【第11.03讲】赐予我能量吧

【第11.03讲】赐予我能量吧

同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。

有了前两讲关于功的知识准备，这一讲我们终于要正式切入能量的概念了。能量有很多种，包括太阳能、电能、热能、化学能、核能、机械能等等等等……我们现在只谈机械能这一种能量。

什么是能量？

物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量。风能推动帆船前进，拉开的弓能将箭射出，打桩机的铁锤能将木桩打入地下，运动的空气、拉弯的弓、被举起的铁锤都能对外做功，它们都具有能量。能量简称能，能的单位与功的单位相同，也是焦耳。

一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大。就好比一个人，一次能够完成的工作越多，他的本领就越大。

这里要特别注意，“能够做功”是说物体具有做工的本领，物体并不一定正在做功。“正在做功”，恰恰是物体做功的本领正在向外释放。

机械能又可以分为动能和势能两种。

先说动能。

一颗小小的高速飞行的子弹，能射进厚厚的墙壁而对墙壁做功，说明子弹具有能；大风对帆船做功，推动帆船前进，说明风具有能。物体由于运动而具有的能，叫做动能。一切运动的物体都具有动能。

既然是由于运动而具有的能，其大小肯定与物体运动的速度有关，速度越大，动能越大。不然，小小的子弹不可能有那么大的威力。

你有没有从电视上看到过古代打仗，攻城时，撞城门的那个车是什么样子啊？车上固定着一根又长又粗的树木，用它撞击城门，对门做功，可将门撞开。此车的速度并不快，远不及子弹的速度，但其质量却是子弹无法比的，它的动能也非常大，因此才能撞开城门。说明动能的大小与物体的质量也有关，质量越大，动能也越大。

课本上通过实验也探究了与动能相关的因素，结论是：质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大。初中阶段，我们就只掌握这么多就可以了。以后到高中，还会继续学习动能的计算公式。

动能越大的物体，如果想停下来，阻力需要做的功越多，也就越难以停下。所以汽车的速度越大，刹车距离也就越长。注意这里不能用惯性来解释，因为惯性只与质量有关，与速度无关。一旦发生碰撞，动能越大的物体造成的破坏力也越大。这也是为什么，高度公路针对不同的车型设置不同的最高限速。因为如果都设置一样的限速，大型车辆由于质量更大，其动能会比小车大得多，可能就超出了安全界限。

了解了动能，我们再来说说，什么是势能呢？

打桩机在工作时，先把重锤高高举起，然后落下，就可以把桩打入地里。打桩的过程，重锤对桩做了功，这说明被举到高处的重锤具有能量。在地球表面附近，处在一定高度的物体由于重力作用所具有的能，叫做重力势能。物体的质量越大，位置越高，它具有的重力势能就越大。例如：打桩机，它的重锤越大，并且能举得越高，重力势能就越大，对木桩做功的本领也就越强。再比如：水电站要想发出更多的电来，就要想办法储存更多的水，并将水位提得更高，也就是尽量使水的重力势能更大。

拉弯的弓能将箭射出，说明蓄势待发的弯弓具有能量；压弯的蹦床能将人弹起，说明有弹性形变的蹦床也具有能量。这些发生弹性形变的物体，在恢复形变时可以做功，它们都具有能量。这种由于物体发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能。同一个物体，它的弹性形变越大，具有的弹性势能就越大。比如射箭时弓拉得越满，箭射得就越远。

重力势能和弹性势能是常见的两种势能，当然还有其它的势能，你以后会学到，并不是所有的势能都属于机械能。总结起来，什么是势能呢？简单点说，就是物体处于蓄势待发的状态时，所具有的一种能量。势能与物体的状态有关，可以被储存。比如上了弦的弓弩，或者上了膛的步枪，其中都储存着弹性势能。只要一扣扳机，储存的势量就可以被释放出来。

一个物体可以既有动能，又有势能。如飞行中的飞机因为它在运动而具有动能，又因为它处于高空而具有重力势能，把这两种能量加在一起就得到它的总机械能。

动能和势能还可以相互转化。一个物体从高处下落，随着高度降低，重力势能越来越小，同时速度越来越大，动能也随之增大。所以物体下落的过程，就是物体的重力势能转化成动能的过程。同样的，射箭时，弓的弹性势能转化成箭的动能。玩蹦床，人落入蹦床时，人的动能转化为蹦床的弹性势能；人被弹起时，弹性势能又重新转化为动能；人在空中时，动能与重力势能相互转化。

不仅动能和势能可以相互转化，机械能和其它形式的能量之间也可以相互转化，比如用电池驱动玩具汽车，是将电能转化为玩具汽车的机械能；摩擦生热，是将机械能转化为热能。

人们发现，如果没有别的方式消耗掉物体的能量，只有动能和势能相互转化，那么各种能量的总和，也就是总机械能，是恒定不变的。或者可以说成是：没有损耗时机械能守恒。

哪些方式可能会损耗掉机械能呢？比如最常见的，摩擦力就会消耗机械能。物体如果克服摩擦力做功，因为摩擦生热，会将一部分能量转化为热能，散失掉，从而减少了总机械能。其它的耗散方式还有，比如发光、发生电磁作用或者发生化学反应等等，都有可能将机械能转化成其它形式的能。

如果我们把视野放得更宽一点，把所有形式的能量全都考虑在内，一个系统内所有能量的总和，永远是恒定的。所谓的能量损耗，只不过是一种形式的能量转化为另一种形式的能量而已。这就是更广泛意义上的能量守恒定律。到九年级，我们还要学的。

判断动能、势能的变化时，为了防止出错，最好要从能量决定因素的角度去考虑。比如对人造地球卫星的分析。许多人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行，距离地球时远时近，最远的点叫远地点，最近的点叫近地点。卫星在大气层外运行，不受空气阻力，因此机械能守恒。卫星在远地点时势能最大，当它从远地点向近地点运动时势能减小、动能增大，速度也增大。当它从近地点向远地点运动时，它的势能增大，动能减小，速度也减小。

【小结一下】 

1.能够对外做功的物体具有能量。能量简称能，单位与功的单位相同，也是焦耳。

2.机械能分为动能和势能，常见的势能有重力势能和弹性势能。

3.动能和势能之间可以相互转化。如果没有损耗，机械能守恒。

【思考题】 

物体所受的合外力为零时，它的动能变不变？重力势能变不变？机械能变不变？

今天就到这儿，再见！