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1.功
(1)功的定义:力和作用在力的方向上通过位移的乘积,是描述力对空间积累效应的数学量,过程量。
定义式:W=F·s·cosθ,其中F是力,s是力的作用点位移(对地),θ是力与位移间的倾角.本公式只适用于恒力做功.
(2)变力做功的估算方式:
①利用动能定律。
②如果P一定,可以按照W=P·t,估算一段时间内平均做功.
③根据功是能量转化的量度反过来可求功.
④用功的图示(F-s图象)求。
(3)磨擦力、空气阻力做功的估算:功的大小等于力和路程的乘积.滑动磨擦力做功:W=fd(d是两物体间的相对位移),且W=Q(磨擦生热)
2.功率
(1)功率的概念:表示力做功快慢的数学量,标量。求功率时一定要分清是求那个力的功率,还要分清是求平均功率还是瞬时功率。
(2)功率的估算
①平均功率:P=W/t(定义式)表示时间t内的平均功率,不管是恒力做功,还是变力做功,都适用。
②瞬时功率:P=F·v·cosα,α为三者间的倾角。v若为平均速率,则求的是平均功率;v若为瞬时速率,则求的是瞬时功率。
(3)额定功率与实际功率:
额定功率:底盘正常工作时的最大功率。实际功率:底盘实际输出的功率,它可以大于额定功率,但不能长时间超过额定功率。
(4)交通工具的启动问题一般说的机车的功率或底盘的功率实际是指其牵引力的功率.
①以恒定功率P启动:机车的运动过程是先作加速度降低的加速运动,后以最大速率vm=P/f作匀速直线运动。v-t图象。
②以恒定牵引力F启动:机车先作匀加速运动,当功率减小到额定功率时速率为v1=P/F,而后开始作加速度降低的加速运动,最后以最大速率vm=P/f作匀速直线运动。v-t图象。
3.动能定律:
外力对物体所做的总功等于物体动能的变化,表达式
(1)动能定律普遍适用,即除了适用于恒力、直线运动,也适用于变力及物体作词线运动的情况.
(2)功和动能都是标量,不能借助矢量法则分解,故动能定律无份量式.(3)应用动能定律只考虑初、末状态,没有守恒条件的限制,也不受力的性质和化学过程的变化的影响。所以,凡涉及力和位移,而不涉及力的作用时间的动力学问题,都可以用动能定律剖析和解答,但是通常都比用牛顿运动定理和机械能守恒定理简捷.
(4)当物体的运动是由几个数学过程所组成,又不须要研究过程的中间状态时,可以把这几个数学过程看作一个整体进行研究,进而避免每位运动过程的具体细节,具有过程简明、方法巧妙、运算量小等优点.
4.重力势能
(1)定义:月球上的物体具有跟它的高度有关的能量弹簧弹力做功的公式,称作重力势能,EP=mgh.
①重力势能是月球和物体组成的系统共有的,而不是物体单独具有的.
②重力势能的大小和零势能面的选定有关.
③重力势能是标量,但有“+”、“-”之分.
(2)重力做功的特征:重力做功只决定于初、末位置间的高度差,与物体的运动路径无关。WG=mgh.
(3)重力做功跟重力势能改变的关系:重力做功等于重力势能增量的负值.即WG=-ΔEP
5.弹性势能:物体因为发生弹性形变而具有的能量.
6.机械能守恒定理
(1)动能和势能(重力势能、弹性势能)也称为机械能,E=Ek+Ep
(2)机械能守恒定理的内容:在只有重力(或弹簧弹力)做功的情形下,物体动能和重力势能(及弹性势能)发生互相转化弹簧弹力做功的公式,但机械能的总数保持不变.
(3)机械能守恒定理的表达式
(4)系统机械能守恒的三种表示方法:
①系统初态的总机械能E1等于末态的总机械能E2,即E1=E2
②系统降低的总重力势能ΔEP减等于系统降低的总动能ΔEK增,即ΔEP减=ΔEK增
③若系统只有A、B两物体,则A物体降低的机械能等于B物体降低的机械能,即
ΔEA减=ΔEB增
注意:解题时到底选定哪一种抒发方式,应按照题意灵活选定。
需注意的是:选用①式时,必须规定零势能参考面,而选用②式和③式时,可以不规定零势能参考面,但必须分清能量的降低量和降低量。
(5)判定机械能是否守恒的方式
①用做功来判定:剖析物体或物体受力情况(包括内力和外力),明晰各力做功的情况,若对物体或系统只有重力或弹簧弹力做功,没有其他力做功或其他力做功的代数和为零,则机械能守恒。
②用能量转化来判断:若物体系中只有动能和势能的互相转化而无机械能与其他方式的能的转化,则物体系统机械能守恒。
7.功能关系
(1)当只有重力(或弹簧弹力)做功时,物体的机械能守恒.
(2)重力对物体做的功等于物体重力势能的降低:
(势能定律)
(3)合外力对物体所做的功等于物体动能的变化:
(动能定律)
(4)不仅重力(或弹簧弹力)之外的力对物体所做的功等于物体机械能的变化:
(功能原理-机械能定律)