功率小品

功率概念新解读
第一部分力和能量关系新解
一、运动的两种表现方式：力与能量
任何一个运动都同时存在力和能量两种表现形态，它们之间存在一定的内部联系，人们根据外部条件以方便程度选取其一进行表达和解决问题，它们的共同点都是能描述各种运动以及中间变化情况，且不仅能研究状态，也能研究过程，那么这两种表达方式到底有什么不同呢？
1 力注重于表现采用的方式，运动描述需非常详尽，而能量表达侧重于效果的表达，
2 力一般是针对一个物体，而能量往往是两个物体或多个物体组成的系统，多对象用能量表述很方便。

3 对运动物体而言，都是受力，具有被动型；而能量是系统参与性，有主动性。

4 不同的运动一般不会有相同的力，但不同的运动极大可能有相同的能量。

5 能量是物体能达到的极限，就象每个人的身上的本领，而力是它的发挥，就象人们实际工作。

6 能量标志着任务完成能力的，与时间无关。

而力是实际执行，因此时间非常重要。

二、力与能量的关系
1 力所能及原则，即力受能量限制，超出能量限制的力是无效的；由于种种原因，力的效果有时小于能量，说明没有完全发挥能力，产生了效率这个概念。

当然在大部分的假设理想状态，力与能量是相适应的。

2 力可以产生能量。

正如人们实际工作可以提高本领一样，力可以改变，当然有变多和变少两个方向。

3 它们之间有媒介，对于过程而言，媒介是位移，对于状态来说，媒介是速度。

第二部分对功率本质的反思。

一、功率的重新定义
运动的根本属性是速度，而实现某种速度变化就需要力。

因此力的作用不要理解为产生加速度，而是造成速度的改变。

这是力影响运动的最本质内涵。

加速度只是一个中介，而位移与时间只是在运动过程中作为必然结果的体现，这两者更多出现在需要研究运动过程时。

有时我们并不需要知道这些，而只关注力对速度的最终影响，自然产生了功率。

因此，功率真正的定义是力改变速度的能力，表达式为FV。

这实际上就是即时功率的定义。

而这是功率唯一的定义。

二、我们从三个层面解释这个定义。

1 功率由两个物理量组成，F代表力的属性，同时也代表外部供给，V代表运动的属性，也是物体内部属性，功率则代表了力与运动以及内外属性的完美结合。

另外力影响运动决定了其单向性，即功率只能由力产生，供应给运动。

2 功率是力与速度两个矢量的点乘，根据矢量运算原理，功率的确是标量。

根据P=FV式子进行分析，有以下三种情况：
ⅰV不变，P随F变化
ⅱF不变，P随V变化，
ⅲP不变，V随F变化且成反比。

3 功率的一个特殊性
ⅰ由于是瞬时值，不具备功和能所具备的量累积功能。

ⅱ但具备能量所具有的分配功能，如输出等于各运动物体消耗功率。

相当于能量守恒。

三、打破平均功率的伪装
综上所述，功率是与过程无关的量，它并非不研究过程，它可以求任何时刻的功率，只
是它只需要此时刻的速度值，不关注位移和时间而已。

既然与过程量无关，就只能是一个瞬时的状态量，那平均功率又是怎么回事呢？
教材上的平均功率是通过平均速度导出来的，我们来看看平均速度是个什么？它是过程量吗？答案是非，位移和时间是公认的过程量，它们有一个共同特点，沿运动方向有量的累积，而速度显然没有累积，它永远是一个状态量，即速度必定是某一时刻的速度。

书上平均速度也不是简单的算术平均，而是要总位移除以总时间，且平均速度与平均速率也不同。

那么平均速度的实质是什么呢，它的实质是等效替换，在一个运动过程中，各处速度不相等，当我们不研究过程内部而只关心始末状态时，我们可以用等于平均速度这个量值放入匀速直线运动来等效替换原运动，得出状态结果，但不能用来研究过程内部。

等效法是物理中常用的思维方法，以后会专门掌握。

由此可得出，平均速度脱离原过程而存在，不能算过程量。

分析清楚了平均速度，那么就确认，平均功率也不是过程量了，那它为什么会产生呢？同理，依据等效原理产生了平均功率。

这个平均功率也只是以平均速度运动的等效替换下的结果。

等效变换后，原定义成为P=FV,进而根据平均速度概念，化为P=FS/t=W/t,由此建立功和功率的关系。

这样比较自然，关键是要摒弃“功率就是衡量做功快慢的量度”这一目前通用的定义，它的误导性太强，
实际计算中，可以通过任意点的速度得出任意点的瞬时功率，是过程研究，而平均功率则只能计算运动两端状态，不能用于内部过程。

第三部分关于功率的补充
一、电功率与力功率的对比
P=UI，U相当于F，I相当于V，有两种情形：
一种是与力学相似的运动，只要用此公式仿照力学方法即可。

另一种是电路功率计算，经常已知电阻，故常用电阻公式，用电器直接标定功率。

二、功率的四个阶段——输入、输出、分配、消耗
1 输入用一定的设备由其它方式产生原生功率的阶段。

如发动机
2 输出从设备中引出供使用的功率，由于设备内部可能造成损耗，故可能低于输入。

它们的比值关系称为效率。

效率是输出与输入，与消耗无关。

3 分配将提供的功率分配到各个运动物体，原则上是完全分配的，即某个瞬时各运动物体分配到的功率总和等于提供功率。

这个分配是动态的，运动过程中，由于各种外部条件的变化，分配状态都会发生变化，但每个瞬时都有一个固定的状态。

是与运动相关的
4 消耗运动物体消耗分配的功率。

它取决于运动物体本身特性（如质量、电阻等），与运动过程无关。

三、解题时需掌握的几个要点
1 两大基本形式
ⅰ研究过程内部状态的瞬时功率。

用P=FV解题，有时V没有给出，需根据其它条件求出。

ⅱ研究始末状态的平均功率，一般用功除以时间计算。

功是一个过程量，因为它有量的累积。

但功率不是。

2分清功率的来龙去脉，对每一个带量描述或待求的功率，要仔细分清是输入、输出、分配还是消耗。

输入是在发动机类的设备内部，输出是在设备的出口，分配发生在运动中的某一特定时刻，消耗必然发生在某个具体的运动物体上。

3注意两个额定功率
ⅰ额定输出功率表示能提供的最大功率，汽车标称的马力就是它，它取决于发动机，与运动无关。

超出额定的数值只是达不到，不会产生恶果。

若想提高额定输出功率，一个方法是增加效率，一个方法是采用更大功率的输入方法。

ⅱ额定消耗功率指运动物体不致损坏所能承受的。

注意过程中消耗功率如果超过，则会造成损坏结果。