高中物理：如何判斷機(jī)械能的增大或減小

2016-07-03 16:20:52 　來源：網(wǎng)絡(luò)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(yīng)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(yīng)用W=FS，它與其他力無關(guān)。

　　(2)功的大小的方法：

　　①恒力的功可根據(jù)W=F·S·cosθ進(jìn)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(zhuǎn)化的量度反過來可求功。功是標(biāo)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(jī)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(jī)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(jié)論，對于任何機(jī)械都適用。

　�、诠Φ脑砀嬖V我們：使用機(jī)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(jī)械是沒有的。

　�、凼褂脵C(jī)械雖然不能省功，但人類仍然使用，是因為使用機(jī)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。

　　④我們做題遇到的多是理想機(jī)械(忽略摩擦和機(jī)械本身的重力)理想機(jī)械：使用機(jī)械時，人們所做的功(FS)=直接用手對重物所做的功(Gh)。

　　3.應(yīng)用：斜面

　�、倮硐胄泵妫盒泵婀饣�;

　�、诶硐胄泵孀駨墓Φ脑�;

　�、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(biāo)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(jī)正常工作時的較大功率。實際功率：發(fā)動機(jī)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(jī)車的功率或發(fā)動機(jī)的功率實際是指其牽引力的功率。

　�、僖院愣üβ蔖啟動：機(jī)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。

　　②以恒定牽引力F啟動：機(jī)車先作勻加速運動，當(dāng)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(dāng)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(jī)器在正常工作時的較大輸出功率是額定功率，機(jī)器銘牌上標(biāo)出的功率是額定功率。②機(jī)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(guān)系：①做功的過程是能量轉(zhuǎn)化的過程，功是能量轉(zhuǎn)化的量度。②做功與動能變化的關(guān)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�(yīng)用動量定理：①適用于單個物體受力與動能變化關(guān)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(guān)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(fù)，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(dá)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

　�、賱幽苁菢�(biāo)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。

　�、趦烧叩奈锢硪饬x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(guān)系為EK=P2/2m

　　六、機(jī)械能守恒

　�、艖�(yīng)用：①在只有重力做功(沒有摩擦和介質(zhì)阻力做功)，物體的動能和重力勢能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)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(jī)械能不變。③列式前，注意選擇并標(biāo)明零勢能的參照面，分清初末狀態(tài)。

　�、苿幽芏ɡ砼c機(jī)械能守恒：①動能定理適用于各種力做功與動能變化的關(guān)系，它是物理中的一個重要規(guī)律。②在機(jī)械能守恒中，只有動能和勢能的轉(zhuǎn)化關(guān)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(rèn)為是重力做功=動能變化。③關(guān)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(dá)式：

　　W=1/2mvt2-1/2mv02

　　(1)動能定理的表達(dá)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(biāo)量，不能利用矢量法則分解，故動能定理無分量式。

　　(3)應(yīng)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(zhì)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(xué)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(jī)械能守恒定律簡捷。

　　(4)當(dāng)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(jìn)行研究，從而避開每個運動過程的具體細(xì)節(jié)，具有過程簡明、方法巧妙、運算量小等優(yōu)點。