人教版第十五章   功和機械能 復習提綱  

　　一、功

 　1．力學里的功包括兩個必要因素：一是作用在物體上的力；二是物體在力的方向上通過的距離。

 　　2．不做功的三種情況：有力無距離、有距離無力、力和距離垂直。

 　　鞏固：☆某同學踢足球，球離腳后飛出10m遠，足球飛出10m的過程中人不做功。（原因是足球靠慣性飛出）。

 　　3．力學里規(guī)定：功等于力跟物體在力的方向上通過的距離的乘積。公式：W=FS。

 　　4．功的單位：焦耳，1J=1N·m。把一個雞蛋舉高1m，做的功大約是0．5J。

 　　5．應用功的公式注意：①分清哪個力對物體做功，計算時F就是這個力；②公式中S一定是在力的方向上通過的距離，強調(diào)對應。③功的單位“焦”（�！っ�=焦），不要和力和力臂的乘積（�！っ�，不能寫成“焦”）單位搞混。

 　　二、功的原理

 　　1．內(nèi)容：使用機械時，人們所做的功，都不會少于直接用手所做的功；即：使用任何機械都不省功。

 　　2．說明：（請注意理想情況功的原理可以如何表述？）

 　　①功的原理是一個普遍的結論，對于任何機械都適用。

 　�、诠Φ脑�理告訴我們：使用機械要省力必須費距離，要省距離必須費力，既省力又省距離的機械是沒有的。

 　�、凼褂脵C械雖然不能省功，但人類仍然使用，是因為使用機械或者可以省力、或者可以省距離、也可以改變力的方向，給人類工作帶來很多方便。

 　　④我們做題遇到的多是理想機械（忽略摩擦和機械本身的重力）理想機械：使用機械時，人們所做的功（FS）=直接用手對重物所做的功（Gh）。

 　　3．應用：斜面

 　�、倮硐胄泵妫盒泵婀饣�；

 　�、诶硐胄泵孀駨墓Φ脑�理；

 　�、劾硐胄泵婀�式：FL=Gh，其中：F：沿斜面方向的推力；L：斜面長；G：物重；h：斜面高度。

 　　如果斜面與物體間的摩擦為f，則：FL=fL+Gh；這樣F做功就大于直接對物體做功Gh。

 　　三、機械效率

 　　1．有用功：定義：對人們有用的功。

 　　公式：W_有用＝Gh（提升重物）=W_總－W_額=ηW_總         斜面：W_有用=Gh

 　　2．額外功：定義：并非我們需要但又不得不做的功。

 　　公式：W_額=W_總－W_有用=G_動h（忽略輪軸摩擦的動滑輪、滑輪組） 　　斜面：W_額=fL

 　　3．總功：定義：有用功加額外功或動力所做的功

 　　公式：W_總=W_有用＋W_額=FS= W_有用／η       斜面：W_總= fL+Gh=FL

 　　4．機械效率：①定義：有用功跟總功的比值。

 　�、诠�式： 

 　　斜 面：                     定滑輪：

 　　動滑輪：        滑輪組：

 　�、塾杏霉�總小于總功，所以機械效率總小于1。通常用百分數(shù)表示。某滑輪機械效率為60%表示有用功占總功的60%。

 　�、芴岣邫C械效率的方法：減小機械自重、減小機件間的摩擦。

 　　5．機械效率的測量：

 　�、僭�理：

 　　②應測物理量：鉤碼重力G、鉤碼提升的高度h、拉力F、繩的自由端移動的距離S。

 　�、燮鞑模撼�鉤碼、鐵架臺、滑輪、細線外還需刻度尺、彈簧測力計。

 　　④步驟：必須勻速拉動彈簧測力計使鉤碼升高，目的：保證測力計示數(shù)大小不變。

 　�、萁Y論：影響滑輪組機械效率高低的主要因素有：

 　　A、動滑輪越重，個數(shù)越多則額外功相對就多。

 　　B、提升重物越重，做的有用功相對就多。

 　　C、摩擦，若各種摩擦越大做的額外功就多。

 　　繞線方法和重物提升高度不影響滑輪機械效率。

 　　四、功率

 　　1．定義：單位時間里完成的功。

 　　2．物理意義：表示做功快慢的物理量。

 　　3．公式：

 　　4．單位：主單位W；常用單位kW mW 馬力。

 　　換算：1kW=10³W?1mW=10⁶ W?1馬力=735W。

 　　某小轎車功率66kW，它表示：小轎車1s內(nèi)做功66000J。

 　　5．機械效率和功率的區(qū)別：

 　　功率和機械效率是兩個不同的概念。功率表示做功的快慢，即單位時間內(nèi)完成的功；機械效率表示機械做功的效率，即所做的總功中有多大比例的有用功。

 　　五、機械能

 　�。ㄒ唬﹦幽芎蛣菽�

 　　1．能量：一個物體能夠做功，我們就說這個物體具有能。

 　　理解：①能量表示物體做功本領大小的物理量；能量可以用能夠做功的多少來衡量。

 　�、谝粋�物體“能夠做功”并不是一定“要做功”也不是“正在做功”或“已經(jīng)做功”。如：山上靜止的石頭具有能量，但它沒有做功。也不一定要做功。

 　　2．知識結構：

 　　3．探究決定動能大小的因素：

 　�、俨孪耄簞幽艽笮∨c物體質量和速度有關。

 　　實驗研究：研究對象：小鋼球  方法：控制變量。

 　　·如何判斷動能大�。嚎葱′撉蚰芡苿幽緣K做功的多少。

 　　·如何控制速度不變：使鋼球從同一高度滾下，則到達斜面底端時速度大小相同。

 　　·如何改變鋼球速度：使鋼球從不同高度滾下。

 　�、鄯治鰵w納：保持鋼球質量不變時結論：運動物體質量相同時；速度越大動能越大。

 　　保持鋼球速度不變時結論：運動物體速度相同時；質量越大動能越大；

 　�、艿贸鼋Y論：物體動能與質量和速度有關；速度越大動能越大，質量越大動能也越大。

 　　練習：☆上表中給出了一頭牛漫步行走和一名中學生百米賽跑時的一些數(shù)據(jù)：分析數(shù)據(jù)，可以看出對物體動能大小影響較大的是速度。你判斷的依據(jù)：人的質量約為牛的1/12，而速度約為牛的12倍，此時動能為牛的12倍，說明速度對動能影響大。

4．機械能：動能和勢能統(tǒng)稱為機械能。

　　理解：①有動能的物體具有機械能；②有勢能的物體具有機械能；③同時具有動能和勢能的物體具有機械能。

　　（二）動能和勢能的轉化

　　1．知識結構：

　　2．動能和重力勢能間的轉化規(guī)律：

　�、儋|量一定的物體，如果加速下降，則動能增大，重力勢能減小，重力勢能轉化為動能。

　�、谫|量一定的物體，如果減速上升，則動能減小，重力勢能增大，動能轉化為重力勢能。

　　3．動能與彈性勢能間的轉化規(guī)律：

 　�、偃绻�一個物體的動能減小，而另一個物體的彈性勢能增大，則動能轉化為彈性勢能。

 　�、谌绻�一個物體的動能增大，而另一個物體的彈性勢能減小，則彈性勢能轉化為動能。

 　　4．動能與勢能轉化問題的分析：

 　　⑴首先分析決定動能大小的因素，決定重力勢能（或彈性勢能）大小的因素──看動能和重力勢能（或彈性勢能）如何變化。

 　�、七�要注意動能和勢能相互轉化過程中的能量損失和增大──如果除重力和彈力外沒有其他外力做功（即：沒有其他形式能量補充或沒有能量損失），則動能勢能轉化過程中機械能不變。

 　�、穷}中如果有“在光滑斜面上滑動”則“光滑”表示沒有能量損失──機械能守恒；“斜面上勻速下滑”表示有能量損失──機械能不守恒。

　　（三）水能和風能的利用

 　　1．知識結構：

 　　2．水電站的工作原理：利用高處的水落下時把重力勢能轉化為動能，水的一部分動能轉移到水輪機，利用水輪機帶動發(fā)電機把機械能轉化為電能。

 　　練習：☆水電站修筑攔河大壩的目的是什么？大壩為什么要設計成上窄下寬？

 　　答：水電站修筑攔河大壩是為了提高水位，增大水的重力勢能，水下落時能轉化為更多的動能，通過發(fā)電機就能轉化為更多的電能。

人教版第十五章   功和機械能 復習提綱  

　　一、功

 　1．力學里的功包括兩個必要因素：一是作用在物體上的力；二是物體在力的方向上通過的距離。

 　　2．不做功的三種情況：有力無距離、有距離無力、力和距離垂直。

 　　鞏固：☆某同學踢足球，球離腳后飛出10m遠，足球飛出10m的過程中人不做功。（原因是足球靠慣性飛出）。

 　　3．力學里規(guī)定：功等于力跟物體在力的方向上通過的距離的乘積。公式：W=FS。

 　　4．功的單位：焦耳，1J=1N·m。把一個雞蛋舉高1m，做的功大約是0．5J。

 　　5．應用功的公式注意：①分清哪個力對物體做功，計算時F就是這個力；②公式中S一定是在力的方向上通過的距離，強調(diào)對應。③功的單位“焦”（�！っ�=焦），不要和力和力臂的乘積（�！っ�，不能寫成“焦”）單位搞混。

 　　二、功的原理

 　　1．內(nèi)容：使用機械時，人們所做的功，都不會少于直接用手所做的功；即：使用任何機械都不省功。

 　　2．說明：（請注意理想情況功的原理可以如何表述？）

 　�、俟Φ脑�理是一個普遍的結論，對于任何機械都適用。

 　�、诠Φ脑�理告訴我們：使用機械要省力必須費距離，要省距離必須費力，既省力又省距離的機械是沒有的。

 　�、凼褂脵C械雖然不能省功，但人類仍然使用，是因為使用機械或者可以省力、或者可以省距離、也可以改變力的方向，給人類工作帶來很多方便。

 　�、芪覀冏鲱}遇到的多是理想機械（忽略摩擦和機械本身的重力）理想機械：使用機械時，人們所做的功（FS）=直接用手對重物所做的功（Gh）。

 　　3．應用：斜面

 　�、倮硐胄泵妫盒泵婀饣�；

 　�、诶硐胄泵孀駨墓Φ脑�理；

 　�、劾硐胄泵婀�式：FL=Gh，其中：F：沿斜面方向的推力；L：斜面長；G：物重；h：斜面高度。

 　　如果斜面與物體間的摩擦為f，則：FL=fL+Gh；這樣F做功就大于直接對物體做功Gh。

 　　三、機械效率

 　　1．有用功：定義：對人們有用的功。

 　　公式：W_有用＝Gh（提升重物）=W_總－W_額=ηW_總         斜面：W_有用=Gh

 　　2．額外功：定義：并非我們需要但又不得不做的功。

 　　公式：W_額=W_總－W_有用=G_動h（忽略輪軸摩擦的動滑輪、滑輪組） 　　斜面：W_額=fL

 　　3．總功：定義：有用功加額外功或動力所做的功

 　　公式：W_總=W_有用＋W_額=FS= W_有用／η       斜面：W_總= fL+Gh=FL

 　　4．機械效率：①定義：有用功跟總功的比值。

 　�、诠�式： 

 　　斜 面：                     定滑輪：

 　　動滑輪：        滑輪組：

 　�、塾杏霉�總小于總功，所以機械效率總小于1。通常用百分數(shù)表示。某滑輪機械效率為60%表示有用功占總功的60%。

 　�、芴岣邫C械效率的方法：減小機械自重、減小機件間的摩擦。

 　　5．機械效率的測量：

 　�、僭�理：

 　　②應測物理量：鉤碼重力G、鉤碼提升的高度h、拉力F、繩的自由端移動的距離S。

 　　③器材：除鉤碼、鐵架臺、滑輪、細線外還需刻度尺、彈簧測力計。

 　�、懿襟E：必須勻速拉動彈簧測力計使鉤碼升高，目的：保證測力計示數(shù)大小不變。

 　�、萁Y論：影響滑輪組機械效率高低的主要因素有：

 　　A、動滑輪越重，個數(shù)越多則額外功相對就多。

 　　B、提升重物越重，做的有用功相對就多。

 　　C、摩擦，若各種摩擦越大做的額外功就多。

 　　繞線方法和重物提升高度不影響滑輪機械效率。

 　　四、功率

 　　1．定義：單位時間里完成的功。

 　　2．物理意義：表示做功快慢的物理量。

 　　3．公式：

 　　4．單位：主單位W；常用單位kW mW 馬力。

 　　換算：1kW=10³W?1mW=10⁶ W?1馬力=735W。

 　　某小轎車功率66kW，它表示：小轎車1s內(nèi)做功66000J。

 　　5．機械效率和功率的區(qū)別：

 　　功率和機械效率是兩個不同的概念。功率表示做功的快慢，即單位時間內(nèi)完成的功；機械效率表示機械做功的效率，即所做的總功中有多大比例的有用功。

 　　五、機械能

 　�。ㄒ唬﹦幽芎蛣菽�

 　　1．能量：一個物體能夠做功，我們就說這個物體具有能。

 　　理解：①能量表示物體做功本領大小的物理量；能量可以用能夠做功的多少來衡量。

 　�、谝粋�物體“能夠做功”并不是一定“要做功”也不是“正在做功”或“已經(jīng)做功”。如：山上靜止的石頭具有能量，但它沒有做功。也不一定要做功。

 　　2．知識結構：

 　　3．探究決定動能大小的因素：

 　�、俨孪耄簞幽艽笮∨c物體質量和速度有關。

 　　實驗研究：研究對象：小鋼球  方法：控制變量。

 　　·如何判斷動能大�。嚎葱′撉蚰芡苿幽緣K做功的多少。

 　　·如何控制速度不變：使鋼球從同一高度滾下，則到達斜面底端時速度大小相同。

 　　·如何改變鋼球速度：使鋼球從不同高度滾下。

 　　③分析歸納：保持鋼球質量不變時結論：運動物體質量相同時；速度越大動能越大。

 　　保持鋼球速度不變時結論：運動物體速度相同時；質量越大動能越大；

 　�、艿贸鼋Y論：物體動能與質量和速度有關；速度越大動能越大，質量越大動能也越大。

 　　練習：☆上表中給出了一頭牛漫步行走和一名中學生百米賽跑時的一些數(shù)據(jù)：分析數(shù)據(jù)，可以看出對物體動能大小影響較大的是速度。你判斷的依據(jù)：人的質量約為牛的1/12，而速度約為牛的12倍，此時動能為牛的12倍，說明速度對動能影響大。

4．機械能：動能和勢能統(tǒng)稱為機械能。

　　理解：①有動能的物體具有機械能；②有勢能的物體具有機械能；③同時具有動能和勢能的物體具有機械能。

　�。ǘ�）動能和勢能的轉化

　　1．知識結構：

　　2．動能和重力勢能間的轉化規(guī)律：

　　①質量一定的物體，如果加速下降，則動能增大，重力勢能減小，重力勢能轉化為動能。

　　②質量一定的物體，如果減速上升，則動能減小，重力勢能增大，動能轉化為重力勢能。

　　3．動能與彈性勢能間的轉化規(guī)律：

 　　①如果一個物體的動能減小，而另一個物體的彈性勢能增大，則動能轉化為彈性勢能。

 　　②如果一個物體的動能增大，而另一個物體的彈性勢能減小，則彈性勢能轉化為動能。

 　　4．動能與勢能轉化問題的分析：

 　�、攀紫确治鰶Q定動能大小的因素，決定重力勢能（或彈性勢能）大小的因素──看動能和重力勢能（或彈性勢能）如何變化。

 　�、七�要注意動能和勢能相互轉化過程中的能量損失和增大──如果除重力和彈力外沒有其他外力做功（即：沒有其他形式能量補充或沒有能量損失），則動能勢能轉化過程中機械能不變。

 　�、穷}中如果有“在光滑斜面上滑動”則“光滑”表示沒有能量損失──機械能守恒；“斜面上勻速下滑”表示有能量損失──機械能不守恒。

　�。ㄈ�）水能和風能的利用

 　　1．知識結構：

 　　2．水電站的工作原理：利用高處的水落下時把重力勢能轉化為動能，水的一部分動能轉移到水輪機，利用水輪機帶動發(fā)電機把機械能轉化為電能。

 　　練習：☆水電站修筑攔河大壩的目的是什么？大壩為什么要設計成上窄下寬？

 　　答：水電站修筑攔河大壩是為了提高水位，增大水的重力勢能，水下落時能轉化為更多的動能，通過發(fā)電機就能轉化為更多的電能。

閱讀材料：

　　做功在物理學中具有特定的含義．人推車時對車施加一個向前的推力，車在力的作用下前進一段距離，只有在這種情況下，物理學才認為是人對車做了功．人用的力越大，移動的距離越長，力的作用效果就越顯著，人做的功就越多．

　　力和在力的方向上移動的距離，是做功的兩個因素，缺一不可．你從地面上提起水桶時，水桶在力的作用下，向上移動了一段距離，你對水桶做了功．如果手提著水桶站著不動，雖然你用了力，但是水桶沒有移動距離，你只是費了力氣，沒有對水桶做功，這叫“勞而無功”．這里，手提著水桶站著不動和將水桶掛在釣子上沒什么兩樣．

　　做功是生產(chǎn)和生活中常見的現(xiàn)象．不僅人能做功，運動的物體也能做功．從斜面上滾下的鋼球撞在木塊上，能將木塊推動一段距離；飛行的子彈能打穿物體，都是由于鋼球和子彈克服阻力做了功的結果．

　　舉高的物體也能做功．氣錘從高處落下，能把木樁打入地下；高空落下的冰雹，由于做功而砸壞了地上的農(nóng)作物．

　　形狀變化的彈簧也能做功，鐘表里被旋緊的發(fā)條慢慢地放松，帶動指針嘀嘀哈哈走個不停．

　　一個物體能夠做功，就是它具有能量．能量大的物體，做功的本領也大．風具有能量，人們就安裝風車，利用風力做功．長江、黃河的水急流直下，蘊藏著很大的能量，人們筑起攔河壩，安上水輪機，讓從高處落下的水推動水輪機旋轉，帶動發(fā)電機發(fā)電．

摘自《中國少年兒童百科全書》(浙江教育出版社)

(1)材料中告訴我們做功須具備哪兩個因素？

(2)請你用物理語言解釋“勞而無功”的含義．

(3)物體對外做功后它自己的能量將怎樣？別的物體對這個物體做功后，這個物體的能量又將怎樣？

閱讀以下文章并回答后面的問題．

　　科學家們發(fā)現(xiàn)，大自然中蘊藏著巨大的能量，可以通過多種手段，從21世紀初期開始，有一定規(guī)模地向雨雪垃圾索電，是完全可以實現(xiàn)的．

　　利用積雪發(fā)電：大家知道，積雪的溫度是0℃以下，因此雪中蘊藏著巨大的冷能．科學家提出利用積雪發(fā)電的大膽設想．它的工作原理是，將蒸發(fā)器放在地面上，將凝縮器放在高山上，再用兩根管子將它們連接在一起，然后抽出管內(nèi)空氣，用地下熱水使低沸點的氟里昂(即現(xiàn)代電冰箱所用的制冷物質)汽化，并以雪冷卻凝縮器，由于氟里昂的沸點很低，加上管內(nèi)被抽空，所以它就沸騰起來，變成氣體快速向管子的上端跑去，沖擊汽輪機旋轉，從而帶動發(fā)電機發(fā)電．試驗證明，1 t雪可把2～4 t氟里昂送上蓄液器．可見雪的發(fā)電本領是十分驚人的．

　　雪的資源極其豐富，地球上34％的國家屬多雪地區(qū)．我國東北和新疆北部是全國下雪天數(shù)最多的地區(qū)，每年平均在40天以上，積雪日數(shù)在90天以上．積雪發(fā)電的問世，將使茫茫雪原變成人類的又一理想的未來發(fā)電能源．

　　利用下雨發(fā)電：目前，科學家們研究雨能的利用已獲得成功，它是利用一種葉片交錯排列，并能自動關閉的輪子，輪子的葉片可以接受來自任何方向的雨滴，并能自動開關，使輪子一側受力大，另一側受力小，從而在雨滴沖擊和慣性的作用下高速旋轉，驅動電機發(fā)電．雨能電站可以彌補地面太陽能電站的不足，使人類巧妙而完美地應用太陽能、風能、雨能．

　　我國南方雨能資源豐富，特別是華東、華南、中南和西南各省的雨水充足，一年四季冰雪期很少，雨季的降雨量一般都比較多，陰雨天利用雨能發(fā)電，陽天利用太陽能發(fā)電，這樣無論晴天或陰雨天，人們都可以享受到大自然的恩賜，享受到電能帶來的光和熱．

　　微生物電池：在探索微生物能源工作中，一些國家正在從事著微生物電池的研究．什么是微生物電池呢？它是一種用微生物的代謝產(chǎn)物，做電極活性物質，從而獲取電能．從研究的進展看，作為微生物電池的活性物質，只限于甲酸、氫、氨等．我們用一種叫產(chǎn)氣單抱菌的細菌，處理100摩爾椰子汁，使其生成甲酸，然后把以此做電解液的3個電池串連在一起，生成的電能可使半導體收音機連續(xù)播放50多個小時．當然，這只是試驗，但它表現(xiàn)出的事實是令人神往的．

　　21世紀是人類飛向宇宙的時代，在宇宙飛船這樣的封閉系統(tǒng)中，排泄物的處理確實是個必須解決的問題．美國宇宙航行局設計了一種一舉兩得的解決方案：用一種芽孢桿菌處理尿，使尿酸分解而生成尿素，在尿素酶的作用下分解尿素產(chǎn)生氨．氨用做電極活性物質，在鉑電極上產(chǎn)生電極反應，組成了邀翔太空的理想微生物電池．在宇航條件下，每人每天如果排出22克尿，就能夠獲得47瓦時的電力．

　　氫燃料電池，成為微生物能源的又一種電能形式．利用一種產(chǎn)生氫氣能力強的細菌，在容積為10升的發(fā)酵裝置中，每小時所產(chǎn)生的近20升氫氣，足以維持3.1～3.5伏燃料電池的工作．科學日新月異的21世紀，有機廢水的處理也與微生物電池發(fā)生了密切關系．在利用微生物處理有機廢水時，在使廢水無害化的同時，可以把微生物的代謝產(chǎn)物做微生物電池的活性物質，從而獲得電能，從這個角度上，微生物做為同時解決公害和能源問題的一種手段，已引起人們的廣泛注意．盡管微生物電池的研制尚處在萌芽狀態(tài)，使用也還只限于一定范圍，但是到21世紀的某一天，微生物電池就能夠帶動著馬達飛轉，為人類創(chuàng)造更多的物質財富．

　　向污泥要能源：城市下水道污泥中富含有機物質，其中蘊藏著可觀的能量．不少國家已開始利用厭氧細菌將下水道污泥“消化”，然后收集其中產(chǎn)生的沼氣作為熱源，并將下水道污泥制成固體燃料．

　　關于下水道污泥作為固體燃料的開發(fā)與實用化研究方面，歐洲國家居領先地位．日本東京都能源局利用下水道污泥作為燃料發(fā)電的試驗也已獲成功．日本能源科學家還將下水道污泥利用多級蒸發(fā)法制成固狀物，所得燃料的發(fā)熱量為16 000～18 000 kJ/kg，與煤差不多．

　　德國的一家化學公司將工廠下水道排放的廢水(其中含10％的普通生活污水)進行處理，所得活性污泥作為燃料，他們在下水道污水中加入有機凝集劑，再用電力脫水機脫去部分水分，加入一定比例的粉煤，最后利用壓濾機榨干水分，用這種方法制成的燃料發(fā)熱量大約是9 200～1 000 kJ/kg，并且將其干燥、粉碎后并不影響其燃燒性能．

　　從下水道污泥中挖掘潛在能源，不僅開辟了能源新途徑，還可以根本上解決城市下水道污泥污染問題．對改善城市地下水水質有著至關重要的作用．環(huán)境科學家有必要重新估計下水道污泥的作用和利用價值，進一步研究下水道污水處理以及下水道水系的設計．

　　目前，世界上許多國家正在研究，能否建立一個從污水處理到能源、環(huán)保方面的綜合管理體系，以便一勞永逸地解決下水道污水的去向問題．

摘自《能源趣覽》

閱讀完以上文章后回答：

(1)文中介紹了哪幾種新的能源利用方式？分別是什么？

(2)利用積雪和下雨發(fā)電的工作原理分別是什么？

(3)結合你在日常生活中對能源的利用，談談你對節(jié)約能源的看法．