高中物理：如何判斷機械能的增大或減小

2016-07-03 16:20:52 　來源：網(wǎng)絡整理

　　力和作用在力的方向上通過的位移的乘積叫做功。功是描述力對空間積累效應的物理量，是過程量。

　　一、功

　　(1)定義式：W=F·s·cosθ，其中F是力，s是力的作用點位移(對地)，θ是力與位移間的夾角。某個力F做功時，如果已知F和S，直接應用W=FS，它與其他力無關。

　　(2)功的大小的方法：

　�、俸懔Φ墓筛鶕�(jù)W=F·S·cosθ進行，本公式只適用于恒力做功。②根據(jù)W=P·t，一段時間內(nèi)平均做功。③利用動能定理力的功，特別是變力所做的功。④根據(jù)功是能量轉化的量度反過來可求功。功是標量，1度電=1千瓦時=360000焦。

　　(3)摩擦力、空氣阻力做功的：功的大小等于力和路程的乘積。

　　發(fā)生相對運動的兩物體的這一對相互摩擦力做的總功：W=fd(d是兩物體間的相對路程)，且W=Q(摩擦生熱)

　　二、功的原理

　　1.內(nèi)容：使用機械時，人們所做的功，都不會少于直接用手所做的功;即：使用任何機械都不省功。

　　2.說明：(請注意理想情況功的原理可以如何表述?)

　�、俟Φ脑硎且粋€普遍的結論，對于任何機械都適用。

　�、诠Φ脑砀嬖V我們：使用機械要省力必須費距離，要省距離必須費力，既省力又省距離的機械是沒有的。

　�、凼褂脵C械雖然不能省功，但人類仍然使用，是因為使用機械或者可以省力、或者可以省距離、也可以改變力的方向，給人類工作帶來很多方便。

　�、芪覀冏鲱}遇到的多是理想機械(忽略摩擦和機械本身的重力)理想機械：使用機械時，人們所做的功(FS)=直接用手對重物所做的功(Gh)。

　　3.應用：斜面

　�、倮硐胄泵妫盒泵婀饣�;

　　②理想斜面遵從功的原理;

　�、劾硐胄泵婀剑篎L=Gh，其中：F：沿斜面方向的推力;L：斜面長;G：物重;h：斜面高度。

　　如果斜面與物體間的摩擦為f，則：FL=fL+Gh;這樣F做功就大于直接對物體做功Gh。

　　三、功率

　　(1)功率的概念：功率是表示力做功快慢的物理量，是標量。求功率時一定要分清是求哪個力的功率，還要分清是求平均功率還是瞬時功率。

　　(2)功率的①平均功率：P=W/t(定義式)表示時間t內(nèi)的平均功率，不管是恒力做功，還是變力做功，都適用。②瞬時功率：P=F·v·cosα P和v分別表示t時刻的功率和速度，α為兩者間的夾角。

　　(3)額定功率與實際功率：額定功率：發(fā)動機正常工作時的較大功率。實際功率：發(fā)動機實際輸出的功率，它可以小于額定功率，但不能長時間超過額定功率。

　　(4)交通工具的啟動問題通常說的機車的功率或發(fā)動機的功率實際是指其牽引力的功率。

　�、僖院愣üβ蔖啟動：機車的運動過程是先作加速度減小的加速運動，后以較大速度vm=P/f作勻速直線運動。

　�、谝院愣恳啟動：機車先作勻加速運動，當功率增大到額定功率時速度為v1=P/F，而后開始作加速度減小的加速運動，較后以較大速度vm=P/f作勻速直線運動。

　　(5)平均功率與瞬時功率：① ，表示物體在t時間的平均功率。②P=FVCosθ-表示力F在瞬時速度V時的瞬時功率，其中θ是F與V間的夾角。當力與速度不在同一直線上時，可取它們在同一直線上的分量。

　　(6)額定功率與實際功率：①機器在正常工作時的較大輸出功率是額定功率，機器銘牌上標出的功率是額定功率。②機器在實際工作的功率不一定等于額定功率，此時的功率為實際功率。

　　汽車的較大速率時，按照它在勻速直線運動狀態(tài)，即牽引力F=阻力Ff時，Vm=P額/F。

　　(7)汽車的起動問題：①勻加速起動：加速度不變，牽引力F=Ma+f，F(xiàn)是個恒量(大于阻力f)，由于速度不斷增大，P=FV，牽引功率增大，至額定功率時速度就不能再增大，此時的較大速度V=P/(Ma+f)

　　四、功與能

　�、殴εc能關系：①做功的過程是能量轉化的過程，功是能量轉化的量度。②做功與動能變化的關系(動能定理)：合外力對物體所做的總功，等于物體動能的變化，即W=△Ek。

　�、茟脛恿慷ɡ恚孩龠m用于單個物體受力與動能變化關系，解題時要先選定研究對象，分析它的受力情況、做功情況和初、末狀態(tài)動能。②關于外力的功：W是各個外力做的功的代數(shù)和，物體受多個外力作用時，各力做的功可分項列出，同時注意分清功的正負，如力是分段作用，則分項，對于恒力做的功(如重力)，可以沿力的方向位移，對于滑動摩擦力、空氣阻力等力做的功，要沿路徑S，如力是變力，則只寫W，不寫成FS，對于汽車以額定功率做功，則寫為 Pt。③動能變化：△Ek指的是末動能減初動能，即初、末狀態(tài)的動能，不可能會考慮中間過程如何變化。

　　五、動能

　　物體由于運動而具有的能量叫做動能。表達式：Ek=mv2/2

　　(1)動能是描述物體運動狀態(tài)的物理量。

　　(2)動能和動量的區(qū)別和聯(lián)系

　　①動能是標量，動量是矢量，動量改變，動能不一定改變;動能改變，動量一定改變。

　　②兩者的物理意義不同：動能和功相聯(lián)系，動能的變化用功來量度;動量和沖量相聯(lián)系，動量的變化用沖量來量度。③兩者之間的大小關系為EK=P2/2m

　　六、機械能守恒

　�、艖茫孩僭谥挥兄亓ψ龉�(沒有摩擦和介質阻力做功)，物體的動能和重力勢能發(fā)生相互轉化，但機械能總量保持不變。②如果重力、彈力以外的其他力做的功總和為零，機械能不變。③列式前，注意選擇并標明零勢能的參照面，分清初末狀態(tài)。

　�、苿幽芏ɡ砼c機械能守恒：①動能定理適用于各種力做功與動能變化的關系，它是物理中的一個重要規(guī)律。②在機械能守恒中，只有動能和勢能的轉化關系，不涉及功的問題，如果把重力勢能的變化與重力做功聯(lián)系起來，也可以認為是重力做功=動能變化。③關于滑動摩擦力做功的問題：在一般運動中，W=fS的S指的是f對地位移，此時的功不一定全部轉化為內(nèi)能，在相對滑動的系統(tǒng)中的W=fS中的S，是兩物體間相對滑動發(fā)生的位移，此時的功fS全部轉化為內(nèi)能。如果是靜摩擦力做功，由于不發(fā)生相對位移，做的功不轉化為內(nèi)能。

　　七、動能定理

　　外力對物體所做的總功等于物體動能的變化。

　　表達式：

　　W=1/2mvt2-1/2mv02

　　(1)動能定理的表達式是在物體受恒力作用且做直線運動的情況下得出的。但它也適用于變力及物體作曲線運動的情況。(2)功和動能都是標量，不能利用矢量法則分解，故動能定理無分量式。

　　(3)應用動能定理只考慮初、末狀態(tài)，沒有守恒條件的限制，也不受力的性質和物理過程的變化的影響。所以，凡涉及力和位移，而不涉及力的作用時間的動力學問題，都可以用動能定理分析和解答，而且一般都比用牛頓運動定律和機械能守恒定律簡捷。

　　(4)當物體的運動是由幾個物理過程所組成，又不需要研究過程的中間狀態(tài)時，可以把這幾個物理過程看作一個整體進行研究，從而避開每個運動過程的具體細節(jié)，具有過程簡明、方法巧妙、運算量小等優(yōu)點。