高考物理功能关系主要包括以下几类:
1. 动量守恒:描述物体在某一方向上动量守恒的运动规律。
2. 机械能守恒:描述物体只有动能和重力势能相互转化,或只有动能和弹性势能相互转化时的运动规律。
3. 动量定理:描述物体受到外力作用时,物体动量的变化规律。
4. 功能原理:描述除重力或弹簧的弹力之外的其他力做功与物体机械能变化之间的关系。
此外,还有能量守恒定律,它是物理学的最高定律,适用于包括物理在内的所有自然现象。其基本内容为:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为其他形式,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,能量的总量不变。
这些功能关系在解决高考物理问题时是非常重要的。
【题目】
一个质量为$m$的物体(可视为质点)从高度为$H$的粗糙斜面顶端由静止开始滑下,到达底部时进入一个与斜面平行的水平传送带。已知物体与传送带间的动摩擦因数为$\mu $,传送带的运行速度为$v_{0}$。求物体在传送带上滑行的距离。
【分析】
物体在斜面上滑下的过程中,受到重力、支持力和摩擦力作用。根据功能关系,重力势能转化为动能和内能。
物体在传送带上滑行的过程中,受到传送带的摩擦力作用,动能转化为内能。
【解答】
物体在斜面上滑下的过程中,根据动能定理:
$mgH - \mu mg\sin\theta\mathbf{\cdot}H = \frac{1}{2}mv^{2}$
其中$\theta$为斜面的倾角。
物体在传送带上滑行的过程中,根据动能定理:
$- \mu mg\mathbf{\cdot}(H + x) = 0 - \frac{1}{2}mv^{2} - \mathbf{\cdot}x\mathbf{\cdot}\mu v_{0}$
其中$x$为物体在传送带上滑行的距离。
联立以上两式可得:
$x = \frac{mgH}{\mu v_{0}^{2} - \mu g\sin\theta}$