Question

功是能量转化的量度，应当怎样理解这一论断

Answer 1

本文从“功是能量转化的量度”这一重要内容的“量度”这一关键入手,又针对不同力做功会引起不同形式能量转化的特征,以量度的数值对应关系为契合点,加深对功能关系的正确理解和解题中的熟练应用.
关键词：功 能量 转化 量度 应用
做功的过程必然伴随着能量的转化,能量转化必然伴随着有力做功.功是过程量,而能量是状态量,功和能量的关系就是：功是能量转化的量度.既然是量度,说明转化的能量与这一过程中力做的功必然在数值上有着对应关系.我们可理解为：力做了多少的功,就有多少的能量发生转化,转化的能量和做的功在数值上相等.但不同的力做功会引起不同形式能量的转化,这就需要我们在具体的力做功过程中来理解“功是能量转化的量度”.
一、用重力做的功来量度物体重力势能的转化
重力做功必然引起物体重力势能的转化.重力对物体做正功,物体下降,物体的重力势能减少,重力做了多少功,重力势能就减少多少；物体克服重力做功（重力对物体做负功）,物体上升,其重力势能增加,物体克服重力做了多少功,物体的重力势能就增加多少.总之,物体增加和减少的重力势能在数值上等于物体重力做的功：△EP=EP2-EP1=-WG=-mg△h（负号表示重力势能的变化与重力做功的情况相反）.
二、用电场力做的功来量度电荷电势能的转化
电场力做功必然引起电荷电势能的转化.电场力做正功时,电荷的电势能减少；电场力做负功,电荷的电势能增加.电荷增加和减少的电势能在数值上等于电场力所做的功,即△ε=-W=-qU（负号表示电荷电势能的变化与电场力做功的情况相反）,也就是用电场力所做的功来量度电荷电势能的转化.
三、用合外力做的总功来量度物体动能的转化
依据动能定理：合外力对物体做的总功等于物体动能的变化量.也就是说：合外力对物体做正功,物体的动能增加,增加的动能在数值上等于合外力对物体做的功；合外力对物体做负功,物体的动能减少,减少的动能在数值上也等于合外力对物体做的功.所以,我们用合外力做的总功来量度物体动能的变化量,即△EK=W合.
四、用重力和弹簧弹力以外的其它力做的功来量度物体机械能的转化
由机械能守恒定律的条件可知：重力和弹簧弹力以外的力（称为其它力）做功时（做功不为零）,物体或系统的机械能不守恒,即其它力是使物体或系统机械能变化的原因.具体来讲,其它力做正功,物体或系统的机械能增加；其它力做负功,物体或系统的机械能减少.其它力做了多少功,物体或系统的机械能就改变多少,即其它力做功的过程,就是机械能和其它形式的能相互转化的过程.这一过程中,其它的力做的功是机械能改变的量度,即W其它=E2-E1.
五、对于与外界无能量交换的孤立系统而言,用一对相互作用的滑动摩擦力做的功来量度该系统减少的机械能,也可来量度系统增加的内能
例：质量为M、长为L的木板停在光滑的水平面上,有一质量为m的滑块以速度v0滑上长木板,最终停在长木板上.滑块和长木板之间的动摩擦因数为μ,分析此过程摩擦力做功的情况.
解析：对于M、m组成的系统,水平方向动量守恒,当m停在长木板上时,M、m以相等的速度v沿水平向右匀速运动,故有mv0=（M+m）V ,
六、在电磁感应现象中,用安培力做的功来量度电能的转化
在电磁感应过程中总是伴随着能量转化的过程,由于磁场本身没有能量,电磁感应过程中是通过安培力做功把机械能等其它形式的能量转化为电能,或者是通过安培力做功把电能转化为其它形式的能量,在这一过程中转化的电能与安培力做的功在数值上相等,所以用安培力做的功来量度电磁感应现象中电能的转化.