加量。因此，在以卜描述的情形中，南于只受霞力和 弹力的作用，能垣也是在重力势能、动能和弹性势能之间进行转 化，在整个系统中，机械能的总和保持不变。这就是机械能守恒 定律：当只有重力和弹力做功时，机械能保持不变。 当我们把这些概念理解以后，进行一次总结： 晕力做正功，重力势能减少；霞力做负功，藁力势能增加。电 势能和弹性势能同理。 物体只受重力和弹力时，机械能守恒；物体动能的变化量等 于合外力所做的功。 此，机械能守恒时，物体可以受力，该力也 可以做功。 物体动能保持不变时，物体婴不不受力（匀速直线 运动），要不合外力不做功（匀速 周运动）。 以地心为零势能面，处 ｊ 地心的物体不会发生位置变化，说 明没 承力势能，或者说重力势能为零，在ｆ 文中我们矢¨道，屑 高的物体能【ｕ】到地心，说明居高的物体具有重力势能，『ｎ『回到地 心的过程巾，霞力做 功，因此，＿亘力做正功，承力势能减少。 此，设置…个零势能而，位于零势能面以卜的物体，在 受其他 外力作用时，再力会使得该物体到达零势能而，因而具有正的莆 ２８１