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功 和 功 率
一、功
1.做功的两个必要条件:___和物体在力的方向上发生的______.
2.公式:W=_______.适用于_____做功.其中α为F、l方向间夹角,l为物体对地的位移.
3.功的正负判断
力
位移
Flcosα
恒力
夹角
功的正负
0°≤α90°
力对物体做正功
90°α≤180°
力对物体做负功,或者说物体克服这个力做了功
α=90°
力对物体不做功
特别提示:功是标量,正功表示对物体做功的力为动力,负功表示对物体做功的力为阻力,功的正负不表示功的大小.
二、功率
1.定义:功与完成这些功所用时间的_____.
2.物理意义:描述力对物体做功的_____.
3.公式
(1)P= ,P为时间t内的_____功率.
(2)P=Fvcosα(α为F与v的夹角)
①v为平均速度,则P为_____功率;
②v为瞬时速度,则P为_____功率.
比值
快慢
平均
平均
瞬时
4.额定功率:机械_________时输出的最大功率.
5.实际功率:机械_________时输出的功率,要求___________额定功率.
特别提示:发动机的功率是指发动机的牵引力的功率,而不是机车所受合力的功率.
正常工作
实际工作
小于或等于
一、判断功正、负的方法
1.若物体做直线运动,依据力与位移的夹角来判断.此法常用于恒力做功的判断.
2.若物体做曲线运动,依据F与v的方向夹角来判断.当0°≤α90°,力对物体做正功;90°α≤180°,力对物体做负功;α=90°,力对物体不做功.
3.从能量的转化角度来进行判断.若有能量转化,则应有力做功.此法常用于判断两个相联系的物体.
举例:如图5-1-1所示,弧面体a放在光滑水平面上,弧面光滑,使物体b自弧面的顶端自由下滑,试判定a、b间弹力做功的情况.从能量转化的角度看,当b沿弧面由静止下滑时,a就由静止开始向右运动,即a的动能增大了,因此b对a的弹力做了正功.由于a和b组成的系统机械能守恒,a的机械能增加,b的机械能一定减少,因此a对b的支持力对b一定做了负功.
名师点拨:判断力做功的正负问题,关键要明确哪个力做的功,应根据具体问题选择合适的方法.
即时应用 (即时突破,小试牛刀)
1如图5-1-2所示,质量为m的木块放在倾角为α的斜面上与斜面一起水平向左匀速运动,木块( )
A.对斜面的压力大小为mgcosα
B.所受的支持力对木块不做功
C.所受的摩擦力对木块做负功
D.所受的摩擦力方向可能沿斜面向下
解析:选AC.木块受力平衡,受力情况如图所示.木块水平向左运动,则支持力FN对木块做正功,摩擦力Ff对木块做负功,重力mg不做功,木块对斜面的压力F′N=FN=mgcosα,综上所述,可知选项A、C对,B 、D错.
二、求功的几种方法
1.恒力及合力做功的计算
(1)恒力的功:直接用W=Flcosα计算.
(2)合外力的功
①先求合外力F合,再应用公式W合=F合lcosα求功,其中α为合力F合与位移的夹角.一般适用于整个过程中合力恒定不变的情况.
②分别求出每个力的功W1、W2、W3…,再应用W合=W1+W2+W3+…求合外力的功.这种方法一般适用于在整个过程中,某些力分阶段作用的情况.
③利用动能定理或功能关系求解.
2.变力做功的计算
(1)用动能定理W=ΔEk或功能关系W=ΔE,即用能量的增量等效代换变力所做的功.(也可计算恒力做功)
(2)当变力的功率P一定时,可用W=Pt求功,如机车恒功率启动时.
(3)将变力做功转化为恒力做功
①当力的大小不变,而方向始终与运动方向相同或相反时,这类力的功等于力和路程(不是位移)的乘积.如滑动摩擦力做功、空气阻力做功等.
图5-1-3中甲图表示恒力F做的功W,乙图表示变力F做的功W,丙图中横轴上方的面积表示正功,横轴下方的面积表示负功,其总功等于正、负功的代数和.
特别提醒:应用功的公式求恒力的功时,由于力和位移都是矢量,力和位移均可按正交分解的方法进行分解,既可以把力分解为在位移方向的分力,也可以把位移分解为在力的方向上的分位移进行计算.
即时应用 (即时突破,小试牛刀)
2.如图5-1-4所示,用恒力F通过光滑的定滑轮把静止在水平面上的物体(大小可忽略)从位置A拉到位置B,物体的质量为m,定滑轮离水平地面的高度为h,物体在位置A、B时细绳与水平方向的夹角分别为θ1 和θ2,求绳的拉力对物体做的功.
三、机车两种启动方式的比较
对机动车等交通工具,在启动的时候,通常有两种启动方式,即以恒定功率启动和以恒定加速度启动.现比较如下:
特别提醒:图表中的v1为机车以恒定加速度启动时,匀加速运动的末速度,而vm为机车以额定功率运动时所能达到的最大速度.
即时应用 (即时突破,小试牛刀)
3.(20
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