人教版第十五章   功和机械能 复习提纲  

　　一、功

 　1．力学里的功包括两个必要因素：一是作用在物体上的力；二是物体在力的方向上通过的距离。

 　　2．不做功的三种情况：有力无距离、有距离无力、力和距离垂直。

 　　巩固：☆某同学踢足球，球离脚后飞出10m远，足球飞出10m的过程中人不做功。（原因是足球靠惯性飞出）。

 　　3．力学里规定：功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。公式：W=FS。

 　　4．功的单位：焦耳，1J=1N·m。把一个鸡蛋举高1m，做的功大约是0．5J。

 　　5．应用功的公式注意：①分清哪个力对物体做功，计算时F就是这个力；②公式中S一定是在力的方向上通过的距离，强调对应。③功的单位“焦”（牛·米=焦），不要和力和力臂的乘积（牛·米，不能写成“焦”）单位搞混。

 　　二、功的原理

 　　1．内容：使用机械时，人们所做的功，都不会少于直接用手所做的功；即：使用任何机械都不省功。

 　　2．说明：（请注意理想情况功的原理可以如何表述？）

 　　①功的原理是一个普遍的结论，对于任何机械都适用。

 　　②功的原理告诉我们：使用机械要省力必须费距离，要省距离必须费力，既省力又省距离的机械是没有的。

 　　③使用机械虽然不能省功，但人类仍然使用，是因为使用机械或者可以省力、或者可以省距离、也可以改变力的方向，给人类工作带来很多方便。

 　　④我们做题遇到的多是理想机械（忽略摩擦和机械本身的重力）理想机械：使用机械时，人们所做的功（FS）=直接用手对重物所做的功（Gh）。

 　　3．应用：斜面

 　　①理想斜面：斜面光滑；

 　　②理想斜面遵从功的原理；

 　　③理想斜面公式：FL=Gh，其中：F：沿斜面方向的推力；L：斜面长；G：物重；h：斜面高度。

 　　如果斜面与物体间的摩擦为f，则：FL=fL+Gh；这样F做功就大于直接对物体做功Gh。

 　　三、机械效率

 　　1．有用功：定义：对人们有用的功。

 　　公式：W_有用＝Gh（提升重物）=W_总－W_额=ηW_总         斜面：W_有用=Gh

 　　2．额外功：定义：并非我们需要但又不得不做的功。

 　　公式：W_额=W_总－W_有用=G_动h（忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组） 　　斜面：W_额=fL

 　　3．总功：定义：有用功加额外功或动力所做的功

 　　公式：W_总=W_有用＋W_额=FS= W_有用／η       斜面：W_总= fL+Gh=FL

 　　4．机械效率：①定义：有用功跟总功的比值。

 　　②公式： 

 　　斜 面：                     定滑轮：

 　　动滑轮：        滑轮组：

 　　③有用功总小于总功，所以机械效率总小于1。通常用百分数表示。某滑轮机械效率为60%表示有用功占总功的60%。

 　　④提高机械效率的方法：减小机械自重、减小机件间的摩擦。

 　　5．机械效率的测量：

 　　①原理：

 　　②应测物理量：钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离S。

 　　③器材：除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需刻度尺、弹簧测力计。

 　　④步骤：必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高，目的：保证测力计示数大小不变。

 　　⑤结论：影响滑轮组机械效率高低的主要因素有：

 　　A、动滑轮越重，个数越多则额外功相对就多。

 　　B、提升重物越重，做的有用功相对就多。

 　　C、摩擦，若各种摩擦越大做的额外功就多。

 　　绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。

 　　四、功率

 　　1．定义：单位时间里完成的功。

 　　2．物理意义：表示做功快慢的物理量。

 　　3．公式：

 　　4．单位：主单位W；常用单位kW mW 马力。

 　　换算：1kW=10³W?1mW=10⁶ W?1马力=735W。

 　　某小轿车功率66kW，它表示：小轿车1s内做功66000J。

 　　5．机械效率和功率的区别：

 　　功率和机械效率是两个不同的概念。功率表示做功的快慢，即单位时间内完成的功；机械效率表示机械做功的效率，即所做的总功中有多大比例的有用功。

 　　五、机械能

 　　（一）动能和势能

 　　1．能量：一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能。

 　　理解：①能量表示物体做功本领大小的物理量；能量可以用能够做功的多少来衡量。

 　　②一个物体“能够做功”并不是一定“要做功”也不是“正在做功”或“已经做功”。如：山上静止的石头具有能量，但它没有做功。也不一定要做功。

 　　2．知识结构：

 　　3．探究决定动能大小的因素：

 　　①猜想：动能大小与物体质量和速度有关。

 　　实验研究：研究对象：小钢球  方法：控制变量。

 　　·如何判断动能大小：看小钢球能推动木块做功的多少。

 　　·如何控制速度不变：使钢球从同一高度滚下，则到达斜面底端时速度大小相同。

 　　·如何改变钢球速度：使钢球从不同高度滚下。

 　　③分析归纳：保持钢球质量不变时结论：运动物体质量相同时；速度越大动能越大。

 　　保持钢球速度不变时结论：运动物体速度相同时；质量越大动能越大；

 　　④得出结论：物体动能与质量和速度有关；速度越大动能越大，质量越大动能也越大。

 　　练习：☆上表中给出了一头牛漫步行走和一名中学生百米赛跑时的一些数据：分析数据，可以看出对物体动能大小影响较大的是速度。你判断的依据：人的质量约为牛的1/12，而速度约为牛的12倍，此时动能为牛的12倍，说明速度对动能影响大。

4．机械能：动能和势能统称为机械能。

　　理解：①有动能的物体具有机械能；②有势能的物体具有机械能；③同时具有动能和势能的物体具有机械能。

　　（二）动能和势能的转化

　　1．知识结构：

　　2．动能和重力势能间的转化规律：

　　①质量一定的物体，如果加速下降，则动能增大，重力势能减小，重力势能转化为动能。

　　②质量一定的物体，如果减速上升，则动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能。

　　3．动能与弹性势能间的转化规律：

 　　①如果一个物体的动能减小，而另一个物体的弹性势能增大，则动能转化为弹性势能。

 　　②如果一个物体的动能增大，而另一个物体的弹性势能减小，则弹性势能转化为动能。

 　　4．动能与势能转化问题的分析：

 　　⑴首先分析决定动能大小的因素，决定重力势能（或弹性势能）大小的因素──看动能和重力势能（或弹性势能）如何变化。

 　　⑵还要注意动能和势能相互转化过程中的能量损失和增大──如果除重力和弹力外没有其他外力做功（即：没有其他形式能量补充或没有能量损失），则动能势能转化过程中机械能不变。

 　　⑶题中如果有“在光滑斜面上滑动”则“光滑”表示没有能量损失──机械能守恒；“斜面上匀速下滑”表示有能量损失──机械能不守恒。

　　（三）水能和风能的利用

 　　1．知识结构：

 　　2．水电站的工作原理：利用高处的水落下时把重力势能转化为动能，水的一部分动能转移到水轮机，利用水轮机带动发电机把机械能转化为电能。

 　　练习：☆水电站修筑拦河大坝的目的是什么？大坝为什么要设计成上窄下宽？

 　　答：水电站修筑拦河大坝是为了提高水位，增大水的重力势能，水下落时能转化为更多的动能，通过发电机就能转化为更多的电能。

人教版第十五章   功和机械能 复习提纲  

　　一、功

 　1．力学里的功包括两个必要因素：一是作用在物体上的力；二是物体在力的方向上通过的距离。

 　　2．不做功的三种情况：有力无距离、有距离无力、力和距离垂直。

 　　巩固：☆某同学踢足球，球离脚后飞出10m远，足球飞出10m的过程中人不做功。（原因是足球靠惯性飞出）。

 　　3．力学里规定：功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。公式：W=FS。

 　　4．功的单位：焦耳，1J=1N·m。把一个鸡蛋举高1m，做的功大约是0．5J。

 　　5．应用功的公式注意：①分清哪个力对物体做功，计算时F就是这个力；②公式中S一定是在力的方向上通过的距离，强调对应。③功的单位“焦”（牛·米=焦），不要和力和力臂的乘积（牛·米，不能写成“焦”）单位搞混。

 　　二、功的原理

 　　1．内容：使用机械时，人们所做的功，都不会少于直接用手所做的功；即：使用任何机械都不省功。

 　　2．说明：（请注意理想情况功的原理可以如何表述？）

 　　①功的原理是一个普遍的结论，对于任何机械都适用。

 　　②功的原理告诉我们：使用机械要省力必须费距离，要省距离必须费力，既省力又省距离的机械是没有的。

 　　③使用机械虽然不能省功，但人类仍然使用，是因为使用机械或者可以省力、或者可以省距离、也可以改变力的方向，给人类工作带来很多方便。

 　　④我们做题遇到的多是理想机械（忽略摩擦和机械本身的重力）理想机械：使用机械时，人们所做的功（FS）=直接用手对重物所做的功（Gh）。

 　　3．应用：斜面

 　　①理想斜面：斜面光滑；

 　　②理想斜面遵从功的原理；

 　　③理想斜面公式：FL=Gh，其中：F：沿斜面方向的推力；L：斜面长；G：物重；h：斜面高度。

 　　如果斜面与物体间的摩擦为f，则：FL=fL+Gh；这样F做功就大于直接对物体做功Gh。

 　　三、机械效率

 　　1．有用功：定义：对人们有用的功。

 　　公式：W_有用＝Gh（提升重物）=W_总－W_额=ηW_总         斜面：W_有用=Gh

 　　2．额外功：定义：并非我们需要但又不得不做的功。

 　　公式：W_额=W_总－W_有用=G_动h（忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组） 　　斜面：W_额=fL

 　　3．总功：定义：有用功加额外功或动力所做的功

 　　公式：W_总=W_有用＋W_额=FS= W_有用／η       斜面：W_总= fL+Gh=FL

 　　4．机械效率：①定义：有用功跟总功的比值。

 　　②公式： 

 　　斜 面：                     定滑轮：

 　　动滑轮：        滑轮组：

 　　③有用功总小于总功，所以机械效率总小于1。通常用百分数表示。某滑轮机械效率为60%表示有用功占总功的60%。

 　　④提高机械效率的方法：减小机械自重、减小机件间的摩擦。

 　　5．机械效率的测量：

 　　①原理：

 　　②应测物理量：钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离S。

 　　③器材：除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需刻度尺、弹簧测力计。

 　　④步骤：必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高，目的：保证测力计示数大小不变。

 　　⑤结论：影响滑轮组机械效率高低的主要因素有：

 　　A、动滑轮越重，个数越多则额外功相对就多。

 　　B、提升重物越重，做的有用功相对就多。

 　　C、摩擦，若各种摩擦越大做的额外功就多。

 　　绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。

 　　四、功率

 　　1．定义：单位时间里完成的功。

 　　2．物理意义：表示做功快慢的物理量。

 　　3．公式：

 　　4．单位：主单位W；常用单位kW mW 马力。

 　　换算：1kW=10³W?1mW=10⁶ W?1马力=735W。

 　　某小轿车功率66kW，它表示：小轿车1s内做功66000J。

 　　5．机械效率和功率的区别：

 　　功率和机械效率是两个不同的概念。功率表示做功的快慢，即单位时间内完成的功；机械效率表示机械做功的效率，即所做的总功中有多大比例的有用功。

 　　五、机械能

 　　（一）动能和势能

 　　1．能量：一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能。

 　　理解：①能量表示物体做功本领大小的物理量；能量可以用能够做功的多少来衡量。

 　　②一个物体“能够做功”并不是一定“要做功”也不是“正在做功”或“已经做功”。如：山上静止的石头具有能量，但它没有做功。也不一定要做功。

 　　2．知识结构：

 　　3．探究决定动能大小的因素：

 　　①猜想：动能大小与物体质量和速度有关。

 　　实验研究：研究对象：小钢球  方法：控制变量。

 　　·如何判断动能大小：看小钢球能推动木块做功的多少。

 　　·如何控制速度不变：使钢球从同一高度滚下，则到达斜面底端时速度大小相同。

 　　·如何改变钢球速度：使钢球从不同高度滚下。

 　　③分析归纳：保持钢球质量不变时结论：运动物体质量相同时；速度越大动能越大。

 　　保持钢球速度不变时结论：运动物体速度相同时；质量越大动能越大；

 　　④得出结论：物体动能与质量和速度有关；速度越大动能越大，质量越大动能也越大。

 　　练习：☆上表中给出了一头牛漫步行走和一名中学生百米赛跑时的一些数据：分析数据，可以看出对物体动能大小影响较大的是速度。你判断的依据：人的质量约为牛的1/12，而速度约为牛的12倍，此时动能为牛的12倍，说明速度对动能影响大。

4．机械能：动能和势能统称为机械能。

　　理解：①有动能的物体具有机械能；②有势能的物体具有机械能；③同时具有动能和势能的物体具有机械能。

　　（二）动能和势能的转化

　　1．知识结构：

　　2．动能和重力势能间的转化规律：

　　①质量一定的物体，如果加速下降，则动能增大，重力势能减小，重力势能转化为动能。

　　②质量一定的物体，如果减速上升，则动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能。

　　3．动能与弹性势能间的转化规律：

 　　①如果一个物体的动能减小，而另一个物体的弹性势能增大，则动能转化为弹性势能。

 　　②如果一个物体的动能增大，而另一个物体的弹性势能减小，则弹性势能转化为动能。

 　　4．动能与势能转化问题的分析：

 　　⑴首先分析决定动能大小的因素，决定重力势能（或弹性势能）大小的因素──看动能和重力势能（或弹性势能）如何变化。

 　　⑵还要注意动能和势能相互转化过程中的能量损失和增大──如果除重力和弹力外没有其他外力做功（即：没有其他形式能量补充或没有能量损失），则动能势能转化过程中机械能不变。

 　　⑶题中如果有“在光滑斜面上滑动”则“光滑”表示没有能量损失──机械能守恒；“斜面上匀速下滑”表示有能量损失──机械能不守恒。

　　（三）水能和风能的利用

 　　1．知识结构：

 　　2．水电站的工作原理：利用高处的水落下时把重力势能转化为动能，水的一部分动能转移到水轮机，利用水轮机带动发电机把机械能转化为电能。

 　　练习：☆水电站修筑拦河大坝的目的是什么？大坝为什么要设计成上窄下宽？

 　　答：水电站修筑拦河大坝是为了提高水位，增大水的重力势能，水下落时能转化为更多的动能，通过发电机就能转化为更多的电能。

阅读材料：

　　做功在物理学中具有特定的含义．人推车时对车施加一个向前的推力，车在力的作用下前进一段距离，只有在这种情况下，物理学才认为是人对车做了功．人用的力越大，移动的距离越长，力的作用效果就越显著，人做的功就越多．

　　力和在力的方向上移动的距离，是做功的两个因素，缺一不可．你从地面上提起水桶时，水桶在力的作用下，向上移动了一段距离，你对水桶做了功．如果手提着水桶站着不动，虽然你用了力，但是水桶没有移动距离，你只是费了力气，没有对水桶做功，这叫“劳而无功”．这里，手提着水桶站着不动和将水桶挂在钓子上没什么两样．

　　做功是生产和生活中常见的现象．不仅人能做功，运动的物体也能做功．从斜面上滚下的钢球撞在木块上，能将木块推动一段距离；飞行的子弹能打穿物体，都是由于钢球和子弹克服阻力做了功的结果．

　　举高的物体也能做功．气锤从高处落下，能把木桩打入地下；高空落下的冰雹，由于做功而砸坏了地上的农作物．

　　形状变化的弹簧也能做功，钟表里被旋紧的发条慢慢地放松，带动指针嘀嘀哈哈走个不停．

　　一个物体能够做功，就是它具有能量．能量大的物体，做功的本领也大．风具有能量，人们就安装风车，利用风力做功．长江、黄河的水急流直下，蕴藏着很大的能量，人们筑起拦河坝，安上水轮机，让从高处落下的水推动水轮机旋转，带动发电机发电．

摘自《中国少年儿童百科全书》(浙江教育出版社)

(1)材料中告诉我们做功须具备哪两个因素？

(2)请你用物理语言解释“劳而无功”的含义．

阅读以下文章并回答后面的问题．

　　科学家们发现，大自然中蕴藏着巨大的能量，可以通过多种手段，从21世纪初期开始，有一定规模地向雨雪垃圾索电，是完全可以实现的．

　　利用积雪发电：大家知道，积雪的温度是0℃以下，因此雪中蕴藏着巨大的冷能．科学家提出利用积雪发电的大胆设想．它的工作原理是，将蒸发器放在地面上，将凝缩器放在高山上，再用两根管子将它们连接在一起，然后抽出管内空气，用地下热水使低沸点的氟里昂(即现代电冰箱所用的制冷物质)汽化，并以雪冷却凝缩器，由于氟里昂的沸点很低，加上管内被抽空，所以它就沸腾起来，变成气体快速向管子的上端跑去，冲击汽轮机旋转，从而带动发电机发电．试验证明，1 t雪可把2～4 t氟里昂送上蓄液器．可见雪的发电本领是十分惊人的．

　　雪的资源极其丰富，地球上34％的国家属多雪地区．我国东北和新疆北部是全国下雪天数最多的地区，每年平均在40天以上，积雪日数在90天以上．积雪发电的问世，将使茫茫雪原变成人类的又一理想的未来发电能源．

　　利用下雨发电：目前，科学家们研究雨能的利用已获得成功，它是利用一种叶片交错排列，并能自动关闭的轮子，轮子的叶片可以接受来自任何方向的雨滴，并能自动开关，使轮子一侧受力大，另一侧受力小，从而在雨滴冲击和惯性的作用下高速旋转，驱动电机发电．雨能电站可以弥补地面太阳能电站的不足，使人类巧妙而完美地应用太阳能、风能、雨能．

　　我国南方雨能资源丰富，特别是华东、华南、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较多，阴雨天利用雨能发电，阳天利用太阳能发电，这样无论晴天或阴雨天，人们都可以享受到大自然的恩赐，享受到电能带来的光和热．

　　微生物电池：在探索微生物能源工作中，一些国家正在从事着微生物电池的研究．什么是微生物电池呢？它是一种用微生物的代谢产物，做电极活性物质，从而获取电能．从研究的进展看，作为微生物电池的活性物质，只限于甲酸、氢、氨等．我们用一种叫产气单抱菌的细菌，处理100摩尔椰子汁，使其生成甲酸，然后把以此做电解液的3个电池串连在一起，生成的电能可使半导体收音机连续播放50多个小时．当然，这只是试验，但它表现出的事实是令人神往的．

　　21世纪是人类飞向宇宙的时代，在宇宙飞船这样的封闭系统中，排泄物的处理确实是个必须解决的问题．美国宇宙航行局设计了一种一举两得的解决方案：用一种芽孢杆菌处理尿，使尿酸分解而生成尿素，在尿素酶的作用下分解尿素产生氨．氨用做电极活性物质，在铂电极上产生电极反应，组成了邀翔太空的理想微生物电池．在宇航条件下，每人每天如果排出22克尿，就能够获得47瓦时的电力．

　　氢燃料电池，成为微生物能源的又一种电能形式．利用一种产生氢气能力强的细菌，在容积为10升的发酵装置中，每小时所产生的近20升氢气，足以维持3.1～3.5伏燃料电池的工作．科学日新月异的21世纪，有机废水的处理也与微生物电池发生了密切关系．在利用微生物处理有机废水时，在使废水无害化的同时，可以把微生物的代谢产物做微生物电池的活性物质，从而获得电能，从这个角度上，微生物做为同时解决公害和能源问题的一种手段，已引起人们的广泛注意．尽管微生物电池的研制尚处在萌芽状态，使用也还只限于一定范围，但是到21世纪的某一天，微生物电池就能够带动着马达飞转，为人类创造更多的物质财富．

　　向污泥要能源：城市下水道污泥中富含有机物质，其中蕴藏着可观的能量．不少国家已开始利用厌氧细菌将下水道污泥“消化”，然后收集其中产生的沼气作为热源，并将下水道污泥制成固体燃料．

　　关于下水道污泥作为固体燃料的开发与实用化研究方面，欧洲国家居领先地位．日本东京都能源局利用下水道污泥作为燃料发电的试验也已获成功．日本能源科学家还将下水道污泥利用多级蒸发法制成固状物，所得燃料的发热量为16 000～18 000 kJ/kg，与煤差不多．

　　德国的一家化学公司将工厂下水道排放的废水(其中含10％的普通生活污水)进行处理，所得活性污泥作为燃料，他们在下水道污水中加入有机凝集剂，再用电力脱水机脱去部分水分，加入一定比例的粉煤，最后利用压滤机榨干水分，用这种方法制成的燃料发热量大约是9 200～1 000 kJ/kg，并且将其干燥、粉碎后并不影响其燃烧性能．

　　从下水道污泥中挖掘潜在能源，不仅开辟了能源新途径，还可以根本上解决城市下水道污泥污染问题．对改善城市地下水水质有着至关重要的作用．环境科学家有必要重新估计下水道污泥的作用和利用价值，进一步研究下水道污水处理以及下水道水系的设计．

　　目前，世界上许多国家正在研究，能否建立一个从污水处理到能源、环保方面的综合管理体系，以便一劳永逸地解决下水道污水的去向问题．

摘自《能源趣览》

阅读完以上文章后回答：

(1)文中介绍了哪几种新的能源利用方式？分别是什么？

(2)利用积雪和下雨发电的工作原理分别是什么？