第四章第四章能和能源能和能源第一节第一节能量的相互转化及能量转化的量度能量的相互转化及能量转化的量度一、做功的两个必要因素：一、做功的两个必要因素：1、作用在物体上的力、作用在物体上的力-F2、物体在力的方向上通过的距离、物体在力的方向上通过的距离-s三种特殊的不做功的例子：三种特殊的不做功的例子：1、有、有F，s=02、有、有F,有有s,但但F、s互相垂直互相垂直3、无、无F, 由于惯性运动的，有由于惯性运动的，有s判断下列各情况中，力对物体是否做功，如果没有判断下列各情况中，力对物体是否做功，如果没有做功请说明原因：做功请说明原因：1在草地上滚动的足球，支持力对球在草地上滚动的足球，支持力对球 。2手提一桶水在水平面上运动一段距离，拉力对桶手提一桶水在水平面上运动一段距离，拉力对桶 。3一只苹果从树上落下过程中，重力对它一只苹果从树上落下过程中，重力对它 。4、小球被踢出去后，由于惯性在光滑的水平面上滚动，、小球被踢出去后，由于惯性在光滑的水平面上滚动， 外力对球外力对球 。5、悬挂着的电灯，电线拉力对电灯、悬挂着的电灯，电线拉力对电灯 。6、举重运动员举起杠铃过程中，举力对杠铃、举重运动员举起杠铃过程中，举力对杠铃 。7、钢笔在纸面上写字中，纸面的摩擦力对钢笔、钢笔在纸面上写字中，纸面的摩擦力对钢笔 。不做功的三种情况：不做功的三种情况：有有F，s=0 有有F,有有s,但但F、s互相垂直互相垂直 无无F, 由于惯性，有由于惯性，有s2 2、下列哪种情况做了功、下列哪种情况做了功 （ ）A A、依靠惯性在光滑水平面上运动的小车。、依靠惯性在光滑水平面上运动的小车。B B、举重运动员举着杠铃静止不动。、举重运动员举着杠铃静止不动。C C、某人提着水桶在水平路面上行走。、某人提着水桶在水平路面上行走。D D、登山运动员登山。、登山运动员登山。3 3、下列情况下人对物体没有做功的是、下列情况下人对物体没有做功的是 （ ）A A、把一箱苹果搬上楼，、把一箱苹果搬上楼， B B、提着书包乘电梯上楼、提着书包乘电梯上楼C C、推大箱子没有推动，、推大箱子没有推动， D D、人提着水上楼。、人提着水上楼。二、功的计算：二、功的计算：功等于功等于力力和和物体在力的方向上通过的物体在力的方向上通过的1 1 距离距离的的乘积乘积功功=力力距离距离1、公式：、公式：W=Fs2、功的单位：、功的单位：牛牛米米焦耳焦耳1焦耳焦耳=1牛牛米米1焦耳的意焦耳的意义：1牛的力使物体在力的牛的力使物体在力的 方向上方向上 通通过1米的距离米的距离时所做的功所做的功1、一个同学用、一个同学用120牛的力，将一个牛的力，将一个4牛重的足球牛重的足球踢到踢到25米远处，对他踢球是做功的情况，下列说米远处，对他踢球是做功的情况，下列说法正确的是法正确的是 （ ）A、做功、做功3000焦焦 B、做功、做功100焦焦 C、没有做功、没有做功 D、做了功，但条件不足，无法计算、做了功，但条件不足，无法计算2、起重机钢索拉力是、起重机钢索拉力是2104N，将质量是，将质量是1.8103Kg的物体吊高的物体吊高5m。（1）起重机的拉力做了多少功？）起重机的拉力做了多少功？（2）起重机克服重力做了多少功？）起重机克服重力做了多少功？（3）为什么以上两个功不相等）为什么以上两个功不相等?4、放在水平地面上重、放在水平地面上重1000牛的箱子，在一个水平推力牛的箱子，在一个水平推力作用下移动了作用下移动了3米，松开手以后，箱子又往前运动了米，松开手以后，箱子又往前运动了1米，已知推力米，已知推力F对箱子一共做了对箱子一共做了60焦耳的功。焦耳的功。求：（求：（1）推力）推力F为多大？为多大？（2）重力和地面支持力对箱子做了多少功？）重力和地面支持力对箱子做了多少功？ 3、已知甲物体在光滑的水平面上运动，乙物体在粗糙、已知甲物体在光滑的水平面上运动，乙物体在粗糙的水平面上运动，现用相同的水平推力，分别是甲、乙的水平面上运动，现用相同的水平推力，分别是甲、乙两个物体沿力的方向移动相同的距离，两次推力所作的两个物体沿力的方向移动相同的距离，两次推力所作的功分别是功分别是W甲甲、W乙乙，则（，则（ ）A、W甲甲W乙乙 B、W甲甲W乙乙C、 W甲甲=W乙乙 D、条件不足，无法确定、条件不足，无法确定请你估算：请你估算： 匀速从地面捡起一本匀速从地面捡起一本科学复习导科学复习导引引放到桌面所做的功。放到桌面所做的功。反思：反思：你能说出做功的两个必要因素吗？你能说出做功的两个必要因素吗？你能分别举出三种不做功的例子吗？你能分别举出三种不做功的例子吗？回顾一上计算某力做功大小的要领有哪些？回顾一上计算某力做功大小的要领有哪些？1、定义：单位时间里完成的功，叫功率。、定义：单位时间里完成的功，叫功率。2、物理意义：表示做功快慢的物理量。、物理意义：表示做功快慢的物理量。 功率大就表示做功快，功率大就表示做功快，即在做相同的功所用时间即在做相同的功所用时间少，或是在相同的时间内做功多少，或是在相同的时间内做功多. 注意：注意：功率和功是两个不同的概念，做功多的机械功率和功是两个不同的概念，做功多的机械不一定功率大，反之做功少的机械功率不一定小，还不一定功率大，反之做功少的机械功率不一定小，还要看另一因素要看另一因素时间。时间。3、公式（定义式）：、公式（定义式）：P=W/t4、单位：瓦（、单位：瓦（W），），1瓦瓦=1焦焦/秒，秒，1千瓦千瓦=1000瓦，瓦， 1瓦的含义：瓦的含义：1秒钟内所做的功是秒钟内所做的功是1焦。焦。三、功率的概念、物理意义、计算公式、单位换算三、功率的概念、物理意义、计算公式、单位换算因因为W = FS，所以，所以 物体在拉力物体在拉力F的作用下，以速度的作用下，以速度v沿拉力的方向做匀沿拉力的方向做匀速直线运动，则拉力做功的功率等于力与物体速度的速直线运动，则拉力做功的功率等于力与物体速度的乘积。在功率乘积。在功率P一定时，力一定时，力F与速度与速度v成反比。当汽车成反比。当汽车上坡时，司机采取换档的办法，减小速度，以获得较上坡时，司机采取换档的办法，减小速度，以获得较大的牵引力。大的牵引力。四、功率的计算四、功率的计算计算功率的常用公式：计算功率的常用公式：P=Fv例例1、关于功率，以下说法正确的是（、关于功率，以下说法正确的是（ ）A.机械做功多，它的功率就一定大机械做功多，它的功率就一定大B.机械做功快，它的功率就一定大机械做功快，它的功率就一定大C.机械做功时间短，它的功率就一定大机械做功时间短，它的功率就一定大D.做相同的功，所用时间少，功率就一定大做相同的功，所用时间少，功率就一定大1一举重运动员将一举重运动员将1500牛的杠铃在牛的杠铃在3秒钟内举高秒钟内举高2米，米，然后在空中停留然后在空中停留3秒钟，则他总过程做的功为秒钟，则他总过程做的功为 ，前，前3秒功率为秒功率为 ，后，后3秒功率为秒功率为 。2甲、乙两人各把甲、乙两人各把200块砖从一楼搬到四楼，甲需的块砖从一楼搬到四楼，甲需的时间是乙的时间是乙的2/3，则甲、乙两人对砖的做功之比，则甲、乙两人对砖的做功之比W甲甲：W乙乙= ，功率之比，功率之比P甲甲：P乙乙= 。例例3：功率为：功率为60KW的汽车用了的汽车用了2分半钟匀速分半钟匀速开上开上3000m长的斜坡，求：汽车的牵引力，若长的斜坡，求：汽车的牵引力，若保持牵引力不变，但匀速行驶的速度变为保持牵引力不变，但匀速行驶的速度变为15m/s，发动机这时的功率为多大？发动机这时的功率为多大？3一辆汽车的发动机最大输出功率为一辆汽车的发动机最大输出功率为100千瓦，千瓦，它在水平公路上匀速行驶时，受到的阻力为它在水平公路上匀速行驶时，受到的阻力为4000牛，求汽车的最大速度是多少千米牛，求汽车的最大速度是多少千米/小时？如果以小时？如果以54千米千米/小时的速度行驶时，遇到的阻力为小时的速度行驶时，遇到的阻力为3500牛，牛，这时发动机的输出功率为多大？如果汽车的速度是这时发动机的输出功率为多大？如果汽车的速度是36千米千米/小时，汽车的最大牵引力为多少？小时，汽车的最大牵引力为多少？例例4、同一台水泵抽水，在、同一台水泵抽水，在10分钟里能把一个距水面分钟里能把一个距水面20米高，容积是米高，容积是15米米3的水池装满，这台水泵的功率的水池装满，这台水泵的功率至少是多少千瓦？（至少是多少千瓦？（g取取10牛牛/千克）千克）4、某风景点的瀑布每分钟有、某风景点的瀑布每分钟有350米米3的水从的水从40米高处米高处落下，如果利用这个瀑布对水轮机做功，功率是多少？落下，如果利用这个瀑布对水轮机做功，功率是多少？例例5、如图、如图1所示，在滑轮组的作用下，物体所示，在滑轮组的作用下，物体A沿水平沿水平地面以地面以0.2米米/秒的速度前进了秒的速度前进了2米，已知物体米，已知物体A重为重为300牛，拉力牛，拉力F的功率为的功率为12瓦，不计绳和滑轮重，求瓦，不计绳和滑轮重，求拉力拉力F的大小。的大小。机械能和内能机械能和内能 一、能量一、能量物体能够做功的本领物体能够做功的本领.一个物体能够做功一个物体能够做功,就说这个物体具有能量就说这个物体具有能量.物体做的功越多物体做的功越多,物体消耗的能量也越多物体消耗的能量也越多. 1、动能、动能: 物体由于运动而具有的能量物体由于运动而具有的能量. 运动物体的速度越大运动物体的速度越大,质量越大质量越大,动能就越大动能就越大.2、重力势能、重力势能:高的物体具有的能量高的物体具有的能量.物体的质量越大物体的质量越大,举得越高举得越高,它具有的重力势它具有的重力势能就越大能就越大 3、弹性势能、弹性势能 发生弹性形变的物体具有的能量发生弹性形变的物体具有的能量 物体的弹性形变越大物体的弹性形变越大,它具有的弹性势能它具有的弹性势能就越大就越大. 4、势能、势能:重力势能和弹性势能的统称重力势能和弹性势能的统称.5、机械能、机械能:动能和势能的统称动能和势能的统称能量的单位和功的单位相同能量的单位和功的单位相同,也是焦耳也是焦耳.6、在一定条件下、在一定条件下,动能和势能可以相互转化动能和势能可以相互转化，各种形各种形式的能量可以相互转化式的能量可以相互转化例例例例1 1、如图是研究小球动能大小与小球的、如图是研究小球动能大小与小球的、如图是研究小球动能大小与小球的、如图是研究小球动能大小与小球的_和和和和_关系的实验装置示意图。（关系的实验装置示意图。（关系的实验装置示意图。（关系的实验装置示意图。（1 1）本实验中小球动能的大）本实验中小球动能的大）本实验中小球动能的大）本实验中小球动能的大小通过小通过小通过小通过_来显示；来显示；来显示；来显示； （2 2）表中记录了）表中记录了）表中记录了）表中记录了用甲、乙两球分别进行实验的数据。由表中数据可知：用甲、乙两球分别进行实验的数据。由表中数据可知：用甲、乙两球分别进行实验的数据。由表中数据可知：用甲、乙两球分别进行实验的数据。由表中数据可知：甲球的动能甲球的动能甲球的动能甲球的动能_（选填（选填（选填（选填” ”大于大于大于大于” ”、” ”小于小于小于小于” ”、或、或、或、或” ”等等等等于于于于” ”）乙球的动能；）乙球的动能；）乙球的动能；）乙球的动能；(3)(3)在质量和速度两个物理量中，在质量和速度两个物理量中，在质量和速度两个物理量中，在质量和速度两个物理量中，对动能影响较大的是对动能影响较大的是对动能影响较大的是对动能影响较大的是_._.小于小于小于小于速度速度速度速度 小小 球球小小 球球 质 量量小球碰撞物体小球碰撞物体A A时的速度的速度物体物体A A被推被推动的距离的距离 甲甲 球球 2 m2 m v v S S 乙乙 球球 m m 2 v2 v 2 S2 SA A质量质量质量质量速度速度速度速度对木块做功的多少对木块做功的多少对木块做功的多少对木块做功的多少例例2、小红在学习中收集了一些与机械能、小红在学习中收集了一些与机械能有关的实例，如图所示，其中机械能增大有关的实例，如图所示，其中机械能增大的是（的是（） C汽车水平匀速行驶汽车水平匀速行驶汽车水平匀速行驶汽车水平匀速行驶A A小孩从滑梯上滑下小孩从滑梯上滑下小孩从滑梯上滑下小孩从滑梯上滑下B B火箭升空时火箭升空时火箭升空时火箭升空时 C C滚摆上下摆动时滚摆上下摆动时滚摆上下摆动时滚摆上下摆动时D D动能不变，势能不动能不变，势能不变，机械能不变变，机械能不变人受到摩擦阻力，人受到摩擦阻力，机械能转化为内能机械能转化为内能火箭动能增大，重力势能火箭动能增大，重力势能增大，机械能增大增大，机械能增大由于存在空气阻力，由于存在空气阻力，机械能变小机械能变小例例例例3 3、20032003年年年年1010月月月月1515日，日，日，日，“ “神舟神舟神舟神舟6 6号号号号” ”载人飞船在震天载人飞船在震天载人飞船在震天载人飞船在震天的轰鸣声中腾空而起，飞向太空。的轰鸣声中腾空而起，飞向太空。的轰鸣声中腾空而起，飞向太空。的轰鸣声中腾空而起，飞向太空。 火箭在加速上升过程中机械能增大，火箭在加速上升过程中机械能增大，火箭在加速上升过程中机械能增大，火箭在加速上升过程中机械能增大， 这个能量是由这个能量是由这个能量是由这个能量是由_能转化过来的，燃料在燃烧过程中消耗了能转化过来的，燃料在燃烧过程中消耗了能转化过来的，燃料在燃烧过程中消耗了能转化过来的，燃料在燃烧过程中消耗了_能能能能（2 2）飞船完成任务后，飞船的返回舱在进入大气层时）飞船完成任务后，飞船的返回舱在进入大气层时）飞船完成任务后，飞船的返回舱在进入大气层时）飞船完成任务后，飞船的返回舱在进入大气层时与大气层发生剧烈摩擦，变成一个火球，此时是将与大气层发生剧烈摩擦，变成一个火球，此时是将与大气层发生剧烈摩擦，变成一个火球，此时是将与大气层发生剧烈摩擦，变成一个火球，此时是将_转化为转化为转化为转化为_；穿过黑障区后，迅速弹出减；穿过黑障区后，迅速弹出减；穿过黑障区后，迅速弹出减；穿过黑障区后，迅速弹出减速伞和主伞。从弹出减速伞和主伞到着陆的过程中，飞速伞和主伞。从弹出减速伞和主伞到着陆的过程中，飞速伞和主伞。从弹出减速伞和主伞到着陆的过程中，飞速伞和主伞。从弹出减速伞和主伞到着陆的过程中，飞船返回舱的动能船返回舱的动能船返回舱的动能船返回舱的动能_，势能，势能，势能，势能_。化学化学化学化学内内内内减小减小减小减小内能内能内能内能减小减小减小减小机械能机械能机械能机械能例例4 4、跳伞运动员在、跳伞运动员在“中华第一高楼中华第一高楼”上海金上海金茂大厦进行跳伞。运动员从茂大厦进行跳伞。运动员从345345米的高度跳下，下米的高度跳下，下落一段时间后打开降落伞做匀速直线运动。在整个落一段时间后打开降落伞做匀速直线运动。在整个下落过程中，运动员和降落伞的下落过程中，运动员和降落伞的 （ ）A势能不断减少，动能不断势能不断减少，动能不断增加，机械能不变增加，机械能不变B势能不断减少，动能不断势能不断减少，动能不断增加，机械能减少增加，机械能减少C势能不断减少，动能先增势能不断减少，动能先增加然后保持不变，机械能减少加然后保持不变，机械能减少D势能不断减少，动能先增势能不断减少，动能先增加后减少，机械能不变加后减少，机械能不变C模拟蹦极abd例例例例5 5、模拟、模拟、模拟、模拟“ “蹦极蹦极蹦极蹦极”的实验中。橡皮筋一端系一个小石的实验中。橡皮筋一端系一个小石的实验中。橡皮筋一端系一个小石的实验中。橡皮筋一端系一个小石块，另一端块，另一端块，另一端块，另一端固定在固定在固定在固定在a a点点点点，b b点是橡皮筋点是橡皮筋点是橡皮筋点是橡皮筋不系小石块自然下不系小石块自然下不系小石块自然下不系小石块自然下垂时垂时垂时垂时下端所在的位置，下端所在的位置，下端所在的位置，下端所在的位置，c c点是系上小石块后自然下垂下端点是系上小石块后自然下垂下端点是系上小石块后自然下垂下端点是系上小石块后自然下垂下端所在位置，所在位置，所在位置，所在位置，d d点是小石块从点是小石块从点是小石块从点是小石块从a a点自由下落所能到达的点自由下落所能到达的点自由下落所能到达的点自由下落所能到达的最低最低最低最低点点点点。在小石块从在小石块从在小石块从在小石块从a a点到点到点到点到d d点运动的过程中点运动的过程中点运动的过程中点运动的过程中(1)动能的变化是动能的变化是_，_点的动能最小。点的动能最小。_点动能最点动能最大大（2）小石块最终将）小石块最终将_，由于，由于_（3）小石块经过）小石块经过b点时，橡皮筋点时，橡皮筋_(“具有具有”或或“不具有不具有”)弹性势能，弹性势能，_点的弹性势能最大。点的弹性势能最大。先增大后减小先增大后减小先增大后减小先增大后减小a a a a、d d d d静止静止静止静止空气阻力的存在，能量损耗了空气阻力的存在，能量损耗了空气阻力的存在，能量损耗了空气阻力的存在，能量损耗了不具有不具有不具有不具有d dCc c二、内能二、内能: 1、物体内部所有分子做无规则运动的动能和分子、物体内部所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和势能的总和,也常常叫做热能也常常叫做热能.2、单位、单位；焦耳；焦耳. 3、影响物体内能的因素、影响物体内能的因素:(1)物体内部分子的热运动物体内部分子的热运动(与物体的温度对应与物体的温度对应);(2)物体内部分子间的相互作用情况物体内部分子间的相互作用情况(与物体的状态对应与物体的状态对应).当物体的温度或状态发生了改变时当物体的温度或状态发生了改变时,物体的内能就会发物体的内能就会发生变化生变化.4、改变物体内能的两种方法、改变物体内能的两种方法:做功和热传递做功和热传递.这两种方法对改变物体的内能是等效的这两种方法对改变物体的内能是等效的 5、热量：在热传递过程中、热量：在热传递过程中,传递的能量的多少传递的能量的多少(或者说或者说”物体吸收或放出的热的多少物体吸收或放出的热的多少”). 6、热传递、热传递（1）定义）定义（2）条件）条件（3）实质）实质7、燃烧值、燃烧值:1千克某种燃料完全燃烧放出的热量千克某种燃料完全燃烧放出的热量,叫做这种燃料的燃烧值叫做这种燃料的燃烧值.燃烧值的单位是焦耳燃烧值的单位是焦耳/千克千克,简称焦简称焦/千克千克.例例6：关于热量、温度和内能下列说：关于热量、温度和内能下列说法正确的是（法正确的是（ ）A.一个物体的内能增加，一定是吸收一个物体的内能增加，一定是吸收了热量；了热量； B.一个物体吸收了多少热量，具有的内一个物体吸收了多少热量，具有的内能就是多少；能就是多少； C.温度高的物体含有的热量一定比温温度高的物体含有的热量一定比温度低的物体含有的热量多度低的物体含有的热量多D.一个物体吸收的热量越多，内能的一个物体吸收的热量越多，内能的增加就越多增加就越多D内能的改变可以通过内能的改变可以通过做功做功和和热传递热传递两种方式，这里两种方式，这里也有可能是做功也有可能是做功热量是一个热量是一个过程量过程量，不能讲含不能讲含有，而是吸收或放出多少热量有，而是吸收或放出多少热量热量用来量度内能的热量用来量度内能的改变改变