高中物理功和機(jī)械能知識(shí)點(diǎn)詳解
高中物理功和機(jī)械能知識(shí)點(diǎn)詳解
在物理中有很多知識(shí)點(diǎn)是比較的中啊喲的，在答題中也是經(jīng)?？嫉?，下面學(xué)習(xí)啦的小編將為大家?guī)?lái)高中物理關(guān)于功和機(jī)械能的知識(shí)點(diǎn)的介紹，希望能夠幫助到大家。
高中物理功和機(jī)械能知識(shí)點(diǎn)
1功
定義式：W=F·s·cosθ，其中F是力，s是力的作用點(diǎn)位移(對(duì)地)，θ是力與位移間的夾角。
1.力學(xué)里所說(shuō)的功包括兩個(gè)必要因素：一是作用在物體上的力;二是物體在力的方向上通過(guò)的距離。
(2)功的大小的計(jì)算方法：
①恒力的功可根據(jù)W=F·S·cosθ進(jìn)行計(jì)算，本公式只適用于恒力做功。②根據(jù)W=P·t，計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)平均做功。③利用動(dòng)能定理計(jì)算力的功，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(guò)來(lái)可求功。
2.不做功的三種情況：有力無(wú)距離、有距離無(wú)力、力和距離垂直。
鞏固：某同學(xué)踢足球，球離腳后飛出10m遠(yuǎn)，足球飛出10m的過(guò)程中人不做功。(原因是足球靠慣性飛出)。
3.力學(xué)里規(guī)定：功等于力跟物體在力的方向上通過(guò)的距離的乘積。公式：W=FS。
(3)摩擦力、空氣阻力做功的計(jì)算：功的大小等于力和路程的乘積。
發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩物體的這一對(duì)相互摩擦力做的總功：W=fd(d是兩物體間的相對(duì)路程)，且W=Q(摩擦生熱)
4.功的單位：焦耳，1J=1N·m。把一個(gè)雞蛋舉高1m，做的功大約是0.5J。
5.應(yīng)用功的公式注意：①分清哪個(gè)力對(duì)物體做功，計(jì)算時(shí)F就是這個(gè)力;②公式中S一定是在力的方向上通過(guò)的距離，強(qiáng)調(diào)對(duì)應(yīng)。③功的單位“焦”(牛·米=焦)，不要和力和力臂的乘積(牛·米，不能寫(xiě)成“焦”)單位搞混。
2功的原理
1.內(nèi)容：使用機(jī)械時(shí)，人們所做的功，都不會(huì)少于直接用手所做的功;即：使用任何機(jī)械都不省功。
2.說(shuō)明：(請(qǐng)注意理想情況功的原理可以如何表述?)
①功的原理是一個(gè)普遍的結(jié)論，對(duì)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(fèi)距離，要省距離必須費(fèi)力，既省力又省距離的機(jī)械是沒(méi)有的。
?、凼褂脵C(jī)械雖然不能省功，但人類仍然使用，是因?yàn)槭褂脵C(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(lái)很多方便。
?、芪覀冏鲱}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(shí)，人們所做的功(FS)=直接用手對(duì)重物所做的功(Gh)。
3.應(yīng)用：斜面
①理想斜面：斜面光滑;
?、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(zhǎng);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(duì)物體做功Gh。
3機(jī)械效率
(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(shí)一定要分清是求哪個(gè)力的功率，還要分清是求平均功率還是瞬時(shí)功率。
1.有用功：定義：對(duì)人們有用的功。
公式：W有用=Gh(提升重物)=W總-W額=ηW總
斜面：W有用=Gh
2.額外功：定義：并非我們需要但又不得不做的功。
公式：W額=W總-W有用=G動(dòng)h(忽略輪軸摩擦的動(dòng)滑輪、滑輪組)
斜面：W額=fL
(2)功率的計(jì)算①平均功率：P=W/t(定義式)表示時(shí)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(shí)功率：P=F·v·cosα P和v分別表示t時(shí)刻的功率和速度，α為兩者間的夾角。
3.總功：定義：有用功加額外功或動(dòng)力所做的功
公式：W總=W有用+W額=FS= W有用/η
斜面：W總= fL+Gh=FL
(3)額定功率與實(shí)際功率：額定功率：發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的最大功率。實(shí)際功率：發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際輸出的功率，它可以小于額定功率，但不能長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)額定功率。
(4)交通工具的啟動(dòng)問(wèn)題通常說(shuō)的機(jī)車的功率或發(fā)動(dòng)機(jī)的功率實(shí)際是指其牽引力的功率。
?、僖院愣üβ蔖啟動(dòng)：機(jī)車的運(yùn)動(dòng)過(guò)程是先作加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，后以最大速度vm=P/f作勻速直線運(yùn)動(dòng)。
?、谝院愣恳啟動(dòng)：機(jī)車先作勻加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)功率增大到額定功率時(shí)速度為v1=P/F，而后開(kāi)始作加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，最后以最大速度vm=P/f作勻速直線運(yùn)動(dòng)。
4.機(jī)械效率：①定義：有用功跟總功的比值。
②公式：
斜 面：
定滑輪：
動(dòng)滑輪：
滑輪組：
?、塾杏霉傂∮诳偣Γ詸C(jī)械效率總小于1。通常用百分?jǐn)?shù)表示。某滑輪機(jī)械效率為60%表示有用功占總功的60%。
?、芴岣邫C(jī)械效率的方法：減小機(jī)械自重、減小機(jī)件間的摩擦。
5.機(jī)械效率的測(cè)量：
?、僭恚?/p>
?、趹?yīng)測(cè)物理量：鉤碼重力G、鉤碼提升的高度h、拉力F、繩的自由端移動(dòng)的距離S。
?、燮鞑模撼^碼、鐵架臺(tái)、滑輪、細(xì)線外還需刻度尺、彈簧測(cè)力計(jì)。
?、懿襟E：必須勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)使鉤碼升高，目的：保證測(cè)力計(jì)示數(shù)大小不變。
?、萁Y(jié)論：影響滑輪組機(jī)械效率高低的主要因素有：
A、動(dòng)滑輪越重，個(gè)數(shù)越多則額外功相對(duì)就多。
B、提升重物越重，做的有用功相對(duì)就多。
C、摩擦，若各種摩擦越大做的額外功就多。
繞線方法和重物提升高度不影響滑輪機(jī)械效率。
4功率
1.定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間里完成的功。
2.物理意義：表示做功快慢的物理量。
3.公式：
4.單位：主單位W;常用單位kW mW 馬力。
換算：1kW=103W 1mW=106 W 1馬力=735W。
某小轎車功率66kW，它表示：小轎車1s內(nèi)做功66000J。
5.機(jī)械效率和功率的區(qū)別：
功率和機(jī)械效率是兩個(gè)不同的概念。功率表示做功的快慢，即單位時(shí)間內(nèi)完成的功;機(jī)械效率表示機(jī)械做功的效率，即所做的總功中有多大比例的有用功。
5動(dòng)能和勢(shì)能
1.能量：一個(gè)物體能夠做功，我們就說(shuō)這個(gè)物體具有能。
理解：①能量表示物體做功本領(lǐng)大小的物理量;能量可以用能夠做功的多少來(lái)衡量。
②一個(gè)物體“能夠做功”并不是一定“要做功”也不是“正在做功”或“已經(jīng)做功”。如：山上靜止的石頭具有能量，但它沒(méi)有做功。也不一定要做功。
2.知識(shí)結(jié)構(gòu)：
6動(dòng)能
物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量叫做動(dòng)能。表達(dá)式：Ek=mv2/2
(1)動(dòng)能是描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量。
(2)動(dòng)能和動(dòng)量的區(qū)別和聯(lián)系
①動(dòng)能是標(biāo)量，動(dòng)量是矢量，動(dòng)量改變，動(dòng)能不一定改變;動(dòng)能改變，動(dòng)量一定改變。
?、趦烧叩奈锢硪饬x不同：動(dòng)能和功相聯(lián)系，動(dòng)能的變化用功來(lái)量度;動(dòng)量和沖量相聯(lián)系，動(dòng)量的變化用沖量來(lái)量度。③兩者之間的大小關(guān)系為EK=P2/2m
7重力勢(shì)能
(1)定義：地球上的物體具有跟它的高度有關(guān)的能量，叫做重力勢(shì)能， 。
?、僦亓?shì)能是地球和物體組成的系統(tǒng)共有的，而不是物體單獨(dú)具有的。②重力勢(shì)能的大小和零勢(shì)能面的選取有關(guān)。③重力勢(shì)能是標(biāo)量，但有"+"、"-"之分。
(2)重力做功的特點(diǎn)：重力做功只決定于初、末位置間的高度差，與物體的運(yùn)動(dòng)路徑無(wú)關(guān)。WG=mgh。
(3)做功跟重力勢(shì)能改變的關(guān)系：重力做功等于重力勢(shì)能增量的負(fù)值。即 。
3.探究決定動(dòng)能大小的因素：
①猜想：動(dòng)能大小與物體質(zhì)量和速度有關(guān)。
實(shí)驗(yàn)研究：研究對(duì)象：小鋼球 方法：控制變量。
·如何判斷動(dòng)能大?。嚎葱′撉蚰芡苿?dòng)木塊做功的多少。
·如何控制速度不變：使鋼球從同一高度滾下，則到達(dá)斜面底端時(shí)速度大小相同。
·如何改變鋼球速度：使鋼球從不同高度滾下。
?、鄯治鰵w納：保持鋼球質(zhì)量不變時(shí)結(jié)論：運(yùn)動(dòng)物體質(zhì)量相同時(shí);速度越大動(dòng)能越大。
保持鋼球速度不變時(shí)結(jié)論：運(yùn)動(dòng)物體速度相同時(shí);質(zhì)量越大動(dòng)能越大;
④得出結(jié)論：物體動(dòng)能與質(zhì)量和速度有關(guān);速度越大動(dòng)能越大，質(zhì)量越大動(dòng)能也越大。
8機(jī)械能守恒定律
機(jī)械能：動(dòng)能和勢(shì)能統(tǒng)稱為機(jī)械能。
(1)動(dòng)能和勢(shì)能(重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能)統(tǒng)稱為機(jī)械能，E=Ek+Ep。
(2)機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容：在只有重力(和彈簧彈力)做功的情形下，物體動(dòng)能和重力勢(shì)能(及彈性勢(shì)能)發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總量保持不變。
(3)機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式
(4)系統(tǒng)機(jī)械能守恒的三種表示方式：
?、傧到y(tǒng)初態(tài)的總機(jī)械能E1等于末態(tài)的總機(jī)械能E2，即E1=E2
?、谙到y(tǒng)減少的總重力勢(shì)能ΔEP減等于系統(tǒng)增加的總動(dòng)能ΔEK增，即ΔEP減=ΔEK增
③若系統(tǒng)只有A、B兩物體，則A物體減少的機(jī)械能等于B物體增加的機(jī)械能，即ΔEA減=ΔEB增
[注意]解題時(shí)究竟選取哪一種表達(dá)形式，應(yīng)根據(jù)題意靈活選取;需注意的是：選用①式時(shí)，必須規(guī)定零勢(shì)能參考面，而選用②式和③式時(shí)，可以不規(guī)定零勢(shì)能參考面，但必須分清能量的減少量和增加量。
(5)判斷機(jī)械能是否守恒的方法
?、儆米龉?lái)判斷：分析物體或物體受力情況(包括內(nèi)力和外力)，明確各力做功的情況，若對(duì)物體或系統(tǒng)只有重力或彈簧彈力做功，沒(méi)有其他力做功或其他力做功的代數(shù)和為零，則機(jī)械能守恒。
?、谟媚芰哭D(zhuǎn)化來(lái)判定：若物體系中只有動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化而無(wú)機(jī)械能與其他形式的能的轉(zhuǎn)化，則物體系統(tǒng)機(jī)械能守恒。
③對(duì)一些繩子突然繃緊，物體間非彈性碰撞等問(wèn)題，除非題目特別說(shuō)明，機(jī)械能必定不守恒，完全非彈性碰撞過(guò)程機(jī)械能也不守恒。
理解：①有動(dòng)能的物體具有機(jī)械能;②有勢(shì)能的物體具有機(jī)械能;③同時(shí)具有動(dòng)能和勢(shì)能的物體具有機(jī)械能。
9動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)化
1.知識(shí)結(jié)構(gòu)：
2.動(dòng)能和重力勢(shì)能間的轉(zhuǎn)化規(guī)律：
?、儋|(zhì)量一定的物體，如果加速下降，則動(dòng)能增大，重力勢(shì)能減小，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。
②質(zhì)量一定的物體，如果減速上升，則動(dòng)能減小，重力勢(shì)能增大，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能。
3.動(dòng)能與彈性勢(shì)能間的轉(zhuǎn)化規(guī)律：
?、偃绻粋€(gè)物體的動(dòng)能減小，而另一個(gè)物體的彈性勢(shì)能增大，則動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能。
?、谌绻粋€(gè)物體的動(dòng)能增大，而另一個(gè)物體的彈性勢(shì)能減小，則彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。
10動(dòng)能與勢(shì)能轉(zhuǎn)化問(wèn)題分析
?、攀紫确治鰶Q定動(dòng)能大小的因素，決定重力勢(shì)能(或彈性勢(shì)能)大小的因素──看動(dòng)能和重力勢(shì)能(或彈性勢(shì)能)如何變化。
⑵還要注意動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化過(guò)程中的能量損失和增大──如果除重力和彈力外沒(méi)有其他外力做功(即：沒(méi)有其他形式能量補(bǔ)充或沒(méi)有能量損失)，則動(dòng)能勢(shì)能轉(zhuǎn)化過(guò)程中機(jī)械能不變。
?、穷}中如果有“在光滑斜面上滑動(dòng)”則“光滑”表示沒(méi)有能量損失──機(jī)械能守恒;“斜面上勻速下滑”表示有能量損失──機(jī)械能不守恒。
11水能和風(fēng)能的利用
1.知識(shí)結(jié)構(gòu)：
2.水電站的工作原理：利用高處的水落下時(shí)把重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，水的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)移到水輪機(jī)，利用水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。
12能量和動(dòng)量的綜合運(yùn)用
動(dòng)量與能量的綜合問(wèn)題，是高中力學(xué)最重要的綜合問(wèn)題，也是難度較大的問(wèn)題。分析這類問(wèn)題時(shí)，應(yīng)首先建立清晰的物理圖景，抽象出物理模型，選擇物理規(guī)律，建立方程進(jìn)行求解。這一部分的主要模型是碰撞。而碰撞過(guò)程，一般都遵從動(dòng)量守恒定律，但機(jī)械能不一定守恒，對(duì)彈性碰撞就守恒，非彈性碰撞就不守恒，總的能量是守恒的，對(duì)于碰撞過(guò)程的能量要分析物體間的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)換。從而建立碰撞過(guò)程的能量關(guān)系方程。根據(jù)動(dòng)量守恒定律和能量關(guān)系分別建立方程，兩者聯(lián)立進(jìn)行求解，是這一部分常用的解決物理問(wèn)題的方法。
高中物理功和能的公式介紹
功和能(功是能量轉(zhuǎn)化的量度)
1.功：W=Fscosα(定義式){W：功(J)，F(xiàn)：恒力(N)，s：位移(m)，α：F、s間的夾角｝
2.重力做功：Wab=mghab{m：物體的質(zhì)量，g=9.8m/s2≈10m/s2，hab：a與b高度差(hab=ha-hb)}
3.電場(chǎng)力做功：Wab=qUab{q：電量(C)，Uab：a與b之間電勢(shì)差(V)即Uab=φa-φb｝
4.電功：W=UIt(普適式){U：電壓(V)，I：電流(A)，t：通電時(shí)間(s)｝
5.功率：P=W/t(定義式){P：功率[瓦(W)]，W：t時(shí)間內(nèi)所做的功(J)，t：做功所用時(shí)間(s)｝
6.汽車牽引力的功率：P=Fv;P平=Fv平{P：瞬時(shí)功率，P平：平均功率}
7.汽車以恒定功率啟動(dòng)、以恒定加速度啟動(dòng)、汽車最大行駛速度(vmax=P額/f)
8.電功率：P=UI(普適式){U：電路電壓(V)，I：電路電流(A)｝
9.焦耳定律：Q=I2Rt{Q：電熱(J)，I：電流強(qiáng)度(A)，R：電阻值(Ω)，t：通電時(shí)間(s)｝
10.純電阻電路中I=U/R;P=UI=U2/R=I2R;Q=W=UIt=U2t/R=I2Rt
11.動(dòng)能：Ek=mv2/2{Ek：動(dòng)能(J)，m：物體質(zhì)量(kg)，v：物體瞬時(shí)速度(m/s)｝
12.重力勢(shì)能：EP=mgh{EP：重力勢(shì)能(J)，g：重力加速度，h：豎直高度(m)(從零勢(shì)能面起)｝
13.電勢(shì)能：EA=qφA{EA：帶電體在A點(diǎn)的電勢(shì)能(J)，q：電量(C)，φA：A點(diǎn)的電勢(shì)(V)(從零勢(shì)能面起)｝
14.動(dòng)能定理(對(duì)物體做正功，物體的動(dòng)能增加)：
W合=mvt2/2-mvo2/2或W合=ΔEK
{W合：外力對(duì)物體做的總功，ΔEK：動(dòng)能變化ΔEK=(mvt2/2-mvo2/2)｝
15.機(jī)械能守恒定律：ΔE=0或EK1+EP1=EK2+EP2也可以是mv12/2+mgh1=mv22/2+mgh2
16.重力做功與重力勢(shì)能的變化(重力做功等于物體重力勢(shì)能增量的負(fù)值)WG=-ΔEP
注：
(1)功率大小表示做功快慢，做功多少表示能量轉(zhuǎn)化多少;
(2)O0≤α<90O做正功;90O<α≤180O做負(fù)功;α=90o不做功(力的方向與位移(速度)方向垂直時(shí)該力不做功);
(3)重力(彈力、電場(chǎng)力、分子力)做正功，則重力(彈性、電、分子)勢(shì)能減少
(4)重力做功和電場(chǎng)力做功均與路徑無(wú)關(guān)(見(jiàn)2、3兩式);(5)機(jī)械能守恒成立條件：除重力(彈力)外其它力不做功，只是動(dòng)能和勢(shì)能之間的轉(zhuǎn)化;(6)能的其它單位換算：1kWh(度)=3.6×106J，1eV=1.60×10-19J;*(7)彈簧彈性勢(shì)能E=kx2/2，與勁度系數(shù)和形變量有關(guān)。
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