初中物理竞赛培优：第 11 章 功 功率

中小学教育资源及组卷应用平台 第 11 章 功 功率 不论是人还是机械都能够干活，是不是干了活就做了功 在物理学中，什么情况下力才能做功 力做功的多少与什么因素有关 人与机械做功的最明显差异之一就是功率不同，那么什么叫做功率 做功可能改变一个物体的能量，做功与物体能量之间有什么样的关系 ……这些都是物理学要研究的重要内容，也是涉及人类对客观世界基本认识的重要问题之一。 知识要点和基本方法 一、功 1.做功的两个必要因素 做功的两个必要因素：一个是作用在物体上的力，另一个是物体在力的方向上移动的距离。这两个因素缺一不可。 物体在依靠惯性运动的过程中，没有力的作用，虽然移动了距离，但谈不上做功；物体虽然受到了力的作用，但如果保持静止，没有移动距离，力也没有做功；如果物体运动的方向与力的方向垂直，虽然有力，物体也通过了一段距离，但这个力也没有做功。 2.功的公式 功的计算公式为W=Fs。在国际单位制中，功的单位是焦(J)，1J=1N·m。 在应用这个公式时，要特别注意以下两点： (1)公式中的s 一定是物体沿力的方向移动的距离。如果s与F 方向相同，则我们说力 F 对物体做了正功；如果s 与F 方向相反，则我们说力 F 对物体做了负功，或说是物体克服F 做了功；如果s 与F 垂直，则力 F 对物体不做功。 (2)公式中的 F 为大小和方向均不变的恒力。变化的力对物体做功的计算，我们可以采用分段处理或取平均值的方法，详见本章例题2。 二、功率 1.功率的概念 功率是描述物体做功快慢的物理量，在物理学中将物体单位时间内完成的功定义为功率。 2.功率的公式和单位 根据功率的定义，我们可写出功率的定义式： 根据功率的定义式和W=Fs，可以导出.P= Fv。由此可知，在做功的功率一定的条件下，物体运动的速度与所受到的外力 F 成反比。这一规律我们在日常生活中并不少见，如某辆汽车发动机的额定功率为 P，当这辆汽车在平直的公路上匀速行驶时，因为摩擦阻力较小，所以需要汽车发动机提供的牵引力也较小，根据P=Fv可知，此时汽车可以用较大的速度行驶；而当这辆汽车在爬陡坡时，它不但要克服摩擦阻力，还要克服一部分重力，所以需要汽车发动机提供的牵引力较大，因此速度较小。 3.一些实际使用的发动机的功率 一般家用轿车发动机的功率多在40kW~90kW，某型号载重车发动机的功率是310kW，某大型摩托车发动机的功率是60kW，某型号直升机发动机的功率是3200kW，有些农用手扶拖拉机发动机的功率是10kW，某型号船用发动机的功率是1300~9000kW，某型号航空模型发动机的功率是0.1kW,而前苏联的NK-12M的发动机最大功率达11000kW,用于图-95“熊”式轰炸机、安-22军用运输机和图-114民用运输机。 三、功的原理 1.功的原理 使用任何机械都不能省功，这个结论称为功的原理。使用机械可以省力，但必须多移动距离；也可以省距离，但必须多费力。既省力又省距离的机械是不存在的。功的原理不仅适用于简单机械，也适用于各种复杂机械。 2.斜面 在不考虑斜面摩擦的情况下，斜面长l是斜面高h 的几倍，沿斜面推动物体所用的动力 F 就是重物所受重力G 的几分之一，即 这一结论可以由功的原理推导出来。 四、机械效率 1.有用功、额外功和总功 为实现某种目的(如将重为G的物体搬上h高的地方)而对物体所做的功，称为有用功。 在通过机械对物体做功的过程中，常常还须克服机械的摩擦做功，这部分功常常是我们不需要但又不得不做的功，所以称为额外功。 有用功和额外功的总和，称为总功。 2.机械效率 机械效率是表示通过机械对物体做功有效程度的物理量。 在物理学中，将有用功跟总功的比值，称为机械效率。机械效率越高，所做总功中有用功的比例就越大。用公式表示为 或 说明 (1)对于实际机械，由于 所以机械效率永远小于1。机械效 ... ...