27功和功率 机械能

第四章 功和能 机械能守恒定律【知识建构】第一节 功 功率【考点知识梳理】 一．功1.概念：一个物体，如果在力的方向上 ，物理学中就说这个力对物体做了功． 2. 做功的两个必要因素： 和物体在力的方向上发生的3. 公式： ，仅适用于__________做功，其中α是F 和l 的夹角．机械能功功做功的两个必要因素 恒力做功：θcos Fs W = 变力做功功率平均功率：tWP =或θcos v F P = 瞬时功率：θcos Fv P =机车的两种启动方式以恒定的功率启动以恒定的加速度启动机械能动能：2k 21mv E =重力势能：mgh E =p弹性势能：)(212仅适用于弹簧kx E p =机械能：p k E E E +=基本规律功能关系：E W ∆= 动能定理：12k k E E W -=机械能守恒定律：p2k2p1k1E E E E +=+ 能量转化和守恒定律4. 功是标量但有正负：（1）当0≤α＜90°时，0＜αcos ≤1，则力对物体做 ，即外界给物体 能量，力是动力； （2）当090α=时，cos 0α=，0W =，则力对物体 ，即外界和物体间无能量交换．（3）当90o ＜α≤180o 时，-1≤αcos ＜0，则力对物体做 ，即物体向外界 能量，力是阻力．5.合力的功：各个力分别对物体所做功的 二．功率1. 定义：功跟完成这些功所用时间的 ，叫做功率．单位： ，符号： ．2. 物理意义：功率是描述力对物体做功 的物理量.3.表达式：（1）定义式：P ＝ ，（2）计算式：P ＝4. 额定功率：发动机铭牌上所标注的功率为这部机械的额定功率，它是指机械__________时的输出功率.实际功率：机械 的功率是实际功率.【考点知识解读】考点一、求力对物体做功的几种途径剖析:1．根据公式cos W Fs α=计算功，此公式只适用于恒力做的功．2．根据能量转化和守恒定律或动能定理计算功，此种方法不仅适用于恒力的功，也适用于变力的功． 3．根据W Pt =计算一段时间内做的功，此公式适用于功率恒定的情况．4．根据力（F ）——位移（s ）图像的物理意义计算力对物体所做的功，如图4―1―1中阴影部分的面积在数值上等于力所做功的大小．5.一对相互作用力做功的特点(1)．一对作用力和反作用力在同一段时间内，可以都做正功、或者都做负功；或者一个做正功、一个做负功；或者都不做功．(2)．一对作用力和反作用力在同一段时间内做的总功可能为正、可能为负、也可能为零． (3)．一对互为作用力和反作用的摩擦力做的总功可能为零（静摩擦力）、可能为负（滑动摩擦力），但不可能为正．【例1】 质量为M 的长木板放在光滑的水平面上，一个质量为m 的滑块以某一速度沿木板表面从A 点滑至B 点在木板上前进了L ，而木板前进s ，如图4—1—2所示，若滑块与木板间的动摩擦因数为μ，求摩擦力对滑块、对木板做的功各为多少?解析：滑块受力情况如图4—1—2（甲）所示，摩擦力对滑块做的功为1()W mg s L μ=-+木板受力如图4—1—2（乙），摩擦力对木板做的功为2W mgs μ=答案：)(L s mg +-μ mgs μ图4-1-1图5—1—4图4—1— 2图4―1―3【变式训练1】某人利用如图4―1―3所示的装置，用100 N 的恒力F 作用于不计质量的细绳的一端，将物体从水平面上的A 点移到B 点．已知a 1=300，a 2=370，h =1．5 m ．不计滑轮质量及绳与滑轮间的摩擦．求绳的拉力对物体所做的功．考点二、摩擦力做功的特点剖析:1．静摩擦力做功的特点：①静摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可能不做功；②在静摩擦力做功的过程中，只有机械能从一个物体转移到另一个物体，而没有机械能转化为其他形式的能量；③相互摩擦的系统，一对静摩擦力所做功的代数和总等于零． 2．滑动摩擦力做功的特点：①滑动摩擦力可以做正功，也可以对物体做负功，还可以不做功（如相对运动的两物体之一对地面静止则滑动摩擦力对该物不做功）；②在相互摩擦的物体系统中，一对相互作用的滑动摩擦力，对物体系统所做总功的多少与路径有关，其值是负值，等于摩擦力与相对位移的积，即W F s =⋅相对，表示物体系统损失机械能克服了摩擦力做功，E QF s ∆==⋅损相对 （摩擦生热）；③一对滑动摩擦力做功的过程中能量的转化和转移的情况：一是相互摩擦的物体通过摩擦力做功将部分机械能转移到另一个物体上；二是部分机械能转化为内能，此部分能量就是系统机械能的损失量．．【例题2】、如图4-1-4所示，AB 与CD 为两个对称斜面，其上部都足够长，下部分分别与一个光滑的圆弧面的两端相切，圆弧圆心角为1200，半径R=2.0m,一个物体在离弧底E 高度为h=3.0m 处，以初速度V 0=4m/s 沿斜面运动，若物体与两斜面的动摩擦因数均为μ=0.02,则物体在两斜面上（不包括圆弧部分）一共能走多少路程？（g=10m/s 2）.解析：由于滑块在斜面上受到摩擦阻力作用，所以物体的机械能将逐渐减少，最后物体在BEC 圆弧上作永不停息的往复运动。

W总 W1 W2 W3
W总 W合 F合 • L
例2： 用水平恒力F作用于质量为M的物体，使之 在光滑的水平面上沿力的方向移动距离l，恒力做 功为W1，再用该恒力作用于质量为m(m<M)的物 体上，使之在粗糙的水平面上移动l，恒力做功为 W2，则两次恒力做功的关系是 ( C ) A w1>w2 B w1<w2 C w1=w2 D 无和功率
复习： 1.功的概念： W Fs
单位 焦耳（J）
2.功率的概念： p W t
瓦特（w）
3.手提重物上楼，拉力F和重力G是否对重物做功？
4.手提重物在水平路面运动，拉力F和重力G是否对重
物做功？
5.汽车在平直公路上行驶时牵引力对汽车做功吗？路
面的支持力和汽车重力做功吗？汽车上坡呢？
(1)额定功率P额：电动机、内燃机等动力机械 在正常条件下可以长时间工作 的最大功率．
(2)实际功率P实：电动机、内燃机等动力机械 工作时实际消耗的功率．
说明： P实一般情况下小于P额，但在特殊情况
下，如汽车越过障碍时，可以使P实在短时间内 大于P额．
例3、发动机的额定功率是汽车长时间行驶时 所能输出的最大功率。某型号汽车发动机的 额定功率为 60kW，在水平路面上行驶时受 到的阻力是 1800 N，求发动机在额定功率下 汽车匀速行驶的速度。假定汽车行驶速度为 54 km/h 时受到的阻力不变，此时发动机输 出的实际功率是多少？
运动情况有何不同？
本题说明了一个力所做的功只由力和力的方 向上发生的位移决定,跟物体是否还受到其它 力作用,以及物体的运动情况均无关
四、功 率
1.物理意义：表示做功快慢的物理量
2.大小： p W Fvcos
t
3.标量：

功和功率的概念在物理学中，功和功率是描述物体运动和变化的重要概念。

它们被广泛应用于各个领域，包括力学、电学、热学等。

本文将对功和功率的概念进行详细介绍，并探讨它们在实际应用中的重要性。

一、功的概念1.1 定义在物理学中，功被定义为力对物体做功的量度。

当一个力作用在一个物体上，并使其移动时，这个力对物体所做的功等于力与物体移动距离的乘积。

用数学公式表示为：功 = 力 ×距离× cosθ其中，力的单位是牛顿（N），距离的单位是米（m），θ为力的作用角度。

1.2 物理意义功可以理解为力将能量传递给物体的过程。

当一个力对物体做功时，它将在物体上转移一定的能量。

功的正负表示能量的转移方向，正值表示能量向物体传递，负值表示能量从物体中流失或被消耗。

二、功率的概念2.1 定义功率是描述力在单位时间内做功的速率。

它表示单位时间内能量的转移情况。

用数学公式表示为：功率 = 功 / 时间其中，功的单位是焦耳（J），时间的单位是秒（s）。

2.2 物理意义功率可以理解为对物体施加力的效率。

高功率意味着更多的能量在单位时间内传递给物体，而低功率则表示能量转移的速率较慢。

在实际应用中，我们常用功率来衡量设备和机械系统的性能。

三、功和功率的应用3.1 功的应用功在物理学和工程中有着广泛的应用。

例如，在力学中，当我们计算一个物体的机械能时，需要考虑力对物体的功。

在实际生活中，当我们抬起物体、推动车辆或者进行其他体力活动时，我们也在做功。

功的概念对于了解和解释物体运动和能量转移过程具有重要意义。

3.2 功率的应用功率在各个领域的应用都十分广泛。

在电学中，功率用于衡量电能的传输和转换效率。

在工程中，功率用于描述机械设备的性能和效率。

在日常生活中，我们也常常接触到功率的概念，比如我们购买电器时关注的是它们的功率大小，因为功率越大，设备的工作效率一般越高。

四、总结功和功率是物理学中重要的概念，用于描述物体运动和能量转移的过程。

功和机械能知识点总结一、什么是功和机械能1. 功：在物理学中，功是一个非常重要的物理量，它是描述力对物体做了多少效果的量。

物体在受到作用力的作用下，如果它的位置发生改变，那么就说作用力对它做了功。

如果作用力的方向与物体的位移方向一致，那么作用力对物体做正功，反之则是负功。

功通常用Joule（焦耳）作为单位。

2. 机械能：机械能是指物体由于位置或运动而具有的能量，它包括动能和势能两种。

动能是物体由于运动而具有的能量，与物体的质量和速度的平方成正比；势能是物体由于位置而具有的能量，与物体的重力势能或弹性势能有关。

机械能在守恒定律中有重要的作用，表示系统在不受摩擦和外力的情况下，机械能的总量是保持不变的。

二、功的计算1. 功的计算公式：功的计算公式是W = F * d * cos(θ)，其中W表示功，F表示作用力，d表示物体的位移，θ表示作用力和位移方向之间的夹角。

当作用力和位移方向一致时，夹角为0度，cos(0) = 1，此时作用力对物体做的功最大；当作用力和位移方向垂直时，夹角为90度，cos(90) = 0，此时作用力对物体做的功为0。

2. 功的单位和量纲：功的单位是焦耳（J），量纲是力的量纲乘以位移的量纲，即[N]·[m]=N·m=J。

3. 功的正负及其物理意义：当作用力对物体做正功时，表示物体的动能增加；当作用力对物体做负功时，表示物体的动能减少；当作用力对物体做零功时，表示物体的动能保持不变。

三、机械能的转化和守恒1. 动能的转化：在物体运动的过程中，动能可以通过摩擦力、阻力等外力转化为热能，导致物体的运动速度减小；同时，外力也可以对物体做功，将外力的功转化为物体的动能。

例如，弹簧振子在振动过程中，弹簧的弹性势能转化为动能，而动能又会转化为弹性势能，形成了机械能的周期性转化。

2. 势能的转化：势能也可以通过外力的作用或物体的位置发生变化而转化为动能，例如物体从高处落下时，它的重力势能转化为动能；反之，物体上升时动能也会转化为重力势能。