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★第三章 能量的轉(zhuǎn)化與守恒
一、能量及其形式
1、能量（簡(jiǎn)稱能）的相互轉(zhuǎn)化實(shí)質(zhì)上是能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化過(guò)程。能量的轉(zhuǎn)化普遍存在，如動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，生物能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，電能轉(zhuǎn)化為光能和熱能等。一個(gè)物體能夠做的功越多，表示這個(gè)物體的能量越大。
◎雪崩時(shí)的能量轉(zhuǎn)化:　勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能 ◎人造衛(wèi)星:　太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能
◎青蛙躍起撲食的過(guò)程:化學(xué)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能和勢(shì)能 ◎膠片感光成像:　光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能
◎特技跳傘:　勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能和熱能 ◎森林火災(zāi):　化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能
◎植物生長(zhǎng):　光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 ◎水電站(工作時(shí)):　機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能
機(jī)械能(做機(jī)械運(yùn)動(dòng)的物體都具有機(jī)械能）： 動(dòng)能 和 勢(shì)能 統(tǒng)稱為機(jī)械能。
3.能量的形式：自然界中任何物體都具有能量，能量是以多種形式存在的，根據(jù)能量的特點(diǎn)大致可以分為機(jī)械能、
電磁能（可見(jiàn)光不是電磁能）、內(nèi)能、化學(xué)能（汽油、食物、木材）、光能、核能、聲能等
機(jī)械能（動(dòng)能和勢(shì)能）
分類
動(dòng)能
勢(shì)能
物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能
重力勢(shì)能：物體由于被舉高而具有的能
彈性勢(shì)能：物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能
影響
因素
物體的質(zhì)量和速度
質(zhì)量相同，速度越大物體具有的動(dòng)能越大
速度相同，質(zhì)量越大物體具有的動(dòng)能越大
物體的質(zhì)量和高度
◎質(zhì)量相同時(shí)，高度越大重力勢(shì)能越大
◎高度相同時(shí)，質(zhì)量越大的物體重力勢(shì)能越大
◎在彈性限度內(nèi)，同一物體的彈性形變?cè)酱螅鋸椥允悄茉酱?br/>注：形變的彈簧具有彈性勢(shì)能。
動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化
動(dòng)能→重力勢(shì)能
物體的速度不斷減小，高度不斷增加
重力勢(shì)能→動(dòng)能
高度減小，速度增加
動(dòng)能→彈性勢(shì)能
速度減少，彈性形變變大
彈性是能→動(dòng)能
彈性形變減少，速度增大
機(jī)械能守恒
物體通常既具有動(dòng)能，又具有勢(shì)能
當(dāng)物體只受重力和彈性力時(shí)（不受空氣阻力與摩擦?xí)r），機(jī)械能總量保持不變。即動(dòng)能減小了多少，勢(shì)能就增加多少；勢(shì)能減小了多少，動(dòng)能就增加多少。
（ ）
動(dòng)能與勢(shì)能的轉(zhuǎn)化
四、能量轉(zhuǎn)化的量度
1、功：物體具有做功的本領(lǐng)，是因?yàn)樗哂心堋Ｗ龉Φ倪^(guò)程實(shí)質(zhì)上能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程，力對(duì)物體做多少的功，就
有多少的能量發(fā)生轉(zhuǎn)移。
定義
物體受到力的作用，并且在這個(gè)力的方向上通過(guò)了一段距離，我們就說(shuō)這個(gè)力對(duì)物體做了功，簡(jiǎn)稱做功
兩個(gè)必要因素
一個(gè)是作用在物體上的 力 ，另一個(gè)是物體在力的方向上移動(dòng)的距離 。
計(jì)算公式
功等于力跟物體在力的方向上通過(guò)的距離的乘積 功=力×距離 W=Fs=Pt或W＝Gh
單位
國(guó)際單位：焦耳 簡(jiǎn)稱：焦 1焦=1牛·米
（意義:1N的力使物體在力的方向上通過(guò)1m的距離，做了1J的功）
做功的實(shí)質(zhì)
做功的過(guò)程伴隨著能量的轉(zhuǎn)化，做了多少功就有多少能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化，即功是能量轉(zhuǎn)化的量度兩者單位都是焦耳
【注】:①物體受到的力和物體移動(dòng)的距離需具備同時(shí)性，同向性，同體性（F和S必須是同時(shí)作用在同一物體上（同一時(shí)間內(nèi)所作用的力和移動(dòng)的距離））
②力做功也常說(shuō)成物體做功 例:人的推力對(duì)小車做功，也可以說(shuō)成人對(duì)小車做功
③物體不做功的三種情況
（1）物體沒(méi)有受到力的作用，只是由于慣性而通過(guò)一段距離（缺力有距離）
（2）物體雖然受到了力的作用，但靜止不動(dòng)（有力缺距離）
（3）物體受到了力的作用，同時(shí)也通過(guò)了一段距離，但是該力的方向與物體移動(dòng)距離的方向垂直（有力
有距離，但距離與力的方向垂直）
　　　　　討論：塔式起重機(jī)下掛重物，當(dāng)重物靜止不動(dòng)，勻速向上運(yùn)動(dòng)、沿水平方向勻速移動(dòng)三種情形中，鋼
　　　　　　　　索的拉力是否做功。說(shuō)明：做功時(shí)兩個(gè)必要因素缺一不可。
　　　④物體做功的多少，只與F和S有關(guān)，而與物體的質(zhì)量、物體具體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（是而勻速、變速）無(wú)關(guān)，
　　　　與是否受摩擦（即物體表面是否粗糙）等因素也無(wú)關(guān)。
2.功率（是平均功率，不是某一時(shí)刻的功率）
定義
單位時(shí)間里完成的功叫功率，反映物體做功快慢的物理量
計(jì)算公式
功率=功/時(shí)間 P=W/t P=Fv （v=S/t）
單位
國(guó)際單位：瓦特；簡(jiǎn)稱：瓦 符號(hào)：W 常用單位還有：千瓦、兆瓦
1千瓦=1000瓦 1兆瓦=1000千瓦=106瓦
【注】：功率大小是由W與t共同決定的，做功多的物體不一定功率大。利用其變形公式P= Fν可以用來(lái)解釋為什么汽車上坡時(shí)要減速而加大油門(mén)，其解釋為：當(dāng)P一定時(shí)， F與ν成反比，汽車上坡時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的功率一定，司機(jī)采用降低速度的方法來(lái)獲得較大的牽引力的緣故。
★五、簡(jiǎn)單機(jī)械
1.杠桿
定義
在 力 的作用下能繞 固定點(diǎn) 轉(zhuǎn)動(dòng)的硬棒叫做杠桿
五個(gè)要素
支點(diǎn):使杠桿繞著轉(zhuǎn)動(dòng)的固定點(diǎn)　　動(dòng)力: 使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力 　 阻力: 阻礙杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力
動(dòng)力臂: 從支點(diǎn)到動(dòng)力作用線的垂直距離 阻力臂: 從支點(diǎn)到阻力作用線的垂直距離
杠桿平衡
指杠桿保持 靜止 狀態(tài)或 勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 狀態(tài)，我們?cè)谧鲅芯扛軛U的平衡條件的實(shí)驗(yàn)時(shí)，是指杠桿的處于 水平位置 平衡。
文字公式：動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂 ，符號(hào)公式： F1×L1=F2×L2
分類
L1＞L2時(shí)，叫 省力 杠桿，其特點(diǎn)是省了力,但費(fèi)了 距離 。如開(kāi) 開(kāi)瓶器 、 鍘刀 、 老虎鉗 等
L1＜L2時(shí)，叫 費(fèi)力 杠桿，其特點(diǎn)是費(fèi)了力,但省了 距離 。如 釣魚(yú)竿 、 筷子 、 鑷子 、縫紉機(jī)腳踏板 等。
L1=L2時(shí)，叫等臂 杠桿，其特點(diǎn)是不省力也不費(fèi)力，不省距離也不費(fèi)距離。如 天平 、 定滑輪 等
實(shí)際應(yīng)用的杠桿形狀是各異的，可以是 直 的，也可以是 彎 的
注：力的作用線：通過(guò)力的作用點(diǎn)，沿力的方向所畫(huà)的直線
　　力臂是支點(diǎn)到力的作用線的距離。
杠桿示意圖
★指甲刀中的杠桿：如圖所示是一個(gè)指甲刀的示意圖，它由三個(gè)杠桿ABC、OBD和OED組成。
①?分析杠桿ABC的受力，并畫(huà)出示意圖：從圖中可以看出：動(dòng)力臂大于阻力臂，因此，杠桿ABC為省力杠桿；
②?使用指甲刀剪指甲時(shí)，杠桿OBD在B點(diǎn)受到向下的壓力F1，在D點(diǎn)受到阻力F2，其支點(diǎn)為O點(diǎn)。分析杠桿
　OBD的受力，并畫(huà)出示意圖：從圖中可以看出：動(dòng)力臂小于阻力臂，因此，杠桿OBD為費(fèi)力杠桿。
③?使用指甲刀剪指甲時(shí)，杠桿OED在E點(diǎn)受到活動(dòng)柱對(duì)其向上的拉力F1，在D點(diǎn)受到阻力F2，其支點(diǎn)為O點(diǎn)。
　分析杠桿OED的受力，并畫(huà)出示意圖：從圖中可以看出：動(dòng)力臂小于阻力臂，因此，杠桿OED也為費(fèi)力杠桿。
2.探究杠桿平衡（杠桿在動(dòng)力和阻力的作用下，保持靜止或繞支點(diǎn)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)狀
　態(tài)）的條件
器材檢查：用一根帶有刻度的均質(zhì)木尺作為杠桿，用鉤碼的拉力來(lái)代替人的作用力，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。
　　2．實(shí)驗(yàn)操作步驟。
（1）如圖，將杠桿的支點(diǎn)支在支架上，調(diào)節(jié)杠桿兩端的螺母，使杠桿在水平位置處于平衡狀態(tài)。
思考：為什么杠桿要處于水平位置平衡?
傾斜狀態(tài)時(shí)力臂比杠桿上的刻度小，杠桿靜止時(shí)在水平位置，可以直接在杠桿上讀出力臂的數(shù)值。
（2）在杠桿的兩邊分別掛上不同數(shù)量的鉤碼，在杠桿上左右移動(dòng)懸掛的位置，直到杠桿再次達(dá)到水平位置處于平衡狀態(tài)。多次實(shí)驗(yàn)，得出普遍結(jié)論。
思考并回答：杠桿兩邊受到的力等于鉤碼受到的重力。把左邊鉤碼對(duì)杠桿的作用力叫動(dòng)力Fl，右邊鉤碼對(duì)杠桿的作用力叫阻力F2，填人表格。
　　動(dòng)力與動(dòng)力臂的乘積等于阻力與阻力臂的乘積，即動(dòng)力×動(dòng)力臂 = 阻力×阻力臂。
若用符號(hào)表示可寫(xiě)成：F1×L1= F2×L2　　或　　，即。　若，則。
杠桿上的動(dòng)力臂是阻力臂的幾倍，動(dòng)力就是阻力的幾分之一。
【補(bǔ)充】：
杠桿的應(yīng)用
類型
力、力臂的關(guān)系
特點(diǎn)
應(yīng)用
省力杠桿
F1＜F2
l1＞l2
省力但費(fèi)距離
鍘刀、瓶蓋起子、手推車、鋼絲鉗
費(fèi)力杠桿
F1＞F2
l1＜l2
費(fèi)力但省距離
釣魚(yú)竿、鑷子、筷子、理發(fā)剪刀、縫紉機(jī)腳踏板
等臂杠桿
F1＝F2
l1＝l2
既不省力也不省距離，既不費(fèi)力也不費(fèi)距離
天平
４．怎樣使用杠桿最省力
根據(jù)杠桿的平衡條件：F1×L1= F2×L2　可以看出：當(dāng)作用在杠桿上的阻力Ｆ２和阻力臂Ｌ２一定時(shí)，動(dòng)力臂Ｌ１越長(zhǎng)，使杠桿平衡所用動(dòng)力Ｆ１越小，也就是說(shuō)當(dāng)動(dòng)力臂最長(zhǎng)時(shí)用的動(dòng)力就最小。
為了使動(dòng)力臂最長(zhǎng)，施加的動(dòng)力必須具備兩個(gè)條件：
動(dòng)力的作用點(diǎn)在杠桿上距支點(diǎn)最遠(yuǎn)處；
　　（2）動(dòng)力方向應(yīng)垂直于支點(diǎn)和動(dòng)力作用點(diǎn)的連線。如圖１和圖２所示時(shí)作用在杠桿上的動(dòng)力是最小的。

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