第八讲 功功率和机械效率模板.doc

《功、功率和机械效率》精讲
一、 了解和领悟
　　1. 功——用来表示力使物体能量改变了多少物理量
　　我们知道力有两种作用效果： 一是改变物体形状；二是使物体运动状态发生改变. 其实，从能量角度说，力还有改变物体能量效果. 比如： 使物体速度改变——动能改变；使物体高度改变——重力势能改变；使物体形状改变——弹性势能改变等等. 物体能量发生改变多少，在物理学中用“功”来表示这种“改变量”. 假如物体在力作用下动能或势能发生了改变，就说力对物体做了功. 力使物体动能或势能改变越大，力对物体做功也就越多. 概括地说， 功是用来表示力使物体能量改变了多少物理量. 要知道力对物体做了多少功，就看它使物体能量改变了多少.
　　深入研究表明，力对物体做功多少，和力大小和物体沿力方向移动距离大小相关. 使物体移动相同距离，所用力越大，力做功越多；或，对物体施加相同力，使物体沿力方向移动距离越大，力做功越多. 于是，物理学中把功涵义具体为： 力和在力方向上移动距离乘积称为功. 这么也就很自然地有了计算做功多少方法，写成公式就是：
　　W=Fs.
　　依据上述，能够取得一个具体判定力是否对物体做功方法： 一是看有没有力作用在物体上；二是看物体有没有沿力方向移动距离. 二者缺一不可.
　　2. 功率——表示做功快慢物理量
　　做功使物体能量改变（使物体能量发生转化或转移） ，其过程是有快有慢. 做一样多功，花时间越少说明做功越快；或，在相同时间内，做功越多说明做功越快.
　　怎样表示做功快慢呢？不妨想一想运动快慢是怎样表示. 物体单位时间内运动旅程叫做速度，速度越大说明运动越快；类似地，单位时间内所做功称为功率，功率越大说明做功越快. 功率公式在形式上也和速度公式类似，功率计算公式是：
　　 W总=W有用+W额外
　　3. 了解机械效率，关键是了解“有用功”、“额外功”和“总功”
　　很多情况下，大家并不是直接对物体做功，有时为了省力，有时为了方便，甚至是为了安全，往往是利用机械来做功. 当利用机械做功时，有一个很关键问题值得研究：
　　比如，用水桶从井中向上提水，水桶是提水机械. 其目标很明确，就是要把一定量水从井里取上来，必需克服水重力做功，这是为了把水取上来必需做功. 物理学中，把“为了达成某种目标”必需做功叫做有用功. 不过，因为使用了水桶，于是你在提水过程中不仅要对水做功，也要对水桶做功，这是不可避免. 从提水这个“目标”看，提水桶就成了“不可避免额外负担”. 物理学中，把不期望做但又不得不做功称为额外功. 在提水例子中，把水桶提上来做功就是额外功.
　　在提水例子中，人提力既要对水做功，同时也要对水桶做功，即包含了“有用功”和“额外功”，所以把人提力做功称为总功. 三者关系为： W总=W有用+W额外.
　　使用机械做功时，额外功是不可避免. 不过大家总有这么愿望： 努力使机械多做有用功，尽可能少做额外功，即期望有用功占总功百分比越大越好. 于是，物理学中把“有用功和总功比值”称为机械效率，即
　　4. 影响机械效率大小原因
　　从部分简单例子看： 比如，用水桶提水，水桶越重需要做额外功就越多；又如，用动滑轮或滑轮组提升重物，动滑轮越重，需要做额外功也越多. 这说明，机械自重是影响机械效率