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初中部
 
功能关系:功和能的关系详细总结
2013-11-29

功能关系:功和能的关系:功是能量转化的量度。有两层含义:
(1)做功的过程就是能量转化的过程,(2)做功的多少决定了能转化的数量,即:功是能量转化的量度
强调:功是一种过程量,它和一段位移(一段时间)相对应;而能是一种状态量,它与一个时刻相对应。两者的单位是相同的(都是J),但不能说功就是能,也不能说“功变成了能”。

做功的过程是物体能量的转化过程,做了多少功,就有多少能量发生了变化,功是能量转化的量度.
(1)动能定理
合外力对物体做的总功等于物体动能的增量.即
(2)与势能相关力做功导致与之相关的势能变化
重力
重力做正功,重力势能减少;重力做负功,重力势能增加.重力对物体所做的功等于物体重力势能增量的负值.即WG=EP1—EP2= —ΔEP
弹簧弹力
弹力做正功,弹性势能减少;弹力做负功,弹性势能增加.
弹力对物体所做的功等于物体弹性势能增量的负值.即W弹力=EP1—EP2= —ΔEP
分子力
分子力对分子所做的功=分子势能增量的负值
电场力
电场力做正功,电势能减少;电场力做负功,电势能增加。注意:电荷的正负及移动方向
电场力对电荷所做的功=电荷电势能增量的负值
(3)机械能变化原因
除重力(弹簧弹力)以外的的其它力对物体所做的功=物体机械能的增量即WF=E2—E1=ΔE
当除重力(或弹簧弹力)以外的力对物体所做的功为零时,即机械能守恒
(4)机械能守恒定律
在只有重力和弹簧的弹力做功的物体系内,动能和势能可以互相转化,但机械能的总量保持不变.即 EK2+EP2 = EK1+EP1 或 ΔEK = —ΔEP
(5)静摩擦力做功的特点
(1)静摩擦力可以做正功,也可以做负功,还可以不做功;
(2)在静摩擦力做功的过程中,只有机械能的互相转移,而没有机械能与其他形式的能的转化,静摩擦力只起着传递机械能的作用;
(3)相互摩擦的系统内,一对静摩擦力对系统所做功的和总是等于零.
(6)滑动摩擦力做功特点
“摩擦所产生的热”
(1)滑动摩擦力可以做正功,也可以做负功,还可以不做功;
=滑动摩擦力跟物体间相对路程的乘积,即一对滑动摩擦力所做的功
(2)相互摩擦的系统内,一对滑动摩擦力对系统所做功的和总表现为负功,
其大小为:W= —fS相对=Q 对系统做功的过程中,系统的机械能转化为其他形式的能,
(S相对为相互摩擦的物体间的相对位移;若相对运动有往复性,则S相对为相对运动的路程)
(7)一对作用力与反作用力做功的特点
(1)作用力做正功时,反作用力可以做正功,也可以做负功,还可以不做功;作用力做负功、不做功时,反作用力亦同样如此.
(2)一对作用力与反作用力对系统所做功的总和可以是正功,也可以是负功,还可以零.
(8)热学
外界对气体做功
外界对气体所做的功W与气体从外界所吸收的热量Q的和=气体内能的变化W+Q=△U (热力学第一定律,能的转化守恒定律)
(9)电场力做功
W=qu=qEd=FSE (与路径无关)
(10)电流做功
(1)在纯电阻电路中 (电流所做的功率=电阻发热功率)
(2) 在电解槽电路中,电流所做的功率=电阻发热功率+转化为化学能的的功率
(3) 在电动机电路中,电流所做的功率=电阻发热功率与输出的机械功率之和
P电源t =uIt= +E其它;W=IUt >
(11)安培力做功
安培力所做的功对应着电能与其它形式的能的相互转化,即W=△E
安培力做正功,对应着电能转化为其他形式的能(如电动机模型);
克服安培力做功,对应着其它形式的能转化为电能(如发电机模型);
且安培力作功的绝对值,等于电能转化的量值, W=Fd=BILd 内能(发热)
(12)洛仑兹力永不做功
洛仑兹力只改变速度的方向
(13)光学
光子的能量: E光子=hγ;一束光能量E=N×hγ(N指光子数目)
在光电效应中,光子的能量hγ=W+
(14)原子物理
原子辐射光子的能量hγ=E—E,原子吸收光子的能量hγ= E—E
爱因斯坦质能方程:E=mc2
(15)能量转化和守恒定律
对于所有参与相互作用的物体所组成的系统,其中每一个物体的能量的数值及形式都可能发生变化,但系统内所有物体的各种形式能量的总合保持不变

功和能的关系贯穿整个物理学。现归类整理如下:常见力做功与对应能的关系

常见的几种力做功
能量关系
数量关系式
力的种类
做功的正负
对应的能量
变化情况
①重力mg
+
重力势能EP
减小
mgh=–ΔEP

增加
②弹簧的弹力kx
+
弹性势能E弹性
减小
W=–ΔE弹性

增加
③分子力F分子
+
分子势能E分子
减小
W分子力=–ΔE分子

增加
④电场力Eq
+
电势能E电势
减小
qU =–ΔE电势

增加
⑤滑动摩擦力f

内能Q
增加
fs相对= Q
⑥感应电流的安培力F安培

电能E
增加
W安培力=ΔE
⑦合力F
+
动能Ek
增加
W=ΔEk

减小
⑧重力以外的力F
+
机械能E机械
增加
WF=ΔE机械
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