功和功率基础知识
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总复习:功功率机械效率(基础)【考纲要求】1、理解功、功率的概念,能够解决简单问题,比较功和功率的大小;2、会测量简单机械的机械效率,知道有用功、额外功、总功和机械效率,知道影响机械效率大小的因素。
【知识网络】【考点梳理】考点一、功作用在物体上的力,使物体在力的方向上通过了一段距离,我们就说这个力对这个物体做了功。
要点诠释:(1)理解判断的依据:依据:做功的两个必要因素。
重点:抓住力作用在物体上是否有“成效”。
(2)明白不做功的三种情况:A. 物体受力,但物体没有在力的方向上通过距离,此情况叫“劳而无功”。
B. 物体移动了一段距离,但在此运动方向上没有受到力的作用(如物体因惯性而运动),此情况叫“不劳无功”。
C. 物体既受到力,又通过一段距离,但两者方向互相垂直(如起重机吊起货物在空中沿水平方向移动),此情况叫“垂直无功”。
(3)在分析做功情况时还应注意以下几点:A. 当物体的受力方向与运动方向不垂直时,这个力就要做功。
B. 一个物体同时受几个力的作用时,有一些力做了功,有些力没有做功,因此讲做功必须指出是哪一个力对哪一个物体做功。
C. 什么叫物体克服阻力做功:若物体在运动方向上受到一个与此方向相反的力F的作用,我们通常说物体克服阻力F做了功。
比如:在竖直向上,物体克服重力做功,功的大小为W=Gh;在水平方向上,物体克服摩擦力做功,功的大小为W =fs 。
考点二、对公式W =FS 的理解 1.公式: 一般式 W =Fs常用式 W =Gh (克服重力做功),或W =f 阻s (克服摩擦阻力做功) 2.单位: 焦耳(J) 要点诠释:(1)有力才有可能做功,没有力根本不做功。
(2)F 与s 的方向应在同一直线上(初中要求)(比如一个人提着一重物G ,从山脚顺着一之字形的山路爬到山顶,此时人克服重力做功所移动的距离并不是山路的长,而是从山脚到山顶的高。
) (3)做功的多少,由W =Fs 决定,而与物体的运动形式无关。
物理九年级知识点做功物理学是研究物质和能量以及它们之间相互转化和相互作用的规律的科学。
在物理的学习过程中,功是一个重要且基础的概念。
本文将围绕物理九年级知识点中的做功进行探讨,包括功的定义、计算方法和应用。
一、功的定义在物理学中,功是描述物体间相互作用过程中所做的工作量。
当一个力对物体施加作用并使其移动一定距离时,这个力就做了工作,即做了功。
功可以理解为力对物体能量的转移。
二、计算功的方法做功的大小可以通过力的大小和物体移动的距离来计算。
在计算功的过程中,考虑到力与移动路径的夹角,可以使用以下公式计算:功(W)= 力(F) ×距离(s)× cosθ其中,θ表示力F和物体运动方向之间的夹角。
三、功的正负和能量转化根据物体受力的方向,可以将功分为正功和负功。
当力和物体的位移同方向时,功为正,表示能量由外界传递给物体;当力和物体的位移相反方向时,功为负,表示物体对外界做功,能量由物体传递给外界。
四、功的应用1. 功与机械能的转换在物理中,机械能包括动能和势能。
当物体受到力的作用并发生位移时,根据功的定义可以计算出既包含动能也包含势能的机械能。
在物体运动过程中,力所做的功等于物体动能和势能的变化量之和。
2. 做功和功率功率是描述单位时间内做功的多少。
功率可以通过以下公式计算:功率(P)= 功(W)/ 时间(t)在实际生活中,功率是人们选择电器设备的一个重要指标,因为功率高的设备可以更快地做功,提高效率。
3. 地球引力对物体的做功地球的引力对物体的做功可以通过质量、重力加速度以及物体在运动过程中的高度变化来计算。
当物体上升或下降时,地球引力的做功与物体的重量、高度的变化相关。
总结:物理九年级的知识点中,做功是一个重要且基础的概念。
通过计算力和物体位移之间的关系,我们可以理解和应用功的概念。
功不仅与机械能的转化以及功率的计算有关,还与地球引力对物体的做功有关。
理解和应用做功的概念有助于我们更好地理解物理学中的能量转化和相互作用规律。
第11讲功和功率及其计算类型一:功及其计算1.做功的两个必要的因素:一个是力作用在物体上,二是在力的作用方向上通过了一定的距离。
2.其中不做功的三种情况,有力无距离(物体虽然受力,但是物体没有在力的方向上通过距离),有距离无力(物体移动了一段距离,但在此运动方向上没有受到力的作用)和距离垂直及物体受力没有移动,是物体沿力方向通过的距离,物体凭惯性运动。
【例1】如图所示,服务员送餐时,当服务员托着餐盘在水平路面上匀速行走时,他的手对餐盘______;当服务员托着餐盘从一楼厨房端上二楼的餐厅时,他的手对餐盘______。
(选填“做了功”或“没做功”)1.(湖北孝感·中考真题)对生活中的有关物理现象,其说法正确的是()A.利用斜面搬运物体,既可省力也可省功B.建筑工地上尘土飞扬,不能说明分子在不停地作无规则运动C.开车要系安全带,是为了在紧急刹车时减少驾驶员的惯性D.刮大风时窗户有时会被向外推开,这是由于室外的大气压强大于室内的大气压强2.(贵州安顺·统考中考真题)仅用8天就建成的武汉火神山医院,彰显的不仅是中国速度,更是战胜疫情的坚强决心。
如图所示,为了在最短的时间完成地面基础建设,上百台挖掘机同时工作,其目的是增大所有挖掘机总的()A.机械效率B.功率C.功D.有用功3.(湖北黄冈·统考中考真题)成语“水滴石穿”,比喻力量虽小,但只要坚持,功到自然成。从物理的角度分析∶①力改变了石头的形状;②水滴冲击石头时,石头对水滴没有作用力;③水滴加速下落过程,重力对水滴做了功;④水滴加速下落过程,受到了平衡力的作用。完全正确的一组是A.①③B.①②C.①④D.②④4.(2022·四川自贡·统考中考真题)小明同学用15N的水平推力推动重为100N的超市购物车。
购物车自静止开始在10s内沿水平方向前进了10m。
在整个过程中推力做功为___________J,重力做功为___________J。
功与功率的计算功与功率是物理学中常见的概念,用来表示力量的作用以及力量的变化速率。
在力学和电学等领域,功与功率的计算是非常重要的。
首先,我们来了解一下功的概念。
功是表示力对物体做功的量,它的计算公式为:功 = 力 ×距离× cosθ其中,力是施加在物体上的力,距离是力的作用点在力的方向上移动的距离,θ是力的方向与距离方向之间的夹角。
根据公式可以看出,当力的方向与距离方向相同时,作用力越大,距离越大,所做的功也就越大。
举个例子,假设有一个人用力推一个物体,推的力为100N,推动的距离为10m,推的方向与距离方向之间的夹角为30°。
那么这个人所做的功可以通过计算公式来计算:功 = 100N × 10m × cos30°,计算结果为 866.03 J。
这意味着这个人所做的功为866.03焦耳。
接下来,我们来了解一下功率的概念。
功率表示单位时间内所做的功,它的计算公式为:功率 = 功 / 时间功率也可以表示为力的大小和速度的乘积:功率 = 力 ×速度其中,力是物体所受的作用力,速度是物体运动的速度。
根据公式可以看出,当力的大小和速度越大,所做的功率也就越大。
举个例子,假设有一个电灯泡所消耗的功率为50瓦,工作时间为5小时。
那么通过功率的计算公式可以得到:功 = 功率 ×时间,即功 =50瓦 × 5小时 = 250焦耳。
这意味着这个电灯泡在5小时内所消耗的能量为250焦耳。
功与功率的计算在日常生活和科学研究中具有广泛的应用。
例如,在工程学中,计算机的功率往往用来衡量计算机的性能;在运动学中,运动员的功率往往用来衡量运动员的能力。
通过功和功率的计算,我们可以更好地理解力量的作用和能量的变化。
总而言之,功与功率的计算在物理学中是非常重要的。
通过对力量及其变化速率的计算,我们可以更好地理解和应用于各个领域的物理知识。
专题09 功与功率(教师版)一、目标要求二、知识点解析1.功物理学中把力和物体在力的方向上移动距离的乘积叫作机械功,简称功。
做功的必要条件:(1)作用在物体上的力;(2)物体在力的方向上通过的距离。
不做功的三种情况:(1)F≠0,s=0——劳而无功;(2)F=0,s≠0——不劳无功;(3)F≠0,s≠0且F⊥s——垂直无功。
2.功的计算计算方法:功=力*距离计算公式:W=FS。
单位:焦耳(J) 1J=1N·m相同的时间比较做功的多少。
相同的功比较他们所用的时间。
如果在两者不相同的情况下,比较他们单位时间内所做的功。
4.功率物理意义:功率是表示物体做功快慢的物理量定义:在物理学中,把一段时间内做的功和所用时间的比值叫做功率。
计算公式:P=W/t或P=Fv(在力的方向上匀速运动的物体)单位:瓦特(w)简称:瓦三、考查方向1.做功的判断典例一:(2020·苏州)下列事例中,人对物体做功的是()A. 物理老师提着实验器材上楼B. 运动员举着杠铃原地不动C. 中学生背着书包在水平路面上匀速行走D. 被运动员踢出去的足球在草地上滚动的过程中2.功的计算典例二:(2020·河南省初三一模)一颗质量是20克的子弹从枪膛中水平射出,子弹在枪膛中受火药爆炸后产生气体的平均作用力是700N,枪膛长50cm,子弹从枪膛射出后飞行1000米,气体对子弹做的功为()A.140J B.350J C.7×105J D.7.35×105J典例三:(2021·晋城月考试卷) 小明两次分别用时90s90s、40s40s从一楼爬到五楼,小明的体重与前后两次上升的高度均不变,比较两次爬楼过程()A.用时少的做功多B.用时多的做功多C.用时少的做功功率大D.前后两次做功功率一样大4.比较功率的大小典例四:(2020·山东·德州·中考模拟) 为了增强体能,全班同学进行爬楼梯训练,体重500N的小刚在10s内连续爬楼梯的总高度为7m.求:(1)小刚爬楼梯所做的功.(2)小刚爬楼梯的功率.四、模拟训练一、基础练习1.(2021·广西·桂林·月考试卷) 关于做功和功率的说法中正确的是()A . 有力作用在物体上,力一定对物体做功B . 在光滑水平面上做匀速直线运动的物体,合力做功为0C . 物体受到的作用力越大,力对物体做功就越多D . 力对物体做功越多,功率就越大2.(2021·广西·崇左·月考试卷) 下列说法正确的是()A . 运动的物体具有的能量叫做动能B . 甲、乙二人同时登山,甲先到达山顶,则甲的功率大C . 功就是能,因为它们的单位相同D . 用50N的水平力拉着重100N的小车沿着水平地面前进5m,则此过程拉力做的功250J3.(2020·陕西·延安·月考试卷) 关于功,下列说法正确的是()A . 力越大做功越多B . 物体在力的方向上移动的距离越大做功越多C . 做功所用的时间越长做功越多D . 做功的物体都受力的作用4.(2019·四川·成都·期末试卷) 下列数据中,最接近生活实际的是()A . 用手将两个鸡蛋托高1m所做的功约10JB . 一名初中生大约重50NC . 人骑自行车的速度大约是1.2m/sD . 我们现在周围的大气压约为1×105Pa5.(2021·广西·崇左·月考试卷) 某同学用50N的力将重10N的足球踢出去15m远,该同学对足球做的功是()A . 750JB . 150JC . 没有做功D . 无法确定做功多少6.(2020·天津初三一模)九年级的小黄同学一口气从一楼跑到四楼教室,所用时间为30 s。
义务教育基础课程初中教学资料功和功率知识点1.功1.功:如果一个力作用在物体上,物体在这个力的方向移动了一段距离,我们就说力对物体做了功.2.做功的两个必要因素:作用在物体上的力和物体在力的方向上通过的距离.3.计算公式:W Fs,功的单位:J(焦耳)4.不做功的几种情况:A.物体受到力的作用,但物体没有移动,这个力对物体不做功.如小孩搬大石头搬不动.B.由于惯性保持物体的运动,虽有通过的距离,但没有力对物体做功.如冰块在光滑水平面上运动.C.当物体受到的力的方向与物体运动方向垂直时,这个力对物体不做功.如提着重物在水平地面上行走.甲、乙图是力做功的实例,丙、丁图是力不做功的实例5.功的原理(1)实验证明:使用机械时,人们所做的功,都不会少于直接用手所做的功.人们使用机械的目的,一是为了省力,二是为了省距离,三是为了操作方便——改变力的方向,但使用任何机械都不省功.这个结论叫做功的原理.(2)功的原理是能量守恒定律的一种表现形式,是一个普遍的结论,对任何机械都适用,但必须满足物体是匀速运动的.这个原理平时可通俗地解释为;利用机械使物体匀速运动时,动力做的功等于克服阻力做的功. (3)利用功的原理推导杠杆平衡条件.如图,设动力为F1,动力臂为L1;阻力为F2,阻力臂为L2.在力作用下,杠杆由AB 位置匀速转到CD 位置,则杠杆的A 端在F1作用下下降了h1,动力做功111W F L =⋅;B 端克服阻力F2的作用升高了h2,克服阻力做功222W F L =⋅,由于功的原理 12W W =即1122F h F h ⋅=⋅ 注意到ΔΔOCM ODN :,有1122h L h L =.由此可得122211F h L F h L ==.【例1】 在国际单位制中,功的单位是( )A .焦耳B .瓦特C .牛顿D .帕斯卡【例2】 如图所示的四种情景中,人对物体做功的是( )【例3】 以下几种情况中,力对物体做功的有( )A .人用力提杠铃,没有提起来B .沿着斜面把汽油桶推上车厢C .用力提着水桶水平移动2米,水桶离地面高度不变D .物体在光滑水平面上匀速前进二米【例4】 如图所示,用F =50N 的水平拉力,通过一个动滑轮,使重为200N 的物体A 水平向右匀速移动了3m ,在这个过程中( )A .拉力F 做了150J 的功B .拉力F 做了300J 的功C .重力做了600J 的功D .重力做了1200J 的功【例5】 一个人先后用同样大小的力沿水平方向拉木箱,使木箱分别在光滑和粗糙两种不同的水平地面上前进相同的距离.关于拉力所做的功,下列说法中正确的是( ) A .在粗糙地面上做功较多 B .在光滑地面上做功较多C .两次做功一样多D .条件不够,无法比较两次做功的多少【例6】 如图所示,已知物体A 和B 质量相等,A 在粗糙的水平地面,B 在光滑的斜面.现它们分别在同样大小的力F 作用下沿F 的方向分别移动了距离s ,则F 对物体做的功( )A .对A 做的功多B .对A 和B 做功一样多C .对B 做的功多D .条件不足,无法确定【例7】 如图所示,水平地面上的物体在水平恒定拉力F 的作用下,沿ABC方向做直线运动,已知AB =BC .设AB 段是光滑的,拉力F 做功为1W ;BC 段是粗糙的,拉力做功为2W ,则1W 和2W 的关系是( ) A .12W W = B .12W W > C .12W W < D .不能确定【例8】 一个滑块质量2千克,在光滑斜面上由A 滑到B ,如图所示.已知AB =40厘米,斜面对物体支持力是17牛,在从A 到B 的过程中,重力做功_____焦,支持力做功_____.【例9】 如图所示,在半径为R ,重为G 的油桶外绕了几圈绳子,在绳子的一端用一水平拉力F ,使油桶沿水平地面滚过距离s .在这一过程中,拉力F 所做的功为( )A .GsB .(G+F )sC .FsD .2Fs【例10】 绳子通过光滑环悬挂一个重50牛的物体,一个小孩拉着绳端从环正下方出发,沿水平地面向右走过3米,已知开始时,绳端与圆环的距离为4米.在这一过程中,小孩的拉力所做的功为( )A .50焦B .100焦C .150焦D .200焦【课1】 关于图所示的各种情景,下面说法错误..的是( )A .甲图中:系安全带可预防汽车突然减速时人由于惯性前冲而撞伤B .乙图中:人用力向上搬大石块没有搬动,则重力对大石块做了功C .丙图中:在拉力作用下拉力器弹簧变长,说明力可使物体发生形变D .丁图中:抛出的石块在重力作用下改变原来的运动方向和运动快慢【课2】 物体A 在水平拉力F =20N 的作用下,第一次加速运动了10m ,第二次匀速运动了10m ,第三次减速运动了10m ,在三次不同的运动情况中比较拉力F 对物体做的功( ) A .第一次最多 B .第二次最多 C .三次一样多 D .第三次最多【课3】 如图所示,已知A B C M M M >>.在同样大小的力F 作用下,三个物体都沿着力的方向移动了距离s ,则力F 所做的功( )A .A 情况下F 做功最多B .B 情况下F 做功最多C.C情况下F做功最多D.三种情况下F做功相同【课4】今年6月美国将在科罗拉多大峡谷建成观景台.观景台搭建在大峡谷的西侧谷壁上,呈U字型,离谷底1200m高,取名为“人行天桥”,如图所示.如果在建造过程中有一块质量为0.1kg的石子从观景台掉落谷底,则下落过程中,石子的重力做功为(g取10N/kg)()A.12J B.1200JC.5⨯1.210J1.210J⨯D.6【课5】如图所示,建筑工人用滑轮组提升重为220N的泥桶,动滑轮重为20N,不计滑轮与轴之间的摩擦及绳重.若工人在5s内将绳子匀速向上拉6m.求:(1)泥桶上升的高度;(2)拉力做的功.【课6】(2010年广东梅州)如图所示,物体A的质量12kgm=,在拉力F的作用下,物体A以0.1m/s的速度在水平面上做匀速直线运动,弹簧测力计的示数为12N,忽略滑轮与绳子的摩擦力以及滑轮、弹簧测力计和绳子所受的重力,并且绳子足够长.求:(1)物体A与水平面间摩擦力f的大小;(2)拉力F的大小;(3)物体A运动10s的过程中,拉力F所做的功.【课7】如图所示,在水平拉力F作用下,使重40N的物体A匀速移动5m,物体A受到地面的摩擦力为5N,不计滑轮、绳子的重力及滑轮与绳子间的摩擦,拉力F做的功为()A.50J B.25J C.100J D.200J【课8】A.B两物体在相等水平外力作用之下做匀速直线运动,如果B的质量是A的2倍,A所受的外力是B 的3倍,A 运动速度是B 的4倍,那么在相同的时间内,外力对A .B 两物体做功之比应是( )A .6:1B .8:1C .12:1D .24:1【课9】 如图所示,将同一物体分别施以平行于斜面的力,从两个倾角不同的光滑斜面的底端拉至顶端,斜面倾角为α和β(α<β),所需的力分别为1F 、2F ,所作的功对应为1W 、2W ,则( ) A .1F <2F 1W <2W B .1F <2F 1W =2W C .1F =2F 1W =2W D .1F >2F 1W >2W【课10】 重力为G ,长为L 的均匀直棒悬挂成竖直状态,现在棒的下端施加一水平拉力F ,让棒缓慢转过θ角后停止转动.如图所示,若不计摩擦,则棒在转动过程中( ) A .拉力F 逐渐变大,拉力不做功 B .拉力F 逐渐变小,拉力做功为GL C .拉力F 不变,拉力做功为cos GL θD .拉力F 逐渐变大,拉力做功为1(1cos )2GL θ-【课11】 如图所示,将同一金属块分别浸入形状不同、但体积和高度相同的盛满水的容器甲、乙中,且浸入深度相同.若把金属块匀速提起到刚离开水面时,甲、乙两种情况下拉力做的功相比较是( ) A .甲多 B .乙多 C .一样多 D .无法判断【课12】 板AB 支于重心O 点,并在O 点正上方放一重力5N G =的物体P (大小不计),另在板上C 处用一细绳CD 系在地上,设0.5m OC =,细绳所能承受的最大拉力为8N m T =,此时木板处于水平平衡位置,细绳刚好竖直伸直,如图所示.现用一大小为4N F =的水平推力使物体P 沿OA 方向做直线运动,当细绳CD 刚好被拉断时推力对物体做多少功?知识点2 功率1.概念:单位时间里完成的功叫功率.功率是描述做功快慢的物理量.2.功率的公式:W Pt =3.功率的单位:瓦特,简称“瓦”,用“W”表示,常用的单位还有“kW”.其中1W=1J/s,1kW=1000W4.当物体在F的作用下,以速度v匀速运动时,有WP F vt==⋅,由此可知,当功率一定时,力和速度成反比.例如,拖拉机的功率是一定的,当它耕地时,需要很大的动力,故其速度慢一些,当它在平地上行驶时,需要的动力小一些,故其运动的速度较大.另外如汽车以恒定功率行驶,平路上和爬坡时的速度会有很大差别.5.功率只反映做功的快慢,不能表示做功的多少.6.功和功率是两个不同的物理量.7.比较功率大小的三种方法:①在相同时间内,比较做功的大小,做功越多的物体,功率越大;②在完成相同功的条件下,比较所用时间长短,所用时间越短的物体,功率越大;③做功的多少和所用时间都不相同的情况下,通过计算WPt=,进行比较.【例1】关于功率下列说法中正确的是()A.有用功越多,机械的功率越大B.机械做功越快,机械的功率越大C.机械的功率越大,它能做的功越多D.机械效率越高,机械的功率越大【例2】关于功率以下说法中正确的是()A.据P=W/t可知,机器做功越多,其功率就越大B.据P=Fv可知,汽车牵引力一定与速度成反比C.据P=W/t可知,只要知道时间t内机器所做的功,就可以求得这段时间内任一时刻机器做功的功率D.根据P=Fv可知,发动机功率一定时,交通工具的牵引力与运动速度成反比.【例3】自行建造的某集装箱吊车,在2min内把66t的集装箱匀速竖直向上吊起36m,这吊车对集装箱做功的功率为W,(g取10N/kg.)【例4】 用同一水平力F 拉一个物体先后沿光滑水平面和粗糙水平面运动,两次物体运动的距离都为S ,运动的时间分别为t l 和t 2(t 1<t 2).若物体沿光滑水平面运动时,拉力做的功为W 1,功率为P 1;物体沿粗糙水平面运动时,拉力做的功为W 2,功率为P 2,那么( )A .W 1=W 2,P l >P 2B .W 1>W 2,P 1=P 2C .W 1<W 2,P l >P 2D .W l =W 2,P l <P 2【例5】 甲、乙两个同学质量相等,他们都从一楼到二楼,甲快速跑上去,乙慢慢走上去,设甲做功为W 甲,功率为P 甲,乙做功为W 乙,功率为P 乙,则( ) A .W 甲>W 乙 P 甲>P 乙 B .W 甲=W 乙 P 甲=P 乙 C .W 甲=W 乙 P 甲>P乙D .W 甲>W 乙 P 甲=P乙【例6】 星期天,小明和爸爸一块去登山.小明用了20min 登上山顶,爸爸用了25min 登上山顶,爸爸的体重是小明的1.5倍,则小明与爸爸登山时所做的功的功率之比是( ) A .5:6 B .6:5 C .15:8 D .2:3【例7】 如图所示滑轮组,不计绳重和滑轮摩擦.用力F 水平向右拉动绳端,使重物A 以0.1m/s 的速度做匀速直线运动,已知拉力F 的功率为10W ,物体A 重150N ,则( ) A .拉力F 的大小为40NB .拉力F 做的功为6JC .物体A 受到摩擦阻力大小为100ND .绳端的移动速度为0.3m/s【例8】 甲、乙两人匀速跑上楼的功率之比是3:2,两人体重之比为2:1,甲跑上楼用的时间是1t ,若开动传送带或电梯把甲送上楼用的时间是2t ,当乙用原来速度从向上开动的电梯跑上楼时,所用时间是( )A .1212t t t t + B .1221343t t t t + C .122132(43)t t t t + D .223t【例9】 (多选)如图所示,置于水平桌面上的物体A 重490N ,物体B 重294N ,物体B 在匀速下降了40cm 的过程中,拉动物体A 在水平桌面上匀速移动了一段距离;若用一水平向左的力F 拉动物体A ,使物体A 在5s 内匀速移动0.5m (不计动滑轮、绳重以及滑轮轮轴间摩擦),则下列说法A.拉力F为294N,拉力F的功率为29.4WB.拉力F为147N,拉力F的功率为14.7WC.物体A与桌面的滑动摩擦力为294ND.绳子拉力对物体B所做的功为73.5J【例10】(多选)如图10甲所示,重为80N的物体在大小为30N、水平向左的拉力F1作用下,在水平面上以0.4m/s的速度做匀速运动,滑轮与绳子质量及滑轮轴处摩擦均不计。
物理学中的功与功率物理学中,功(work)是指力通过距离的作用而产生的效果,而功率(power)则是对功的时间变化率的描述。
功和功率是物理学中非常重要的概念,对于描述力的作用以及物体的运动过程有着重要的意义。
接下来,本文将对物理学中的功与功率进行详细阐述。
一、功的概念与计算方法1.1 功的概念在物理学中,功是指由于力对物体施加作用而使其沿着力的方向移动的效果。
当一个力 F 作用在物体上,使其沿着力的方向移动了一段距离 s 时,该力所做的功可以用以下公式表示:W = F·s·cosθ其中,W代表功,F代表施加在物体上的力,s代表物体的位移,θ表示力与位移之间的夹角。
1.2 功的计算方法当力的方向与位移方向相同时,夹角θ为0度,此时功等于力乘以位移的乘积。
若力与位移方向垂直,夹角θ为90度,此时力对物体并不做功。
当力 F 的大小不变,但作用点沿着位移方向移动,此时功的计算方法为:W = F·s其中,W代表功,F代表施加在物体上的力,s代表物体的位移。
二、功的单位在国际单位制中,功的单位是焦耳(J)。
当力的大小为1牛顿(N),位移的大小为1米(m)时,所做的功为1焦耳。
除了焦耳以外,国际单位制中还可以用千焦耳(kJ)和毫焦耳(mJ)来表示功。
三、功率的概念与计算3.1 功率的概念在物理学中,功率是指单位时间内所做功的大小。
当一个物体在单位时间内所做的功越大,表示该物体的功率越高,即其具有更大的能量转化速率。
功率可以用以下公式表示:P = W/t其中,P代表功率,W代表所做的功,t代表单位时间。
3.2 功率的计算方法当所做功 W 的大小不变,但时间 t 的大小发生变化时,此时功率的计算方法为:P = W/t四、功与功率的应用功与功率在物理学中有着广泛的应用,以下是一些常见的例子:4.1 机械功与机械功率在机械领域,例如汽车引擎输出功率的描述就是功率的一种应用。
当汽车引擎产生一定的功时,可以通过计算单位时间内所做的功来描述汽车引擎的功率大小。
功与功率的概念与计算一、功的概念与计算1.1 概念:功是描述物体由于外力作用而做功的能力,是标量,单位为焦耳(J)。
1.2 分类:(1)静功:物体在力的作用下保持静止时所做的功。
(2)动能功:物体在力的作用下从一个位置移动到另一个位置时所做的功。
(3)势能功:物体在力的作用下从一个势能状态转移到另一个势能状态时所做的功。
1.3 计算公式:(1)静功:W = F * s * cosθ,其中F为作用力,s为力的作用位移,θ为力的作用方向与位移方向之间的夹角。
(2)动能功:W = ΔK,其中ΔK为物体动能的变化量。
(3)势能功:W = ΔU,其中ΔU为物体势能的变化量。
二、功率的概念与计算2.1 概念:功率是描述做功快慢的物理量,是标量,单位为瓦特(W)。
2.2 分类:(1)瞬时功率:物体在某一瞬间所做的功与时间的比值。
(2)平均功率:物体在一段时间内所做的功与时间的比值。
2.3 计算公式:(1)瞬时功率:P = F * v * cosθ,其中F为作用力,v为物体的瞬时速度,θ为力的作用方向与速度方向之间的夹角。
(2)平均功率:P = W / t,其中W为物体在一段时间内所做的功,t为时间。
三、功与功率的关系3.1 功是功率与时间的乘积。
3.2 功率是单位时间内所做的功。
四、注意事项4.1 在计算功和功率时,要区分作用力和反作用力。
4.2 在计算功时,要注意力的作用方向与位移方向之间的夹角。
4.3 在计算功率时,要选择正确的时间间隔。
功与功率是物理学中的重要概念,掌握它们的定义、分类、计算公式及其关系对于深入学习物理学具有重要意义。
通过本题的解答,希望您对功与功率有了更加深入的了解。
习题及方法:1.习题:一个质量为2kg的物体受到一个力为10N的作用力,物体在力的方向上移动了5m,求物体的功。
方法:使用功的计算公式W = F * s * cosθ。
由于题目中没有给出力的作用方向与位移方向之间的夹角,我们可以默认它们是相同的,因此cosθ = 1。
中考物理复习基础知识+典型考题详解:功和功率 一、功1.功:如果一个力作用在物体上,物体在这个力的方向上移动一段距离,就说这个力对物体做了功,用符号W 表示2.做功的两个因素:一是作用在物体上的力,二是物体在力的方向上通过的距离。
在下列三种情况下,力对物体没有做功:2.功的计算(1)力学里规定:功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。
(2)功的计算公式为W =F s ,其中W 表示功,单位是焦耳;F 表示力,单位牛顿;s 表示沿1.随着云时代的来临,大数据也吸引了越来越多的关注。
同学们在初中物理学习的过程中,也接触到了许多数据。
下列符合生活实际的是( ) A .分子的尺度约为1mmB .此时考场的大气压约为1000PaC .将两个鸡蛋举高1m 做功约10JD .一名初中生以正常速度爬楼梯的功率约为100W 【答案】D【详解】A .分子的量度单位为10﹣10m ,即0.1nm ,故A 不符合实际; B .考场的大气压接近一个标准大气压,约1.0×105Pa ,故B 不符合实际; C .两个鸡蛋重力约1N ,举高1m 做功 W =Gh =1N×1m =1J 故C 不符合实际;D .一初中生以正常速度从一楼登上三楼所做功为W =Gh =mgh =50kg×10N/kg×6m =3000J一初中生以正常速度从一楼登上三楼用时间约30s ,爬楼梯的功率约为功率 P 3000J 30s W t ===100W 故D 符合实际。
故选D 。
2.下列生活实例中,人对物体施加的力做功的有( )A .甲和乙B .甲和丁C .乙和丙D .丙和丁 【答案】B【详解】做功的两个必要因素:一是作用在物体上的力;二是物体在力的方向上通过一段距离,二者缺一不可。
甲中,箱子在推力的作用下向前运动了一段距离,有力作用在箱子上,箱子在力的方向上通过了距离,所以推力对物体做了功;乙中,提着小桶在水平路上前行,人给小桶一个向上的力,而小桶沿水平方向移动,小桶向上没有移动距离,人对小桶没有做功;丙中,用尽全力搬石头,但未搬动,有力作用在物体上,但没有移动距离,不做功; 丁中,物体在绳子的作用下沿力的方向升高一段距离,力对物体做了功。
功和功率一、功1.功【例1】 如图所示,质量为m 的小球用长L 的细线悬挂而静止在竖直位置。
在下列三种情况下,分别用水平拉力F 将小球拉到细线与竖直方向成θ角的位置。
在此过程中,拉力F 做的功各是多少?⑴用F 缓慢地拉;⑵F 为恒力;⑶若F 为恒力,而且拉到该位置时小球的速度刚好为零。
可供选择的答案有A.θcos FLB.θsin FLC.()θcos 1-FLD.()θcos 1-mgL解析:⑴若用F 缓慢地拉,则显然F 为变力,只能用动能定理求解。
F 做的功等于该过程克服重力做的功。
选D⑵若F 为恒力,则可以直接按定义求功。
选B⑶若F 为恒力,而且拉到该位置时小球的速度刚好为零,那么按定义直接求功和按动能定理求功都是正确的。
选B 、D在第三种情况下,由θsin FL =()θcos 1-mgL ,可以得到2tan sin cos 1θθθ=-=mg F ,可见在摆角为2θ-时小球的速度最大。
实际上,因为F 与mg 的合力也是恒力,而绳的拉力始终不做功,所以其效果相当于一个摆,我们可以把这样的装置叫做“歪摆”。
【例2】如图所示,线拴小球在光滑水平面上做匀速圆周运动,圆的半径是1m ,球的质量是0.1kg ,线速度v =1m/s ,小球由A 点运动到B 点恰好是半个圆周。
那么在这段运动中线的拉力做的功是( )A .0B .0.1JC .0.314JD .无法确定解析:小球做匀速圆周运动,线的拉力为小球做圆周运动的向心力,由于它总是与运动方向垂直,所以,这个力不做功。
故A 是正确的。
【例3】下面列举的哪几种情况下所做的功是零( )A .卫星做匀速圆周运动,地球引力对卫星做的功B .平抛运动中,重力对物体做的功C .举重运动员,扛着杠铃在头上的上方停留10s ,运动员对杠铃做的功D .木块在粗糙水平面上滑动,支持力对木块做的功解析:引力作为卫星做圆周运动的向心力,向心力与卫星运动速度方向垂直,所以,这个力不做功。
杠铃在此时间内位移为零。
支持力与位移方向垂直,所以,支持力不做功。
故A 、C 、D 是正确的。
【例4】用力将重物竖直提起,先是从静止开始匀加速上升,紧接着匀速上升。
如果前后两过程的运动时间相同,不计空气阻力,则( )A .加速过程中拉力做的功比匀速过程中拉力做的功大B .匀速过程中拉力做的功比加速过程中拉力做的功大C .两过程中拉力做的功一样大D .上述三种情况都有可能解析:应先分别求出两过程中拉力做的功,再进行比较。
重物在竖直方向上仅受两个力作用,重力mg 、拉力F 。
比较①、②式知:当a>g 时,21W W >;当a=g 时,21W W =;当a<g 时,21W W < 故D 选项正确。
2.功的物理含义【例5】质量为m 的物体,受水平力F 的作用,在粗糙的水平面上运动,下列说法中正确的是( )A .如果物体做加速直线运动,F 一定做正功B .如果物体做减速直线运动,F 一定做负功C .如果物体做减速直线运动,F 可能做正功D .如果物体做匀速直线运动,F 一定做正功解析:物体在粗糙水平面上运动,它必将受到滑动摩擦力,其方向和物体相对水平面的运动方向相反。
当物体做加速运动时,其力F 方向必与物体运动方向夹锐角(含方向相同),这样才能使加速度方向与物体运动的方向相同。
此时,力F 与物体位移的方向夹锐角,所以,力F 对物体做正功, A 对。
当物体做减速运动时,力F 的方向可以与物体的运动方向夹锐角也可以夹钝角(含方向相反),只要物体所受合力与物体运动方向相反即可,可见,物体做减速运动时,力F 可能对物体做正功,也可能对物体做负功, B 错,C 对。
当物体做匀速运动时,力F 的方向必与滑动摩擦力的方向相反,即与物体位移方向相同,所以,力F 做正功,D 对。
故A 、C 、D 是正确的。
【例6】如图所示,均匀长直木板长L =40cm ,放在水平桌面上,它的右端与桌边相齐,木板质量m =2kg ,与桌面间的摩擦因数μ=0.2,今用水平推力F 将其推下桌子,则水平推力至少做功为( )(g 取10/s 2)A .0.8JB .1.6JC .8JD .4J解析:将木板推下桌子即木块的重心要通过桌子边缘,水平推力做的功至少等于克服滑动摩擦力做的功,8.024.0202.02=⨯===L mgFs W μJ 。
故A 是正确的。
二、功率功率是描述做功快慢的物理量。
⑴功率的定义式:tW P =,所求出的功率是时间t 内的平均功率。
⑵功率的计算式:P =Fv cos θ,其中θ是力与速度间的夹角。
该公式有两种用法:①求某一时刻的瞬时功率。
这时F 是该时刻的作用力大小,v 取瞬时值,对应的P 为F 在该时刻的瞬时功率;②当v 为某段位移(时间)内的平均速度时,则要求这段位移(时间)内F 必须为恒力,对应的P 为F 在该段时间内的平均功率。
⑶重力的功率可表示为P G =mgv y ,即重力的瞬时功率等于重力和物体在该时刻的竖直分速度之积。
⑷汽车的两种加速问题。
当汽车从静止开始沿水平面加速运动时,有两种不同的加速过程,但分析时采用的基本公式都是P =Fv 和F-f = ma ①恒定功率的加速。
由公式P =Fv 和F-f=ma 知,由于P 恒定,随着v 的增大,F 必将减小,a 也必将减小,汽车做加速度不断减小的加速运动,直到F =f ,a =0,这时v 达到最大值fP F P v m m m ==。
可见恒定功率的加速一定不是匀加速。
这种加速过程发动机做的功只能用W =Pt 计算,不能用W =Fs 计算(因为F 为变力)。
②恒定牵引力的加速。
由公式P =Fv 和F -f =ma 知,由于F 恒定,所以a 恒定,汽车做匀加速运动,而随着v 的增大,P 也将不断增大,直到P 达到额定功率P m ,功率不能再增大了。
这时匀加速运动结束,其最大速度为m m m m v fP F P v =<=',此后汽车要想继续加速就只能做恒定功率的变加速运动了。
可见恒定牵引力的加速时功率一定不恒定。
这种加速过程发动机做的功只能用W=F ∙s 计算,不能用W=P ∙t 计算(因为P 为变功率)。
要注意两种加速运动过程的最大速度的区别。
【例8】 质量为2t 的农用汽车,发动机额定功率为30kW ,汽车在水平路面行驶时能达到的最大时速为54km/h 。
若汽车以额定功率从静止开始加速,当其速度达到v =36km/h 时的瞬时加速度是多大?解析:汽车在水平路面行驶达到最大速度时牵引力F 等于阻力f ,即P m =f ∙v m ,而速度为v 时的牵引力F =P m /v ,再利用F -f =ma ,可以求得这时的a =0.50m/s 2【例9】卡车在平直公路上从静止开始加速行驶,经时间t 前进距离s ,速度达到最大值v m 。
设此过程中发动机功率恒为P ,卡车所受阻力为f ,则这段时间内,发动机所做的功为( )v aA .PtB .fsC .Pt =fsD .fv m t解析:发动机所做的功是指牵引力的功。
由于卡车以恒定功率运动,所以发动机所做的功应等于发动机的功率乘以卡车行驶的时间,∴A 对。
B 项给出的是卡车克服阻力做的功,在这段时间内,牵引力的功除了克服阻力做功外还要增加卡车的功能,∴B 错。
C 项给出的是卡车所受外力的总功。
D 项中,卡车以恒功率前进,将做加速度逐渐减小的加速运动,达到最大速度时牵引力等于阻力,阻力f 乘以最大速度m v 是发动机的功率,再乘以t 恰是发动机在t 时间内做的功。
故A D 是正确的。
【例10】质量为m 、额定功率为P 的汽车在平直公路上行驶。
若汽车行驶时所受阻力大小不变,并以额定功率行驶,汽车最大速度为v 1,当汽车以速率v 2(v 2<v 1)行驶时,它的加速度是多少? 解析:速度最大时,牵引力最小,在量值上等于阻力。
所以1v P f =,以速率v 2运动时,由牛顿第二定律有: F-f=ma 其中1v P f =, 2v P F = 得 212121)()11(v mv v v P v v m P a -=-=【例11】质量是2000kg 、额定功率为80kW 的汽车,在平直公路上行驶中的最大速度为20m/s 。
若汽车从静止开始做匀加速直线运动,加速度大小为2m/s 2,运动中的阻力不变。
求:①汽车所受阻力的大小。
②3s 末汽车的瞬时功率。
③汽车做匀加速运动的时间。
④汽车在匀加速运动中牵引力所做的功。
解析:①所求的是运动中的阻力,若不注意“运动中的阻力不变”,则阻力不易求出。
以最大速度行驶时,根据P =Fv ,可求得F =4000N 。
而此时牵引力和阻力大小相等。
②由于3s 时的速度v =at =6m/s ,而牵引力由F —F f =ma 得F =8000N ,故此时的功率为P = Fv =4.8×104W 。
③设匀加速运动的时间为t ,则t 时刻的速度为v =a t =2t ,这时汽车的功率为额定功率。
由P =Fv ,将F =8000N 和v =2 t 代入得t =5s 。
④虽然功率在不断变化,但功率却与速度成正比,故平均功率为额定功率的一半,从而得牵引力的功为W =Pt =40000×5J=2×105J.点评:③中的时间,有的学生用v =at ,得t =v m /a =10s ,这是错误的。
要注意,汽车不是一直匀加速到最大速度的。
【例12】 质量为0.5kg 的物体从高处自由下落,在下落的前2s 内重力对物体做的功是多少?这2s 内重力对物体做功的平均功率是多少?2s 末,重力对物体做功的即时功率是多少?(g 取2/10s m )解析:前2s ,20210212122=⨯⨯==gt h m ,J mgh W G 10020105.0=⨯⨯==, 平均功率50==tW P W ,2s 末速度s m s m gt v t /20/210=⨯==,2s 末即时功率100==t mgv P W 。
三、针对训练1.如图所示,力F 大小相等,A B C D 物体运动的位移s 也相同,哪种情况F 做功最小( )2.一质量为m 的木块静止在光滑的水平面上,从t =0开始,将一个大小为F 的水平恒力作用在该木块上,在t =T 时刻F 的功率是( )A .m T F 22 B .m T F 2 C .m T F 22 D .mT F 222 3.火车从车站开出作匀加速运动,若阻力与速率成正比,则( )A .火车发动机的功率一定越来越大,牵引力也越来越大B .火车发动机的功率恒定不变,牵引力也越来越小C .当火车达到某一速率时,若要保持此速率作匀速运动,则发动机的功率这时应减小D .当火车达到某一速率时,若要保持此速率作匀速运动,则发动机的功率一定跟此时速率的平方成正比4.同一恒力按同样方式施于物体上,使它分别沿着粗糙水平地面和光滑水平抛面移动相同一段距离时,恒力的功和平均功率分别为1W 、1P 和2W 、2P ,则二者的关系是( )A .21W W >、21P P >B .21W W =、21P P <C .21W W =、21P P >D .21W W <、21P P <5.如图甲所示,滑轮质量、摩擦均不计,质量为2kg 的物体在F 作用下由静止开始向上做匀加速运动,其速度随时间的变化关系如图乙所示,由此可知( )(g 取10m/s 2)A .物体加速度大小为2 m/s 2B .F 的大小为21NC .4s 末F 的功率大小为42WD .4s 内F 做功的平均功率为42W6.设飞机飞行中所受阻力与其速度的平方成正比,若飞机以速度v 匀速飞行,其发动机功率为P ,则飞机以2v 匀速飞行时,其发动机的功率为( )A .2PB .4PC .8PD .无法确定7.物体静止在光滑水平面上,先对物体施一水平向右的恒力F 1,经时间t 后撤去F 1,立即再对它施加一水平向左的恒力F 2,又经时间t 后物体回到原出发点,在这一过程中,F 1、F 2分别对物体做的功W 1、W 2之比为多少?8.如图所示,在光滑的水平面上,物块在恒力F =100N 作用下从A 点运动到B 点,不计滑轮的大小,不计绳、滑轮间摩擦,H=2.4m ,α=37°,β=53°,求拉力F 所做的功。