第3章 能量的转化与守恒（1-4节） 知识梳理

★第三章 能量的转化与守恒
一、能量及其形式
1、能量（简称能）的相互转化实质上是能量的转移和转化过程。能量的转化普遍存在，如动能转化为势能，化学能转化为电能，生物能转化为势能，电能转化为光能和热能等。一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大。
◎雪崩时的能量转化:　势能转化为动能 ◎人造卫星:　太阳能转化为电能
◎青蛙跃起扑食的过程:化学能转化为动能和势能 ◎胶片感光成像:　光能转化为化学能
◎特技跳伞:　势能转化为动能和热能 ◎森林火灾:　化学能转化为热能
◎植物生长:　光能转化为化学能 ◎水电站(工作时):　机械能转化为电能
机械能(做机械运动的物体都具有机械能）： 动能 和 势能 统称为机械能。
3.能量的形式：自然界中任何物体都具有能量，能量是以多种形式存在的，根据能量的特点大致可以分为机械能、
电磁能（可见光不是电磁能）、内能、化学能（汽油、食物、木材）、光能、核能、声能等
机械能（动能和势能）
分类
动能
势能
物体由于运动而具有的能
重力势能：物体由于被举高而具有的能
弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能
影响
因素
物体的质量和速度
质量相同，速度越大物体具有的动能越大
速度相同，质量越大物体具有的动能越大
物体的质量和高度
◎质量相同时，高度越大重力势能越大
◎高度相同时，质量越大的物体重力势能越大
◎在弹性限度内，同一物体的弹性形变越大，其弹性是能越大
注：形变的弹簧具有弹性势能。
动能和势能的相互转化
动能→重力势能
物体的速度不断减小，高度不断增加
重力势能→动能
高度减小，速度增加
动能→弹性势能
速度减少，弹性形变变大
弹性是能→动能
弹性形变减少，速度增大
机械能守恒
物体通常既具有动能，又具有势能
当物体只受重力和弹性力时（不受空气阻力与摩擦时），机械能总量保持不变。即动能减小了多少，势能就增加多少；势能减小了多少，动能就增加多少。
（ ）
动能与势能的转化
四、能量转化的量度
1、功：物体具有做功的本领，是因为它具有能。做功的过程实质上能量转化的过程，力对物体做多少的功，就
有多少的能量发生转移。
定义
物体受到力的作用，并且在这个力的方向上通过了一段距离，我们就说这个力对物体做了功，简称做功
两个必要因素
一个是作用在物体上的 力 ，另一个是物体在力的方向上移动的距离 。
计算公式
功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积 功=力×距离 W=Fs=Pt或W＝Gh
单位
国际单位：焦耳 简称：焦 1焦=1牛·米
（意义:1N的力使物体在力的方向上通过1m的距离，做了1J的功）
做功的实质
做功的过程伴随着能量的转化，做了多少功就有多少能量发生了转化，即功是能量转化的量度两者单位都是焦耳
【注】:①物体受到的力和物体移动的距离需具备同时性，同向性，同体性（F和S必须是同时作用在同一物体上（同一时间内所作用的力和移动的距离））
②力做功也常说成物体做功 例:人的推力对小车做功，也可以说成人对小车做功
③物体不做功的三种情况
（1）物体没有受到力的作用，只是由于惯性而通过一段距离（缺力有距离）
（2）物体虽然受到了力的作用，但静止不动（有力缺距离）
（3）物体受到了力的作用，同时也通过了一段距离，但是该力的方向与物体移动距离的方向垂直（有力
有距离，但距离与力的方向垂直）
　　　　　讨论：塔式起重机下挂重物，当重物静止不动，匀速向上运动、沿水平方向匀速移动三种情形中，钢
　　　　　　　　索的拉力是否做功。说明：做功时两个必要因素缺一不可。
　　　④物体做功的多少，只与F和S有关，而与物体的质量、物体具体的运动状态（是而匀速、变速）无关，
　　　　与是否受摩擦（即物体表面是否粗糙）等因素也无关。
2.功率（是平均功率，不是某一时刻的功率）
定义
单位时间里完成的功叫功率，反映物体做功快慢的物理量
计算公式
功率=功/时间 P=W/t P=Fv （v=S/t）
单位
国际单位：瓦特；简称：瓦 符号：W 常用单位还有：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与t共同决定的，做功多的物体不一定功率大。利用其变形公式P= Fν可以用来解释为什么汽车上坡时要减速而加大油门，其解释为：当P一定时， F与ν成反比，汽车上坡时，由于发动机的功率一定，司机采用降低速度的方法来获得较大的牵引力的缘故。
★五、简单机械
1.杠杆
定义
在 力 的作用下能绕 固定点 转动的硬棒叫做杠杆
五个要素
支点:使杠杆绕着转动的固定点　　动力: 使杠杆转动的力 　 阻力: 阻碍杠杆转动的力
动力臂: 从支点到动力作用线的垂直距离 阻力臂: 从支点到阻力作用线的垂直距离
杠杆平衡
指杠杆保持 静止 状态或 匀速转动 状态，我们在做研究杠杆的平衡条件的实验时，是指杠杆的处于 水平位置 平衡。
文字公式：动力×动力臂=阻力×阻力臂 ，符号公式： F1×L1=F2×L2
分类
L1＞L2时，叫 省力 杠杆，其特点是省了力,但费了 距离 。如开 开瓶器 、 铡刀 、 老虎钳 等
L1＜L2时，叫 费力 杠杆，其特点是费了力,但省了 距离 。如 钓鱼竿 、 筷子 、 镊子 、缝纫机脚踏板 等。
L1=L2时，叫等臂 杠杆，其特点是不省力也不费力，不省距离也不费距离。如 天平 、 定滑轮 等
实际应用的杠杆形状是各异的，可以是 直 的，也可以是 弯 的
注：力的作用线：通过力的作用点，沿力的方向所画的直线
　　力臂是支点到力的作用线的距离。
杠杆示意图
★指甲刀中的杠杆：如图所示是一个指甲刀的示意图，它由三个杠杆ABC、OBD和OED组成。
①?分析杠杆ABC的受力，并画出示意图：从图中可以看出：动力臂大于阻力臂，因此，杠杆ABC为省力杠杆；
②?使用指甲刀剪指甲时，杠杆OBD在B点受到向下的压力F1，在D点受到阻力F2，其支点为O点。分析杠杆
　OBD的受力，并画出示意图：从图中可以看出：动力臂小于阻力臂，因此，杠杆OBD为费力杠杆。
③?使用指甲刀剪指甲时，杠杆OED在E点受到活动柱对其向上的拉力F1，在D点受到阻力F2，其支点为O点。
　分析杠杆OED的受力，并画出示意图：从图中可以看出：动力臂小于阻力臂，因此，杠杆OED也为费力杠杆。
2.探究杠杆平衡（杠杆在动力和阻力的作用下，保持静止或绕支点匀速转动状
　态）的条件
器材检查：用一根带有刻度的均质木尺作为杠杆，用钩码的拉力来代替人的作用力，进行实验研究。
　　2．实验操作步骤。
（1）如图，将杠杆的支点支在支架上，调节杠杆两端的螺母，使杠杆在水平位置处于平衡状态。
思考：为什么杠杆要处于水平位置平衡?
倾斜状态时力臂比杠杆上的刻度小，杠杆静止时在水平位置，可以直接在杠杆上读出力臂的数值。
（2）在杠杆的两边分别挂上不同数量的钩码，在杠杆上左右移动悬挂的位置，直到杠杆再次达到水平位置处于平衡状态。多次实验，得出普遍结论。
思考并回答：杠杆两边受到的力等于钩码受到的重力。把左边钩码对杠杆的作用力叫动力Fl，右边钩码对杠杆的作用力叫阻力F2，填人表格。
　　动力与动力臂的乘积等于阻力与阻力臂的乘积，即动力×动力臂 = 阻力×阻力臂。
若用符号表示可写成：F1×L1= F2×L2　　或　　，即。　若，则。
杠杆上的动力臂是阻力臂的几倍，动力就是阻力的几分之一。
【补充】：
杠杆的应用
类型
力、力臂的关系
特点
应用
省力杠杆
F1＜F2
l1＞l2
省力但费距离
铡刀、瓶盖起子、手推车、钢丝钳
费力杠杆
F1＞F2
l1＜l2
费力但省距离
钓鱼竿、镊子、筷子、理发剪刀、缝纫机脚踏板
等臂杠杆
F1＝F2
l1＝l2
既不省力也不省距离，既不费力也不费距离
天平
４．怎样使用杠杆最省力
根据杠杆的平衡条件：F1×L1= F2×L2　可以看出：当作用在杠杆上的阻力Ｆ２和阻力臂Ｌ２一定时，动力臂Ｌ１越长，使杠杆平衡所用动力Ｆ１越小，也就是说当动力臂最长时用的动力就最小。
为了使动力臂最长，施加的动力必须具备两个条件：
动力的作用点在杠杆上距支点最远处；
　　（2）动力方向应垂直于支点和动力作用点的连线。如图１和图２所示时作用在杠杆上的动力是最小的。