物理 · 初中 · 约 6 分钟

功与功率:做功两要素、有用功额外功与机械效率

判断「做没做功」是选择题常客——提着水桶水平走路不做功、推而不动不做功;功率与机械效率的关系更是概念混搭重灾区,两者毫无必然联系这件事一定要刻进脑子。

功与功率

物理量公式单位与换算
功 WW = Fs(力与沿力方向移动的距离)焦耳(J),1 J = 1 N·m
功率 PP = W ÷ t = Fv瓦特(W),1 kW = 10³ W
做功两要素作用在物体上的力;物体沿力的方向移动距离缺一不可

三种不做功的情形

  • 有力无距离:推箱子没推动,推力不做功
  • 有距离无力(靠惯性运动):冰壶离手后在冰面滑行,推力已消失不做功
  • 力与移动距离垂直:提着水桶在水平路上走,拉力竖直向上不做功

有用功、额外功、总功

名称含义举例(用滑轮组提升重物)
有用功 W有为达到目的必须做的功克服物体重力做的功 W有 = Gh
额外功 W额并非需要但不得不做的功提动滑轮、克服摩擦和绳重做的功
总功 W总有用功与额外功的总和动力(拉力)做的功 W总 = Fs

机械效率

  • 定义:有用功与总功的比值,η = W有 ÷ W总 × 100%
  • 因为额外功不可能为零,机械效率总小于 1(100%)
  • 机械效率与功率无关:效率高只说明有用功占比大,不代表做功快
  • 提高机械效率的途径:减小摩擦、减轻动滑轮自重、增大提升的物重

辨析:功率大 = 机械效率高?

不是。功率表示做功的快慢,机械效率表示有用功占总功的比例,两者描述的是完全不同的两件事:大功率起重机能快速做功,但效率未必高。考题用「高效率的机器能省功吗」设坑——任何机械都不省功,省了力必然费距离,这是功的原理。

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