7能量与生活.ppt

1、2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,1,7.能量與生活,物理學最早發展出來的部分是力學，除了以力來解釋運動現象外，物理學家發現，還可用另外一種觀點-能量-來描述。 例如：水受重力往下流、水由高處往低處流,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,2,7-1動能、位能與力學能守恆 （示範實驗：力學能的轉換與守恆） 7-2能量的形式與轉換 7-3核分裂、核能發電與輻射安全 7-4替代能源 7-5能源的有效利用與節約,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,3,7-1動能、位能與力學能守恆,一、功 二、動能 三、位能 四、力學能守恆定律,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,4,

2、一、功（1）,遠在四千多年前埃及造金字塔時，就知道搬動一重石塊至垂直高處代表著工作量的難度或大小。 同時他們也知道欲將10公噸的巨石直接垂直向上提起1公尺，非常不易；但若沿著傾斜面，將重石塊移至1公尺高處，則可花費較少的力。,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,5,圖7-1使質量為10公噸的物體向上移動1公尺，可用(A)(B)兩種方法來達成。,一、功（2）,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,6,一、功（3）,若將拖繩透過滑輪在另一邊掛著相同的重物，則在圖7-1(A)狀況下的工作量大小可以右邊重物的重量，乘上向下移動的距離來表示。 即 工作量=10 ton1m=10 ton-w

3、m 在圖7-1(B)中，右邊僅需使用5 ton-w的物體，但向下移動2m後，可完成相同的工作量 工作量=5 ton-w 2m=10 ton-w m 而右邊重物的重量，也就等於使左邊石塊移動所需力，於是我們可定義施力對物體所作的工作量或功（work）。,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,7,功的定義,功施力物體沿力方向移動的距離（7.3） 其單位為N-m，或稱作J。 將此觀念推廣，可定義任意力對物體所作的功為 功力物體沿力方向移動之位移 或 WFS （7.4） 其中S為沿力F方向之位移。,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,8,Q.一人以40牛頓的水平力，作用在光滑平面上質量1

4、0公斤的木塊，當木塊移動10公尺時，此人對木塊作功多少焦耳？,3920 980 400 450,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,9,Q.一個學生被罰舉木椅，木椅保持不動，則學生對木椅,所作之功隨時間增加 所作之功隨時間而減少 所作之功與木椅的重量成正比 所作之功與時間及質量成正比 所作之功保持不變,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,10,Q.某人將質量為2kg的手提箱由地面等速提至高度為0.5m後，沿水平面緩慢行走10m。設行走時手提箱維持在離地0.5m的高度，則此人對手提箱總共作功若干焦耳？,0 1 9.8 196 205.8,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理

5、,11,Q.一登山家，體重和裝備質量之總和為80kgw，爬上海拔1000m之大屯山，則此人至少作功多少J？（1kgw9.8N）,80000 81630 784000 125000,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,12,Q.下面哪一個單位不能代表功？,牛頓-公尺 公斤重-公尺 牛頓-公分 公斤-公尺秒 公斤-公尺2秒2,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,13,Q.一枚人造衛星受引力F繞地球作圓周運動，軌道半徑為r，今繞半圈，引力對衛星作功為何？。,Fr 2Fr 0 Fr,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,14,Q.蜘蛛人以105N的力阻止失控的電車前進，電車終於在

6、100公尺後停下，則蜘蛛人對電車所作功為何？,107J 0J -107J,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,15,Q.蜘蛛人以105N的力阻止失控的電車前進，電車終於在100公尺後停下，則電車對蜘蛛人所作功為何？,107J 0J -107J,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,16,Q.以10牛頓的力作用於某物體上，使該物體沿著水平面直線位移5公尺，若此力與水平面成60夾角，則此力所作的功為若干焦耳？,50 253 25 103 10,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,17,二、動能（1）,除了施加外力可對物體直接作功外，一個運動的物體也可達到作功的效果。例如，在平

7、地上擺放一紙箱，以黏土朝紙箱投擲，黏土撞到紙箱後，可將紙箱迅速向前推動一段距離，表示運動中的黏土對紙箱作了功（圖7-2）。,圖7-2將黏土投向紙箱後，紙箱會向前移動，代表黏土可對紙箱作功。,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,18,二、動能（2）,具有質量的物體，若有速度時，便可以作功。 由於質量愈大，會使紙箱移動愈多距離；而兩個質量相同的黏土，速率愈大的，可使紙箱移動更多距離。 物理學家便引入新物理量，定義為物體的運動能量（Kinetic energy），簡稱動能，即 動能= mv2或K= mv2 （7.5） 動能的單位與功的單位相同，為焦耳=牛頓-公尺=公斤-公尺2/秒2,2006

8、/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,19,功能定理,因為原來運動的黏土最後變成靜止，它所消失的部分能量，轉換成對紙箱所作的功（W0） ，因此可以說： 所作的功（W）=所消失的動能（K） （7.6）功能定理 （W=K=（Kf-Ki）0）,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,20,Q.物體質量不變，速率變為原來的n倍，則動能變為原來的,n倍 n/2 倍 n2/2 倍 n2倍,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,21,Q.一球在一高處拋出，何者著地瞬間動能最小？,向上拋 向下拋 自由落下,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,22,Q.由V-t圖可知物體動能最大值在何處?,A

9、B C D,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,23,Q.由V-t圖可知質量1kg物體動在10s內的動能變化量?,100J 50J 0J -50J -100J,V,t,10m/s,-10m/s,0s,5s,10s,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,24,Q.棒球達人阿民將質量為0.2kg之球，以180km/hr之速度投出，球動能為若干？,1000J 750J 500J 250J 125J,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,25,三、位能,在高處位置的重物，因有 潛在的作功能力，而可稱 此物體具有潛在能量 （potential energy）或 位能。 由重力所作的功

10、可看出， 質量愈大的物體，所作的功愈大；兩個相同質量的物體，位置愈高者，所作的功愈大。 重力對物體所作的功重力物體沿著重力方向移動的距離mgh（7.7）,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,26,位能的定義,定義質量m，在地面高處h物體的潛在能量為位能=mgh或U=mgh （7.8） 位能的單位與功的單位相同，均為J=Nm 因為原來在高處具有位能的重物，抵達地面時，位能為0，它所消失的位能，轉換成重力對此重物所作的功（W0） ，因此 所作的功（W）=所消失的位能（U）（7.9）功能定理 （W=U=（Uf-Ui）0）,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,27,Q.每層樓高4m，若

11、3F物理教室地板上有1kg的砝碼，則此砝碼重力位能為何？,0J 40J 80J 120J 無法計算,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,28,Q.每層樓高4m，若3F物理教室地板上有1kg的砝碼，則將此砝碼慢慢提高1m重力作功為何？,-90J -10J 0J 10J 90J,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,29,Q.每層樓高4m，若3F物理教室地板上有1kg的砝碼，則將此砝碼慢慢提高1m重力位能增加為何？,-90J -10J 0J 10J 90,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,30,Q.有A、B兩質子，今將A固定，而使B由遠處接近A，則B的電位能,增加 減少 不

12、變 和電子與正子相接近時變化相同 無法估計 和地球與太陽接近時相似,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,31,四、力學能守恆定律（1）,若質量m的物體自高處靜止釋放，則重力將對此物體作功。 因物體速度愈來愈快，動能會逐漸增加；並因物體愈來愈低，位能會逐漸減少。利用功能定理式（7.6），所轉化增加的動能（W=K0）等於重力對物體所作的功（W）；而由式（7.9），所轉化減少的位能（-W=U0）等於重力對物體所作的功（W）。此兩等式可合併寫成K=W=-U （7.10）,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,32,四、力學能守恆定律（2）,K=W=-U （7.10） K+U=0 Kf-K

13、i+ Uf-Ui =（Kf+ Uf）-（Ki+Ui）=0（7.10a） 動能與位能和可將它們倆合稱為力學能 E,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,33,四、力學能守恆定律（3）,力學能 E=K+U（7.11） （7.10a）Ef-Ei=0 Ef = Ei mvf2 + mghf = mvi2 + mghi = 不變量 只受重力作用下的任何物體，不論處於何處，其力學能皆維持一定值，稱為力學能守恆。,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,34,Q.一質量4kg之物體，在水平光滑地面以10m/s等速滑行100m，則外力對物體所作之功為,0J 200J 100J 400J 3920J,

14、2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,35,Q.位能為100焦耳的物體由靜止自由落下，當下降至原來高度的一半時,動能為100焦耳 位能為100焦耳 力學能為100焦耳 動能為位能的一半,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,36,Q. A、B兩小球質量相同，同時自地面向上拋起，若A球的初速度為B球的3倍，A球所達的高度為H，則B球所達的高度為,3H 9H H/3 H/9,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,37,Q.下列敘述，何者正確？,地球對物體作功時，該物重力位能不變 單擺左右振盪時，地心引力所作的功為零 拋出一石，則石子在空中動能先增後減 升旗時，人對旗子作功，故旗子之重力位能增加,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,38,Q.下列敘述，何者正確？,小球由斜面滾下時，動能減少、位能增大 氣球在空中等速上升，符合力學能守恆定律 力學能包含動能及熱能 盪鞦韆時，在最高點沒有動能,2006/12,國立苑裡高中 高一基礎物理,39,Q.一塊小石頭被拋到空中，然後落地。對此過程中力學能