2021上海等級(jí)考物理：功能原理

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功能原理基本概念

功能原理是力學(xué)中的基本原理之一。內(nèi)容是物體系統(tǒng)的機(jī)械能增量等于外力非保守力對系統(tǒng)所作的總功和系統(tǒng)內(nèi)耗散力所作的功的代數(shù)和。其本質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)化，得到能量，就會(huì)消耗能量，但總量不變。功能原理是前蘇聯(lián)科技書中常用的一條原理，中國的科技書中也曾引用過。

耗散力

這里的耗散力，通俗的講，即為非保守力(非保守力簡單講就是力做功和路徑有關(guān)。在高中，除重力，庫侖力，磁場力以外的力都是非保守力)。

即任何物體系統(tǒng)， 外力對其作的總功+系統(tǒng)內(nèi)非保守力(見勢能)做的總功 = 系統(tǒng)的機(jī)械能(動(dòng)能與勢能之和)的增量(增量不意味著“加”，這里指的是“變化量”，比如一個(gè)物體下降，又是減速，那么等式右邊為“-1/2mv^2-mgh”。注意勢能，這里是重力勢能，不能理解為重力做功，因?yàn)榈仁接疫吺窍到y(tǒng)的機(jī)械能)

W外+W非保內(nèi)=E2-E1(這里的“+W非保內(nèi)”不意味著得到能量，如果是摩擦力做功，且外力做正功，那W非保內(nèi)是“減去摩擦力做功的大小”)W動(dòng)-W阻=ΔE。

功能原理應(yīng)用領(lǐng)域

該原理對一切慣性參考系都成立。

功能原理是和機(jī)械能守恒定理一致的，后者可以看做前者等號(hào)兩邊都為零時(shí)的特殊情況。

對其理解可以比較靈活處理功能轉(zhuǎn)換等問題。

功能原理引入了機(jī)械能守恒，當(dāng)只有彈力、重力做功時(shí)的情況。W動(dòng)-W阻=0，ΔE=0.

功能原理實(shí)際上是動(dòng)能定理的變形，在運(yùn)用時(shí)應(yīng)注意：如在考慮機(jī)械能時(shí)引入了重力勢能，由于勢能屬于物體與地球共有，因此物體的重力勢能即為內(nèi)力(保守力)，在合外力做功時(shí)應(yīng)剔除重力做功;同樣如引入彈性勢能，就不應(yīng)再考慮彈簧的彈力做功。另外，因?yàn)楣κ菣C(jī)械能變化的量度，所以機(jī)械能的變化需要通過做功來實(shí)現(xiàn)，W外反映系統(tǒng)和外界的能量轉(zhuǎn)換，W非保守內(nèi)力反映系統(tǒng)內(nèi)部機(jī)械能和其他形式能量的轉(zhuǎn)換;如系統(tǒng)內(nèi)有滑動(dòng)摩擦力時(shí)，W非保守內(nèi)力為負(fù)值，表明系統(tǒng)的一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)換成了系統(tǒng)的內(nèi)能。

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