基础物理(一)能量能量7-1力学能的形式与转换(一)功.DOC

第七章 能量 7-1 力學能的形式與轉換 (一)功： 定義： 若物體受力F，而沿此力方向的位移為S，則F與S的乘積即為F對物體所作之功。 外力克服慣性、重力、彈力、摩擦力等而使物體運動，則該力對物體作了功。 功＝沿運動方向的有效分力x物體在施力期間移動的距離。 公式： 功=力×沿力方向的位移 W =F×S 物體受力(F)與物體位移(S)方向相同時，則F對物體作功W＝FXS。 物體受力(F)與物體位移(S)方向不同時，則F對物體作功W＝F//XS。 (F//為F的水平分力) 單位： 物理量 力 位移 功 代號 F S W 重力單位 CGS制 gw cm gw-cm MKS制 kgw m kgw-m 絕對單位 MKS制 註 1 kgw=9.8N 1kgwm = 9.8 N?m= 9.8 J 1J＝1Nm＝1kg1m／s21m＝1kgm2／s2 特性： 功沒有方向牲，但有正功和負功之分。 正功： 當外力方向與物體的移動方向相同時，外力對物體所作的功為正功(為正值)，物體的能量會增加。 力與位移的夾角小於90°，功為正值。 負功： 當外力方向與物體的移動方向相反時，外力對物體所作的功為負功(為負值)，物體的能量會減少。 力與位移夾角大於90°，功為負值。 兩固體接觸面互相滑動時，動摩擦力與位移方向相反，故動摩擦力作負功。 不作功的情形： 力＝0運動距離＝0，外力F的方向與位移S方向互相垂直時，作功為零。 手推牆而牆不動。 作等速率圓周運動的物體，向心力垂直於位移方向，向心力不作功，物體速率(動能)不變。 手提重物在水平方向前進，此時手向上施力，但位移水平移動，施力對重物不作功；重力對重物也不作功。 圓周運動的向心力(Fc)與位移垂直，所以向心力不對物體作功。 作功大小和使用的機械無關：各種機械作功皆相同。和經歷時間長短無關：時間僅和功率有關。 力和位移的方向平行 力和位移的方向不平行 方向相同 方向相反 夾角90° 夾角90° 夾角＝90° W＝FS W＝－FS W＝FScosθ W＝FScosθ W＝0 施力作正功 施力作負功 施力作正功 施力作負功 施力不作功 幫助運動 阻止運動 幫助運動 阻止運動 改變運動方向 動能增加 動能減少 動能增加 動能減少 動能不變 能(Energy，E)： 作功的能力稱為「能」，單位為焦耳，與功的單位相同。 作功就是能量由一物體傅遞到另一物體的過程。 力對物體所作的功可以轉變為動能、重力位能、彈力位能、熱能等。 動能(Kinetic Energy，EK)： 定義： 物體只要具有速率，便具有動能。 物體因為運動所具有的能量，即稱為動能。 公式：物體的動能=×物體質量×(速率)2 動能(Ek)：焦耳(J) 質量(m)：公斤(kg) 速率(v)：公尺／秒(m／s) 性質： 同一物體，其動能的大小和運動方向無關。 不論物體運動方向朝左﹑朝右﹑或作圓周運動，只要速率相同，動能皆相同。 物體只要質量愈大，速率愈快，所具有的動能便愈大。 功和動能的變化： 外力作正功時，幫助物體運動，使物體速度增加， 因此動能增加。 外力作負功時，阻止物體運動，使物體速度減慢， 因此動能減少。 功能原理： 力對物體作正功=物體增加的動能。 力對物體作負功=物體減少的動能。  又   作用於物體上的合力對物體所作的功，必等於物體動能的變化量。 合力對物體所作的功為正值，物體的動能增加，速率變快。 合力對物體所作的功為負值，物體的動能減少，速率變慢。 降落傘張開時，下墜速率變慢，此時合力對人作功為負值(合力向上)，人的動能減少。 (三)重力位能： 外力對物體的效應： 外力對物體施力作功時，有時使物體的速率增加 ( 動能增加。 有時使物體的高度增加 ( 位能增加。 位能的定義： 物體只要具有高度，則必定具有位能。 位能的大小和物體的高度有關，位置愈高，位能愈大。 位置的高低和基準面的決定有關，此基準面稱為零位面。 公式： 重力位能 ＝ 物體質量重力加速度距零位面的高度 　　　 U = mgh 　 註：物體所具有的位能不是定值，而是由零位面來決定。 單位： U：位能(焦耳)；  m：質量(公斤)； g：重力加速度(公尺／秒2)； h：距地高度(公尺) 重力位能的性質：