功与能导图笔记

下图整理了高中物理中功与能的知识点，包含功的概念、功的特点、功率、功的公式、热能、机械能、光能、 电能等。

机械运动

• 功与能
  • 功
    • 物体受到力的作用，并在力的方向上发生一段位移，就说力对物体做了功
    • 公式
      • 功的计算方法
        • 恒力的功，F一般指恒力，l是在力的作用下物体的位移，角度是力F的方向与位移l的方向的夹角。力对物体做功，与物体的运动状态无关。
        • 变力的功
          • 动能定理
          • 变力的功率一定时，用W=Pt求功
          • F-l图象法（微积分法）
        • 合力的功
          • 先求合力，再用公式求功
          • 先求每个分力的功，再相加
          • 利用动能定理或功能关系求解
    • 特点：功是标量；没有方向，但有正负；功是过程量
      • 比较两个功的大小，要看它们的绝对值
      • 正功表示对物体做功的为动力， 负功表示对物体做功的为阻力。
        • 夹角为锐角，做正功，钝角做负功，直角不做功
          • 沿四分之一圆弧滚下的物体，支撑力不做功
    • 功率
      • 定义：功W与完成这些功所用时间t的比值
      • 公式（定义式，适用于 任何情况下的功率计算）
      • 单位：瓦特
      • 意义：表示做功快慢的物理量
      • 平均功率：表示力在一段时间内做功 的平均快慢程度
      • 瞬时功率：表示力在一段极短时间内 做功的快慢（与状态有关）
      • 额定功率与实际功率
        • 额定功率是指动力机械长期正常工作时最大的输出功率， 通常在铭牌上表明
        • 实际功率是机器实际工作时输出的功率， 也就是发动机产生的牵引力做功的功率
      • 机车启动的 两种方式
  • 能
    • 机械能
      • 动能： 物体由于运动而具有的能量（状态量、标量）
        • 动能与物体的质量和速度（速率）都有关系
        • 动能是状态量，与物体是否受力无关
        • 动能是标量，恒为正值，与速度方向无关
        • 动能的相对性，即与参考系的选取有关，一般选取地面为参考系
      • 势能： 由相互作用及相对位置决定的能量
        • 重力势能： 物体由于被举高而具有的能量（状态量）
          • 重力对物体做的功，只与物体的起始位置有关， 与物体运动的路径无关
            • 重力做功是过程量
          • 重力势能具有相对性：与选取的参考面有关。
          • 重力势能的变化是绝对的：物体从一个位置转移到另一个位置的过程中， 重力势能的变化与参考面的选取无关。
        • 弹性势能： 发生弹性形变的物体的各部分之间， 由于有弹力的相互作用而具有的势能
          • 势能大小也是相对的，与零势能点的选取有关， 对于弹簧，一般选自由长度为零势能点。
          • 用力拉弹簧或压弹簧，弹簧客服弹力做功，弹性势能增加。
          • 弹性势能与变形量和劲度系数有关
          • 弹力做正功，弹性势能减少；弹力做负功，弹性势能增加。
      • 功能原理
        • 功是能量转化的量度，做功的过程就是能量转化的过程，做了多少功，就有多少能量发生转化。
        • 动能定理：力在一个过程中对物体做的功，等于物体在这个过程中动能的变化
          • 动能定理揭示了外力对物体所做的总功与 物体动能变化之间的关系。 做功的过程是能量转化的过程。
          • 动能定理研究的对象是单一物体， 或者可以看成单一物体的物体体系。
          • 动能定理研究的是一个过程，但与具体运动过程的形式无关。
          • 动能定理的速度和位移应是同一参考系， 一般以地面为参考系。
          • 动能定理适用于各种运动，也适用于变力做功。
          • 是无条件的
        • 机械能守恒：
          • 在只有重力或弹力做功的物体系统内，（或其他力做功，但做功的代数和为零），动能和势能可以互相转化，而总的机械能保持不变。 初状态的机械能的和等于末状态的机械能的和。
            • 作业：1、合外力为0，机械能一定守恒吗？举例说明。2、合外力对物体不做功，它的动能一定不变，机械能一定守恒吗？
          • 有条件的
          • 应用机械能守恒定律解题的一般步骤
            • 选取研究对象（物体或系统）
            • 明确研究对象的运动过程，分析其在运动过程的受力情况， 弄清楚各力做功情况，判断机械能是否守恒
            • 适当选取参考平面，确定研究对象在此过程中的初、末状态的机械能。
            • 根据机械能守恒定律列方程求解
    • 其他能（热能、光能、电能…）
      • 电势能
      • 分子势能
    • 能量守恒：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移过程中，能量的总量保持不变。它是贯穿物理学的基本规律。是无条件的。
• 重力做正功，势能减少；重力做负功，势能增大。