功、能與交互作用課件

功、能與交互作用

前言─亞里斯多德的物質(zhì)觀月球地球(土)水氣火月球軌道力(Force)伽利略沒(méi)有摩擦力的情況下，如果球沿著水平方向滾動(dòng)，它將以等速度一直運(yùn)動(dòng)下去，而不會(huì)停止。由于對(duì)抗摩擦力之，方需要外力的作用，使球能夠繼續(xù)滾動(dòng)。靜者恒靜，動(dòng)者恒動(dòng)→慣性(inertia)。牛頓的運(yùn)動(dòng)定律1、牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律：當(dāng)物體不受外力作用，或所受合力為零時(shí)，原先靜止者恒靜止，原先運(yùn)動(dòng)者恒沿著直線作等速度運(yùn)動(dòng)。這定律又稱為慣性定律。2、牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律：物體受力后所得的加速度，和其所受的凈力(即合力)成正比，和其質(zhì)量成反比。F＝ma。3、牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律：當(dāng)兩物體交互作用時(shí)，彼此互以力作用于對(duì)方，兩者大小相等，方向相反，但作用在不同的物體上。這定律又稱作作用與反作用定律。

力具有方向性=Fnet=0F1F2F1F2Fnet=F1F2F3動(dòng)量(momentum)當(dāng)一質(zhì)量m的物體以等速度v做運(yùn)動(dòng)時(shí)，m和v的乘積，即為動(dòng)量，通常以p來(lái)表示vp=mvm例題3-1若一10噸的大卡車以100km/hr的速度于高速公路上馳行時(shí)，需要多少的力才能于10秒內(nèi)使卡車緊急住呢?卡車的最初動(dòng)量:p1=10,000kg×100,000m/hr×(1/3600hr/sec)=277,777.78kg．m/sec卡車的最初動(dòng)量:p2=10,000kg×0m/sec=0

kg．m/sec需要的外力:F=(277,777.78-0)kg．m/sec/10sec=27,77.78kg．m/sec=27,777.78N由于△t內(nèi)速度的變化稱為加速度a=△v/△t因此力和動(dòng)量的變化有如下的關(guān)系表示：F=mv2-mv1?

t=m(v2-v1)?

t=m?

v?

t=ma或

m=F/a

上述公式表示，加速度大小與施力以物體本身的質(zhì)量有關(guān)，稱為牛頓第二定律：物體于外力的作用下，加速度的大小和施力成正比，并與物本身的質(zhì)量成反比。例3-2一個(gè)60g重的網(wǎng)球，被球拍擊中后的速度30m/sec：0.01秒后它被反擊回的速度為20m/sec。試求(a)前后的動(dòng)量；(b)動(dòng)量的凈化；(c)凈力；(d)球的加速度?(a)前動(dòng)量p1=mv1=(0.06kg)×(30m/sec)=1.8kg．m/sec

后動(dòng)量p2=mv2=(0.06kg)×(-20m/sec)=-1.2kg．m/sec※v2帶負(fù)號(hào)是因?yàn)樗蛌1的方向相反(b)△p=(1.8kg．m/sec)-(-1.21.8kg．m/sec)=3.0kg．m/sec(c)F=?

p/?

t=(3.0kg．m/sec)/0.01sec=300N(d)a=F/m=300N/0.06kg=5,000m/sec^2例題3-3一浮游于太空的航天員，重6.0kg；今以30.0N的力對(duì)一重120.0kg的人造衛(wèi)星推了1.5sec。試求(a)作用于航天員和人造衛(wèi)星的力；(b)航天員和人造衛(wèi)星的加速度。(a)依照牛頓第三定律

FA作用于B=FB作用于A30.0N=30.0N

因此雙方都感覺(jué)到被30.0N的力作用了

1.5sec，但彼此方向相反。(b)牛頓第二定律F=ma→a=F/m

航天員的加速度a=30.0kg．m/sec^260kg=0.500m/sec^2

人造衛(wèi)星的加速度a=30.0kg．m/sec^2120kg=0.250m/sec^2功(work)例題3-4若一婦人重60.0kg，則(a)她產(chǎn)生的重力為多少?(b)今假設(shè)她爬上高5公尺的樓梯，需做功多少?焦耳、瓦特與馬力產(chǎn)生功的速率或能量消耗的速率稱為功率，1秒時(shí)間若做了1焦耳的功稱為1瓦特(watt,W)的功率，746瓦特的功率稱為1馬力(horsepower,hp)例題3-5一堆高機(jī)花了5.0秒，將一500.0kg的物體舉高10.0公尺。試求此堆高機(jī)的功率為多少?堆高機(jī)施予物體的力堆高機(jī)舉高10.0公尺所作的功堆高機(jī)的功率能(Energy)物體做功的能力稱為能量，因此功做的愈多，需要的能量也相對(duì)地愈多。計(jì)算物體能量多寡，正是端視物體能夠做多少的功，或者說(shuō)，當(dāng)對(duì)某物體做功時(shí)，使貯存能量的方式可區(qū)分為動(dòng)能、位能、核能等表3-2位能位能：在重場(chǎng)下，物體因水平位置而產(chǎn)生的能量。當(dāng)你用10焦耳的功率舉高一物體時(shí)，此物體將獲得10焦耳的功。因此物體位能等于物體重量和它的高度的乘積：位能=重量x高度

=(質(zhì)量x重力加速度)x高度

PE=mgh例題3-6如例題3-4，此婦人當(dāng)它爬上高5公尺高的樓頂時(shí)，試問(wèn)此時(shí)她的位能為多少?爬到樓頂時(shí)，此婦人的位能PE=mgh=(60kg)x(9.8m/s2)x(5m)=2940J動(dòng)能動(dòng)能：物體因移動(dòng)所形成的能量，或使物體移動(dòng)或停止物體運(yùn)動(dòng)所需要對(duì)物體做的功。動(dòng)能=1/2質(zhì)量x(速度)2KE=1/2mv2例題3-7一7kg的保齡球以5m/s的速度沿著球道滾動(dòng)，試問(wèn)球的動(dòng)能為多少?若保齡球員移動(dòng)的距離只有5公尺，他應(yīng)該以多少力擲出保齡球，才能使球產(chǎn)生5m/s的速度?球的動(dòng)能KE=1/2mv2=(1/2)(7kg)(5m/s)2=87.5(kg．m/s2)=87.5N．M=87.5J球員使出的能等于球的動(dòng)能

W=KEF．d=KEF．(5m)=87.5N．MF=17.5N能量不滅(