高中物理功和機械能知識點詳解

　　在物理中有很多知識點是比較的中啊喲的，在答題中也是經常考的，下面的小編將為大家帶來高中物理關於功和機械能的知識點的介紹，希望能夠幫助到大家。

　　高中物理功和機械能知識點

　　1功

　　定義式：W=F·s·cosθ，其中F是力，s是力的作用點位移***對地***，θ是力與位移間的夾角。

　　1.力學裡所說的功包括兩個必要因素：一是作用在物體上的力;二是物體在力的方向上通過的距離。

　　***2***功的大小的計算方法：

　　①恆力的功可根據W=F·S·cosθ進行計算，本公式只適用於恆力做功。②根據W=P·t，計算一段時間內平均做功。③利用動能定理計算力的功，特別是變力所做的功。④根據功是能量轉化的量度反過來可求功。

　　2.不做功的三種情況：有力無距離、有距離無力、力和距離垂直。

　　鞏固：某同學踢足球，球離腳後飛出10m遠，足球飛出10m的過程中人不做功。***原因是足球靠慣性飛出***。

　　3.力學裡規定：功等於力跟物體在力的方向上通過的距離的乘積。公式：W=FS。

　　***3***摩擦力、空氣阻力做功的計算：功的大小等於力和路程的乘積。

　　發生相對運動的兩物體的這一對相互摩擦力做的總功：W=fd***d是兩物體間的相對路程***，且W=Q***摩擦生熱***

　　4.功的單位：焦耳，1J=1N·m。把一個雞蛋舉高1m，做的功大約是0.5J。

　　5.應用功的公式注意：①分清哪個力對物體做功，計算時F就是這個力;②公式中S一定是在力的方向上通過的距離，強調對應。③功的單位“焦”***牛·米=焦***，不要和力和力臂的乘積***牛·米，不能寫成“焦”***單位搞混。

　　2功的原理

　　1.內容：使用機械時，人們所做的功，都不會少於直接用手所做的功;即：使用任何機械都不省功。

　　2.說明：***請注意理想情況功的原理可以如何表述?***

　　①功的原理是一個普遍的結論，對於任何機械都適用。

　　②功的原理告訴我們：使用機械要省力必須費距離，要省距離必須費力，既省力又省距離的機械是沒有的。

　　③使用機械雖然不能省功，但人類仍然使用，是因為使用機械或者可以省力、或者可以省距離、也可以改變力的方向，給人類工作帶來很多方便。

　　④我們做題遇到的多是理想機械***忽略摩擦和機械本身的重力***理想機械：使用機械時，人們所做的功***FS***=直接用手對重物所做的功***Gh***。

　　3.應用：斜面

　　①理想斜面：斜面光滑;

　　②理想斜面遵從功的原理;

　　③理想斜面公式：FL=Gh，其中：F：沿斜面方向的推力;L：斜面長;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做功就大於直接對物體做功Gh。

　　3機械效率

　　***1***功率的概念：功率是表示力做功快慢的物理量，是標量。求功率時一定要分清是求哪個力的功率，還要分清是求平均功率還是瞬時功率。

　　1.有用功：定義：對人們有用的功。

　　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：並非我們需要但又不得不做的功。

　　公式：W額=W總-W有用=G動h***忽略輪軸摩擦的動滑輪、滑輪組***

　　斜面：W額=fL

　　***2***功率的計算①平均功率：P=W/t***定義式***表示時間t內的平均功率，不管是恆力做功，還是變力做功，都適用。②瞬時功率：P=F·v·cosα P和v分別表示t時刻的功率和速度，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***額定功率與實際功率：額定功率：發動機正常工作時的最大功率。實際功率：發動機實際輸出的功率，它可以小於額定功率，但不能長時間超過額定功率。

　　***4***交通工具的啟動問題通常說的機車的功率或發動機的功率實際是指其牽引力的功率。

　　①以恆定功率P啟動：機車的運動過程是先作加速度減小的加速運動，後以最大速度vm=P/f作勻速直線運動。

　　②以恆定牽引力F啟動：機車先作勻加速運動，當功率增大到額定功率時速度為v1=P/F，而後開始作加速度減小的加速運動，最後以最大速度vm=P/f作勻速直線運動。

　　4.機械效率：①定義：有用功跟總功的比值。

　　②公式：

　　斜 面：

　　定滑輪：

　　動滑輪：

　　滑輪組：

　　③有用功總小於總功，所以機械效率總小於1。通常用百分數表示。某滑輪機械效率為60%表示有用功佔總功的60%。

　　④提高機械效率的方法：減小機械自重、減小機件間的摩擦。

　　5.機械效率的測量：

　　①原理：

　　②應測物理量：鉤碼重力G、鉤碼提升的高度h、拉力F、繩的自由端移動的距離S。

　　③器材：除鉤碼、鐵架臺、滑輪、細線外還需刻度尺、彈簧測力計。

　　④步驟：必須勻速拉動彈簧測力計使鉤碼升高，目的：保證測力計示數大小不變。

　　⑤結論：影響滑輪組機械效率高低的主要因素有：

　　A、動滑輪越重，個數越多則額外功相對就多。

　　B、提升重物越重，做的有用功相對就多。

　　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械效率。

　　4功率

　　1.定義：單位時間裡完成的功。

　　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內做功66000J。

　　5.機械效率和功率的區別：

　　功率和機械效率是兩個不同的概念。功率表示做功的快慢，即單位時間內完成的功;機械效率表示機械做功的效率，即所做的總功中有多大比例的有用功。

　　5動能和勢能

　　1.能量：一個物體能夠做功，我們就說這個物體具有能。

　　理解：①能量表示物體做功本領大小的物理量;能量可以用能夠做功的多少來衡量。

　　②一個物體“能夠做功”並不是一定“要做功”也不是“正在做功”或“已經做功”。如：山上靜止的石頭具有能量，但它沒有做功。也不一定要做功。

　　2.知識結構：

　　6動能

　　物體由於運動而具有的能量叫做動能。表示式：Ek=mv2/2

　　***1***動能是描述物體運動狀態的物理量。

　　***2***動能和動量的區別和聯絡

　　①動能是標量，動量是向量，動量改變，動能不一定改變;動能改變，動量一定改變。

　　②兩者的物理意義不同：動能和功相聯絡，動能的變化用功來量度;動量和衝量相聯絡，動量的變化用衝量來量度。③兩者之間的大小關係為EK=P2/2m

　　7重力勢能

　　***1***定義：地球上的物體具有跟它的高度有關的能量，叫做重力勢能， 。

　　①重力勢能是地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取有關。③重力勢能是標量，但有"+"、"-"之分。

　　***2***重力做功的特點：重力做功只決定於初、末位置間的高度差，與物體的運動路徑無關。WG=mgh。

　　***3***做功跟重力勢能改變的關係：重力做功等於重力勢能增量的負值。即 。

　　3.探究決定動能大小的因素：

　　①猜想：動能大小與物體質量和速度有關。

　　實驗研究：研究物件：小鋼球 方法：控制變數。

　　·如何判斷動能大小：看小鋼球能推動木塊做功的多少。

　　·如何控制速度不變：使鋼球從同一高度滾下，則到達斜面底端時速度大小相同。

　　·如何改變鋼球速度：使鋼球從不同高度滾下。

　　③分析歸納：保持鋼球質量不變時結論：運動物體質量相同時;速度越大動能越大。

　　保持鋼球速度不變時結論：運動物體速度相同時;質量越大動能越大;

　　④得出結論：物體動能與質量和速度有關;速度越大動能越大，質量越大動能也越大。

　　8機械能守恆定律

　　機械能：動能和勢能統稱為機械能。

　　***1***動能和勢能***重力勢能、彈性勢能***統稱為機械能，E=Ek+Ep。

　　***2***機械能守恆定律的內容：在只有重力***和彈簧彈力***做功的情形下，物體動能和重力勢能***及彈性勢能***發生相互轉化，但機械能的總量保持不變。

　　***3***機械能守恆定律的表示式

　　***4***系統機械能守恆的三種表示方式：

　　①系統初態的總機械能E1等於末態的總機械能E2，即E1=E2

　　②系統減少的總重力勢能ΔEP減等於系統增加的總動能ΔEK增，即ΔEP減=ΔEK增

　　③若系統只有A、B兩物體，則A物體減少的機械能等於B物體增加的機械能，即ΔEA減=ΔEB增

　　[注意]解題時究竟選取哪一種表達形式，應根據題意靈活選取;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，但必須分清能量的減少量和增加量。

　　***5***判斷機械能是否守恆的方法

　　①用做功來判斷：分析物體或物體受力情況***包括內力和外力***，明確各力做功的情況，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，則機械能守恆。

　　②用能量轉化來判定：若物體系中只有動能和勢能的相互轉化而無機械能與其他形式的能的轉化，則物體系統機械能守恆。

　　③對一些繩子突然繃緊，物體間非彈性碰撞等問題，除非題目特別說明，機械能必定不守恆，完全非彈性碰撞過程機械能也不守恆。

　　理解：①有動能的物體具有機械能;②有勢能的物體具有機械能;③同時具有動能和勢能的物體具有機械能。

　　9動能和勢能的轉化

　　1.知識結構：

　　2.動能和重力勢能間的轉化規律：

　　①質量一定的物體，如果加速下降，則動能增大，重力勢能減小，重力勢能轉化為動能。

　　②質量一定的物體，如果減速上升，則動能減小，重力勢能增大，動能轉化為重力勢能。

　　3.動能與彈性勢能間的轉化規律：

　　①如果一個物體的動能減小，而另一個物體的彈性勢能增大，則動能轉化為彈性勢能。

　　②如果一個物體的動能增大，而另一個物體的彈性勢能減小，則彈性勢能轉化為動能。

　　10動能與勢能轉化問題分析

　　⑴首先分析決定動能大小的因素，決定重力勢能***或彈性勢能***大小的因素──看動能和重力勢能***或彈性勢能***如何變化。

　　⑵還要注意動能和勢能相互轉化過程中的能量損失和增大──如果除重力和彈力外沒有其他外力做功***即：沒有其他形式能量補充或沒有能量損失***，則動能勢能轉化過程中機械能不變。

　　⑶題中如果有“在光滑斜面上滑動”則“光滑”表示沒有能量損失──機械能守恆;“斜面上勻速下滑”表示有能量損失──機械能不守恆。

　　11水能和風能的利用

　　1.知識結構：

　　2.水電站的工作原理：利用高處的水落下時把重力勢能轉化為動能，水的一部分動能轉移到水輪機，利用水輪機帶動發電機把機械能轉化為電能。

　　12能量和動量的綜合運用

　　動量與能量的綜合問題，是高中力學最重要的綜合問題，也是難度較大的問題。分析這類問題時，應首先建立清晰的物理圖景，抽象出物理模型，選擇物理規律，建立方程進行求解。這一部分的主要模型是碰撞。而碰撞過程，一般都遵從動量守恆定律，但機械能不一定守恆，對彈性碰撞就守恆，非彈性碰撞就不守恆，總的能量是守恆的，對於碰撞過程的能量要分析物體間的轉移和轉換。從而建立碰撞過程的能量關係方程。根據動量守恆定律和能量關係分別建立方程，兩者聯立進行求解，是這一部分常用的解決物理問題的方法。

　　高中物理功和能的公式介紹

　　功和能***功是能量轉化的量度***

　　1.功：W=Fscosα***定義式***{W：功***J***，F：恆力***N***，s：位移***m***，α：F、s間的夾角｝

　　2.重力做功：Wab=mghab{m：物體的質量，g=9.8m/s2≈10m/s2，hab：a與b高度差***hab=ha-hb***}

　　3.電場力做功：Wab=qUab{q：電量***C***，Uab：a與b之間電勢差***V***即Uab=φa-φb｝

　　4.電功：W=UIt***普適式***{U：電壓***V***，I：電流***A***，t：通電時間***s***｝

　　5.功率：P=W/t***定義式***{P：功率[瓦***W***]，W：t時間內所做的功***J***，t：做功所用時間***s***｝

　　6.汽車牽引力的功率：P=Fv;P平=Fv平{P：瞬時功率，P平：平均功率}

　　7.汽車以恆定功率啟動、以恆定加速度啟動、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：電流強度***A***，R：電阻值***Ω***，t：通電時間***s***｝

　　10.純電阻電路中I=U/R;P=UI=U2/R=I2R;Q=W=UIt=U2t/R=I2Rt

　　11.動能：Ek=mv2/2{Ek：動能***J***，m：物體質量***kg***，v：物體瞬時速度***m/s***｝

　　12.重力勢能：EP=mgh{EP：重力勢能***J***，g：重力加速度，h：豎直高度***m******從零勢能面起***｝

　　13.電勢能：EA=qφA{EA：帶電體在A點的電勢能***J***，q：電量***C***，φA：A點的電勢***V******從零勢能面起***｝

　　14.動能定理***對物體做正功，物體的動能增加***：

　　W合=mvt2/2-mvo2/2或W合=ΔEK

　　{W合：外力對物體做的總功，ΔEK：動能變化ΔEK=***mvt2/2-mvo2/2***｝

　　15.機械能守恆定律：ΔE=0或EK1+EP1=EK2+EP2也可以是mv12/2+mgh1=mv22/2+mgh2

　　16.重力做功與重力勢能的變化***重力做功等於物體重力勢能增量的負值***WG=-ΔEP

　　注：

　　***1***功率大小表示做功快慢，做功多少表示能量轉化多少;

　　***2***O0≤α<90O做正功;90O<α≤180O做負功;α=90o不做功***力的方向與位移***速度***方向垂直時該力不做功***;

　　***3***重力***彈力、電場力、分子力***做正功，則重力***彈性、電、分子***勢能減少

　　***4***重力做功和電場力做功均與路徑無關***見2、3兩式***;***5***機械能守恆成立條件：除重力***彈力***外其它力不做功，只是動能和勢能之間的轉化;***6***能的其它單位換算：1kWh***度***=3.6×106J，1eV=1.60×10-19J;****7***彈簧彈性勢能E=kx2/2，與勁度係數和形變數有關。

---