能量与功：能量概念及其转化，功的重要性

1）能量

能量的概念是人类在对物质运动规律进行长期探索中建立的。所有的自然现象都能涉及能量，人类任何活动都离不开能量：流动的江水具有动能；高处水库里的水具有势能；现代化的生活离不开电能；现代交通工具离不开燃料燃烧释放的化学能；核电站要利用原子核裂变时释放的核能；人的生命需要摄入食物中的化学能……对应于物质的各种运动形式，能量也有各种不同的形式，它们可以通过一定的方式互相转换。

能量是物质运动转换的量度，简称“能”。世界万物是不断运动的，在物质的一切属性中，运动是最基本的属性，其他属性都是运动的具体表现。能量是表征物理系统做功本领的量度。

在机械运动中表现为物体或体系整体的机械能，如动能、势能、声能等。在热现象中表现为系统的内能，它是系统内各分子无规则运动的动能、分子间相互作用的势能、原子和原子核内的能量的总和，但不包括系统整体运动的机械能。对于热运动能（热能），人们是通过它与机械能的相互转换而认识的。

伽利略的“小球斜面实验”指出：相互作用的物体凭借其位置而具有的能量称为势能。例如，被举高的物体具有势能。物体由于运动而具有的能量称为动能。例如，运动的汽车具有动能。

2）功

人类对于能量及其转化的认识与功的概念紧密相连。这是因为在一个过程中如果既存在做功的现象，也存在能量变化的现象，功的计算常常能够为能量的定量表达及能量的转化提供分析的基础。功的概念起源于早期工业发展的需要。当时的工程师需要一个比较蒸汽机效能的办法。在实践中大家逐渐认识到，当燃烧同样多的燃料时，机械举起的重量与举起的高度的乘积可以用来度量机器的效能，从而比较蒸汽机的优劣，并把物体的重量与其上升高度的乘积称为功。一个物体受到力的作用，并在力的方向上发生了一段位移，这个力就对物体做了功。

力和物体在力的方向上发生的位移是做功的两个不可缺少的因素。如果力的方向与位移的方向一致，就把功定义为力的大小与位移大小的乘积。用F表示力的大小，用l表示位移的大小，用W表示力F所做的功，则有W=Fl。在国际单位制中，功的单位是焦耳，简称焦，符号是J。1 J等于1 N的力使物体在力的方向上发生1 m的位移时所做的功。当一个物体在几个力的共同作用下发生一段位移时，这几个力对物体所做的总功等于各个力分别对物体所做功的代数和，也就是这几个力的合力对物体所做的功。(www.xing528.com)

功率是指物体在单位时间内所做的功的多少，即功率是描述做功快慢的物理量。功的数量不变，时间越短，功率值就越大。求功率的公式为功率=功/时间。功率是表征做功快慢程度的物理量。单位时间内所做的功称为功率，用P表示。故功率等于作用力与物体受力点速度的标量积。电动机、内燃机等动力机械常常标有额定功率，这是在额定转速下可以较长时间工作时输出的功率。实际输出功率往往小于这个数值。例如，某汽车内燃机的额定功率是97 kW，但在平直公路上行驶时，发动机的实际输出功率只有20 kW。在特殊情况下，例如越过障碍时，司机通过增大供油量可以使实际输出的功率大于额定功率，但这对发动机有害，只能工作很短时间，而且要尽量避免。

功率计算公式：P=W/t（平均功率）；P=Fv；P=Fv cosα（瞬时功率）。

因为W=F（F为力）×S（S为位移）（功的定义式），所以求功率的公式也可推导出P=Fv；P=W/t=FS/t=Fv（此公式适用于物体做匀速直线运动）。

公式中的P表示功率，单位是“瓦特”，简称“瓦”，符号是W。

W表示功。单位是“焦耳”，简称“焦”，符号是J。

t表示时间，单位是“秒”，符号是s。

从P=Fv可以看出，汽车、火车等交通工具和各种起重机械，当发动机的功率P一定时，牵引力F与速度v成反比，要增大牵引力，就要降低速度。然而，在发动机功率一定时，通过降低速度提高牵引力或减小牵引力而提高速度，效果都是有限的。所以，要提高速度和增大牵引力，必须提高发动机的额定功率，这就是高速火车、汽车需要大功率发动机的原因。