能量守恒与能源.doc

全面剖析能量有关概念关系 文章摘要：自然界中主要有机械能、热能、光能、电磁能和原子能等。各种不同形式的能可以相互转化，在这些转化过程中很重要的一种能量转化方式那就是做功。做功必然就要牵涉到功率这一物理量，功率代表做功快慢，而且功率有两种不同表达式可以求解，变化比较多。… （1） 对能量概念的理解 能量的概念是在人类追寻“运动中的守恒量是什么”的过程中发展起来的。能是描述物质（或系统）运动状态的一个物理量，是物质运动的一种量度。任何物质都离不开运动，在自然界中物质的运动是多种多样的，相对于各种不同的运动形式，就有各种不同形式的能量。自然界中主要有机械能、热能、光能、电磁能和原子能等。各种不同形式的能可以相互转化，而在转化过程中，能的总量是不变的，这是能的最基本的性质。 （2） 对功的公式的理解 功的公式W=Flcosα只适用于大小和方向均不变的恒力做功，公式中的l是指力的作用点的位移，α指力的方向和位移方向的夹角。W是可正可负的（当然也可能为0），从公式容易看出，W的正负完全取决于的cosα正负，也就是α的大小。 对公式W=Flcosα，可以理解为功W等于力在位移方向上的分量Fcosα与位移l的乘积，也可以理解为功W等于力F和位移在力的方向上的分量lcosα的乘积。 由公式可以看出，某个力对物体所做的功只跟这个力、力的作用点的位移以及力与位移间的夹角有关，而跟物体是否还受到其他力的作用无关，跟物体的运动状态也无关。 （3） 关于正功与负功 功是标量，只有大小，没有方向，但功有正负。功的正值与负值不是代表不同的方向，也不表示功的大小，而是表示所做功的性质，反映力对物体产生位移所起的作用，反映不同的做功效果。在物体发生位移的过程中，各个力的作用不同。对这个物体发生位移起推动作用的力（即动力）做正功;反之，在对物体产生位移起阻碍作用的力（即阻力）做负功，也就是这个物体克服阻力做功。 （4） 几个力的总功的计算 计算几个力的总功，通常有以下两种不同的处理方法： ① 几个力的总功等于各个力所做功的代数和。 ② 几个力的总功等于这几个力的合力的功。 需要指出的是，方法②仅适用于几个力同时作用于物体的情况，因为只有当这几个力同时作用于物体上时，才能求出它们的合力。方法①则不管几个力同时作用，还是作用时间有先后，均是适用的。 （5） 如何计算变力的功 计算变力的功常见的有以下几种方法： ① 转换研究对象求解 通过转换研究对象的方法，将变力所做的功转化为恒力做功问题处理。 ② 运用累积思想求解 把物体通过各个小段所做的功累加在一起，就等于变力在整个过程中所做的功。 ③ 应用动能定理求解 把求变力的功转换为求物体动能的变化处理。 （6） 正确理解功率概念 做功有快慢之分。我们用“功率”来描述力对物体做功的快慢。功率P是力对物体所做的功W与完成这些功所用时间t的比值，即 P=W/t 在日常生活中，我们经常说某台机械的功率，或某物体做功的功率。实际上功率是指某一个力对物体做功的功率。 （7） 区分额定功率与实际功率、平均功率与瞬时功率 额定功率是指机器正常工作时的最大输出功率，实际功率是指机器实际工作时的输出功率。实际功率一般总小于或等于额定功率。如果机器长时间在大于额定功率下工作，机器就会损坏。 平均功率对应的是一段时间或一个过程，并且同一物体在不同的时间段的平均功率一般不等，讲平均功率必须讲清是做功的物体在哪一段时间内或哪一个过程中的平均功率;瞬时功率对应的是某一时刻或某一位置，讲瞬时功率必须讲清是做功的物体在哪个时刻或哪个位置的瞬时功率。根据公式计算出的功率是物体在时间t内的平均功率。对于公式P=Fvcosα，当v表示平均速度时，P为相应时间段内的平均功率。当v表示瞬时速度时，P为相应时刻的瞬时功率。平均功率只能粗略地描述做功的快慢，要精确地描述做功的快慢，必须用瞬时功率。 （8） 汽车牵引力与速度的关系 当汽车在某一恒定的输出功率下行驶时，由P=Fv知，即速度越大，牵引力越小。反之，要使汽车获得较大的牵引力，就必须减小速度。我们看到汽车上坡时，常改用慢速档（改变齿轮传速的齿轮数比），就是这个原因。 对功是能量转化的量度的认识：能量转化是与做功紧密地联系在一起的。力做功时，必然伴随着能量的转化，而且功与能量转化的量值是相等的。这一等量关系不仅提供了计算功的大小的另一种途径，而且涉及功与能的其他物理量也可能在这一等量关系中求出。在力学中，常涉及以下几种力的功引起的相应的能量变化的等量关系： ① 合外力所做的功或外力所做功的代数和等于物体或物体系动能的变化——动能定理。 ② 除了重力和弹力外，其他力对物体系所做的功等于物体系机械能的变化——功能原理。 ③ 重力或弹力对物体所做的功与重力势能或弹性势能的变化数值相等。 ④ 两物体间滑动摩擦力对物体系