第十五章功和機械能的知識結構

一、功的二要素：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。如果力的方向和通過距離的方向一致，就說力對物體作了功；如果力的方向和通過距離的方向相反，就說克服了某個力作了功。

不做功的情況有：⑴物體受力而物體沒有移動距離；⑵不受外力，物體靠慣性做勻速直線運動；⑶作用在物體上的力與物體移動距離的方向垂直，即在力的方向上沒有移動距離。

二、功的公式和單位：w=fs，f的單位是牛頓，s的單位是公尺，w的單位是焦耳。其中1焦耳=1牛·公尺。f是使物體在它的方向上通過的距離s的力，s是物體在f的方向上通過的距離。

三、功的原理：使用機械時，人們所做的功，都不會少於直接用手所做的功，也就是使用任何機械都不會省功。

利用功的原理解答問題：⑴根據題意，找出直接用手所做的功，用w手=gh表示；⑵使用機械時人所做的功：w機械=fs（f為人的動力，s為動力端移動的距離）表示；⑶根據功的原理可得：

w手=w機械，即fs=gh。

四、機械效率：w有用：人需要的，必須做的功或人為達到目的所必須做的功；w額：

雖不需要但又不得不做的功；w總：人們使用機械時，動力所做的功。機械效率的公式：

η=w有用/w總=w有用/(w有用+w額)=1—w額/w總=p有用/p總。由於有用功總小於總功，所以η總小於1。（動力所做的功等於克服阻力所做的功）η=75%的物理意義是機械做的有用功佔其總功的75%。

五、測滑輪組的機械效率：實驗原理：η=w有用/w總。

測量資料：被提公升的鉤碼重g，對繩自由端的拉力f，鉤碼上公升的高度h，繩端向上移動的距離s。注意事項：

向上拉彈簧秤時，應該豎直向上且勻速直線運動。測量滑輪組機械效率時，可以不用刻度尺，只用彈簧秤就行。此時η=g/nf(n是指有幾段繩子與動滑輪相連)。

同一滑輪組機械效率高低與所提物體的重力大小有關；當所提物體的重力相同時，不同的滑輪組的機械效率與動滑輪有自重有關。影響滑輪組機械效率高低的主要因素有物體的重力，動滑輪的薰力和繩與滑輪間的摩擦。

六、功率：功率是表示做功快慢的物理量。做功快，則功率大。

單位時間裡完成的功叫做功率。功率是由物體所做的功和完成這個功所用的時間兩個因素決定。做功多功率不一定快，反之功率大，做功不一定多。

公式：p=w/t ，單位分別是焦耳、秒和瓦。其中1瓦=1焦耳/秒=1牛·公尺/秒。

1瓦的物理意義：某機械1秒鐘做功1焦耳。p=fv適用於做勻速直線運動的物體。

v越小，f越大。

功率和機械效率：機械效率和功率都是反映機械效能的物理量，但它們是完全不同的概念。功率是表示機械做功的快慢，而機械效率表示機械對總功的利用率，功率大的機械，機械效率不一定高。

七、機械效率的總結

如果不考慮繩重和摩擦時，此時f=（g物+g動）/n，n是承擔物體的繩子段數。s=nh.

八、能量：乙個物體是否具有能量取決於它能否做功，而不是正在做功或做了功，有能量的物體不一定正在做功，但正在做功的物體一定具有能量。能量是表示物體能夠做功本領大小的物理量，具有能量可以用來做功，也可以不做功，但能做功。

做功多的物體，能量不一定多，能量包括已消耗的和未消耗的。

動能：運動是物體具有動能的標誌，動能的大小與物體運動的速度大小和物體的質量有關，由於運動具有的能和運動的物體具有的能不一樣。

重力勢能：跟物體所受的重力和高度有關

彈性勢能：乙個物體是否具有彈性勢能取決於它是否發生了彈性形變。

動能和勢能的相互轉化：動能轉化為重力勢能的標誌是：速度減小，高度增加；重力勢能轉化為動能的標誌是：

高度降低，速度增大；動能轉化為彈性勢能的標誌：速度減小，形變數增大；彈性勢能轉化為動能的標誌：形變數減小，速度增加。