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1.功
(1)功的定義:力和作用在力的方向上通過位移的乘積,是描述力對空間積累效應的數學量,過程量。
定義式:W=F·s·cosθ,其中F是力,s是力的作用點位移(對地),θ是力與位移間的傾角.本公式只適用于恒力做功.
(2)變力做功的估算方式:
①利用動能定律。
②如果P一定,可以按照W=P·t,估算一段時間內平均做功.
③根據功是能量轉化的量度反過來可求功.
④用功的圖示(F-s圖象)求。
(3)磨擦力、空氣阻力做功的估算:功的大小等于力和路程的乘積.滑動磨擦力做功:W=fd(d是兩物體間的相對位移),且W=Q(磨擦生熱)
2.功率
(1)功率的概念:表示力做功快慢的數學量,標量。求功率時一定要分清是求那個力的功率,還要分清是求平均功率還是瞬時功率。
(2)功率的估算
①平均功率:P=W/t(定義式)表示時間t內的平均功率,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,α為三者間的傾角。v若為平均速率,則求的是平均功率;v若為瞬時速率,則求的是瞬時功率。
(3)額定功率與實際功率:
額定功率:底盤正常工作時的最大功率。實際功率:底盤實際輸出的功率,它可以大于額定功率,但不能長時間超過額定功率。
(4)交通工具的啟動問題一般說的機車的功率或底盤的功率實際是指其牽引力的功率.
①以恒定功率P啟動:機車的運動過程是先作加速度降低的加速運動,后以最大速率vm=P/f作勻速直線運動。v-t圖象。
②以恒定牽引力F啟動:機車先作勻加速運動,當功率減小到額定功率時速率為v1=P/F,而后開始作加速度降低的加速運動,最后以最大速率vm=P/f作勻速直線運動。v-t圖象。
3.動能定律:
外力對物體所做的總功等于物體動能的變化,表達式
(1)動能定律普遍適用,即除了適用于恒力、直線運動,也適用于變力及物體作詞線運動的情況.
(2)功和動能都是標量,不能借助矢量法則分解,故動能定律無份量式.(3)應用動能定律只考慮初、末狀態,沒有守恒條件的限制,也不受力的性質和化學過程的變化的影響。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,都可以用動能定律剖析和解答,但是通常都比用牛頓運動定理和機械能守恒定理簡捷.
(4)當物體的運動是由幾個數學過程所組成,又不須要研究過程的中間狀態時,可以把這幾個數學過程看作一個整體進行研究,進而避免每位運動過程的具體細節,具有過程簡明、方法巧妙、運算量小等優點.
4.重力勢能
(1)定義:月球上的物體具有跟它的高度有關的能量彈簧彈力做功的公式,稱作重力勢能,EP=mgh.
①重力勢能是月球和物體組成的系統共有的,而不是物體單獨具有的.
②重力勢能的大小和零勢能面的選定有關.
③重力勢能是標量,但有“+”、“-”之分.
(2)重力做功的特征:重力做功只決定于初、末位置間的高度差,與物體的運動路徑無關。WG=mgh.
(3)重力做功跟重力勢能改變的關系:重力做功等于重力勢能增量的負值.即WG=-ΔEP
5.彈性勢能:物體因為發生彈性形變而具有的能量.
6.機械能守恒定理
(1)動能和勢能(重力勢能、彈性勢能)也稱為機械能,E=Ek+Ep
(2)機械能守恒定理的內容:在只有重力(或彈簧彈力)做功的情形下,物體動能和重力勢能(及彈性勢能)發生互相轉化彈簧彈力做功的公式,但機械能的總數保持不變.
(3)機械能守恒定理的表達式
(4)系統機械能守恒的三種表示方法:
①系統初態的總機械能E1等于末態的總機械能E2,即E1=E2
②系統降低的總重力勢能ΔEP減等于系統降低的總動能ΔEK增,即ΔEP減=ΔEK增
③若系統只有A、B兩物體,則A物體降低的機械能等于B物體降低的機械能,即
ΔEA減=ΔEB增
注意:解題時到底選定哪一種抒發方式,應按照題意靈活選定。
需注意的是:選用①式時,必須規定零勢能參考面,而選用②式和③式時,可以不規定零勢能參考面,但必須分清能量的降低量和降低量。
(5)判定機械能是否守恒的方式
①用做功來判定:剖析物體或物體受力情況(包括內力和外力),明晰各力做功的情況,若對物體或系統只有重力或彈簧彈力做功,沒有其他力做功或其他力做功的代數和為零,則機械能守恒。
②用能量轉化來判斷:若物體系中只有動能和勢能的互相轉化而無機械能與其他方式的能的轉化,則物體系統機械能守恒。
7.功能關系
(1)當只有重力(或彈簧彈力)做功時,物體的機械能守恒.
(2)重力對物體做的功等于物體重力勢能的降低:
(勢能定律)
(3)合外力對物體所做的功等于物體動能的變化:
(動能定律)
(4)不僅重力(或彈簧彈力)之外的力對物體所做的功等于物體機械能的變化:
(功能原理-機械能定律)