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高中物理/力與運動/功与能

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举重是一个大运动量的体育项目,运动员在举重时要消耗大量的能量。如果想要知道运动员在举起杠铃的过程中消耗的能量,该怎样测量呢?

做功与能量的变化编辑

阅读下面三段话,回答所提出的问题。

  1. 在举起杠铃的过程中,什么力对杠铃做功?能量怎样变化
  2. 人在滑梯上下滑时,什么力对人做功?能量怎样变化
  3. 箭射出时,什么力对箭做功?能量怎样变化

如果说物体受到了力的作用,并在力的方向上发生了位移,我们就说力对物体做了(work)。做功总是与能量的变化密切相关,做功的过程就是能量变化的过程。

功的计算公式编辑

在初中我们已经学过,当力的方向与物体运动的方向一致时,力对物体做的功可用公式 计算。但许多情况下力的方向与物体的方向并不一致,而是存在一个夹角。在这种情况下,这个力做的功该怎样计算呢?

当力F的方向与运动方向成某一角度时,可以把力 分解成两个力:跟位移方向一致的分力 ;垂直于位移方向的分力 。前一分力与位移方向一致,所做的功为 ;后一分力与位移方向垂直,没有对物体做功。因此恒力对物体所做的功W实际上就等于平行于物体位移方向的分力所做的功。

力对物体做的功等于力的大小、位移的大小、力和位移夹角的余弦这三者的乘积,即

 

在国际单位制中,功的单位是焦耳,简称,符号是J。1J等于1N的力使物体在力的方向上发生了1m的位移所做的功。

 

功的正负 合力的功编辑

由功的计算公式可知,力对物体做功可能会出现一下几种情况:

  •  时, , ,表示力对物体做正功;
  •  时,  ,表示力对物体不做功,物体的重力和地面的支持力都与位移方向垂直,这两个力都不做功;
  •  时, ,表示力对物体做负功,也可以说物体克服这个力做功。

功率编辑

人和起重机向同一艘船上搬运同样数量的物品,做了相同的功,起重机所用的时间比人所用的时间少得多。这说明起重机比人做功快得多。用什么物理量来描述物体(或机器)做功的快慢呢?

功率的含义编辑

不同的物体做相同的功,所用的时间往往不同。做相同的功,用时少,表示做功快;用时多表示做功慢。在相同的时间内,有的物体做的功多,有的物体做的功少;也是由于做功快慢的不同。在物理学中,我们用功能P来表示做功的快慢。力对物体所做的功W与做功所用的时间t的比值叫做功率(power),即

 

在国际单位制中,功率的单位是瓦特,简称瓦,符号为W。1s内完成1J的功,功率就是1W。1W=1J/s。瓦特这个单位比较小,技术上常用千瓦(kW)作功率的单位。1kW=1,000W。

功率、力与速度之间的关系编辑

势能编辑

  • 在经典力学中,主要研究机械能,机械能分为动能和势能,势能分为重力势能和弹性势能,动能和势能可以互相转化。

重力势能编辑

重力势能是由于地球对物体的吸引而形成的。

弹性势能编辑

势能是系统所共有的编辑

动能 动能定理编辑

动能编辑

合外力做功和物体动能的变化编辑

机械能守恒定理编辑

只受到保守力作用,物體的動能及位能的總和不變 如:自由落體,竖直上拋、平拋、斜拋、單擺運動 自由落体运动:只要说明物体做自由落体运动,就知道了两个已知量:  

动能和势能的转化规律编辑

机械能守恒定律的应用编辑

能量的开发与利用编辑

能量守恒定律编辑

能源的利用编辑

新能源的开发编辑