A-level 物理 (进阶物理)/力与功率

力

力是矢量。在解决涉及力的问题时，最好将它们想象成许多人拉动连接到物体上的绳索。所有力都以不同的方向、不同的幅度拉动，但效果仅在一个方向上，幅度也只在一个方向上。因此，必须将力作为矢量加起来。

力导致事情发生。它们使物体沿力的方向加速。换句话说，力使物体朝它们拉力的方向移动。如果物体已经在移动，那么它们不会使物体沿力的方向移动，因为力不会产生速度：它们产生加速度。

如果一个力作用在一个物体上，似乎合乎逻辑的是，如果物体具有较低的质量，那么它所受的力的加速度就不会那么大。这就产生了以下方程式

$F=ma\,$ ,

其中 F = 所施加的力（以牛顿计，记为 N），m = 质量（以千克计），a = 加速度（以 ms⁻²计）。如果我们将方程重新排列，它就更有意义了

$a={\frac {F}{m}}$

换句话说，在给定方向上，由于力的作用而产生的加速度等于该方向上所施加的力除以单位质量。

你应该已经知道如何计算某些类型的能量，例如

${\mbox{Kinetic Energy }}={\frac {mv^{2}}{2}}$

${\mbox{Gravitational Potential Energy }}=mgh\,$

力转换的能量量等于所做的功，等于（你已经知道）力乘以它作用的物体移动的距离

${\mbox{Work Done }}=\Delta E=F\Delta s\,$

在回答关于所做功的问题时，你可能会得到一个作用方向与位移方向不同的力。在这种情况下，你将不得不找到力方向上的位移，如矢量部分所示。

功率是能量变化率。它是单位时间内转换的能量量，以 Js⁻¹计

$P={\frac {\Delta E}{t}}$ ,

其中 E = 能量（以焦耳计），t = 时间（以秒计）。由于 ΔE = 所做的功，因此功率是做功的速率。由于

$\Delta E=F\Delta s\,$

${\frac {\Delta E}{t}}=F{\frac {\Delta s}{t}}$

$P=Fv\,$ ,

其中 P = 功率（以瓦特计，记为 W），F = 力，v = 速度。

重力是一个特殊情况。重力加速度记为 g，等于 9.81359ms⁻²。在地球表面附近的小距离范围内，它是均匀的。重力等于 mg，因为 F = ma。所以

$a={\frac {F}{m}}={\frac {mg}{m}}=g$

因此，当物体被放下时，它们都以相同的加速度落下，与质量无关。此外，重力加速度（以 ms⁻²计）等于重力场强（以 Nkg⁻¹计）。

1. 我用球杆以 20N 的力击打一张台球桌上的 5 克球。如果摩擦力以 14.2N 的力阻挡我，球离开球杆后的合加速度是多少？

2. 一个 10 克的球从 1.2 米高的斜坡上滚下来，并以 4 ms⁻¹的速度离开斜坡。摩擦力做了多少功？

3. 一辆电力火车在一台 30 千伏的电源上运行，电流为 100 安培。这辆火车以 90 公里/小时的速度行驶。火车在向前方向上受到的合力是多少？