大学物理力学5功和能.pptx

大学物理力学中的功和能汇报人:

目录01功和能的基本概念02功的计算方法03能量守恒定律04功和能的应用实例05功和能的拓展知识

功和能的基本概念PART01

功的定义功是力与物体位移的点积，表示力在位移方向上的分量所做的工作。力与位移的关系功的计算公式为W=F*d*cosθ，其中W是功，F是力的大小，d是位移大小，θ是力的方向与位移方向的夹角。功的计算公式当力的方向与位移方向一致时，做正功；当力的方向与位移方向相反时，做负功。正功与负功功的国际单位是焦耳(J)，1焦耳等于1牛顿力作用下物体移动1米所做的功。功的单位

能量的分类动能是物体由于运动而具有的能量，势能是物体由于位置或状态而具有的能量。动能与势能01热能是物体内部微观粒子运动产生的能量，化学能是物质内部原子或分子间化学键的能量。热能与化学能02

功与能量的关系动能定理功是能量转移的量度在力学中，当力作用于物体并使其位移时，所做的功等于能量的转移量。动能定理表明，一个物体的动能变化等于对它所做的净功。势能与功的关系物体由于位置而具有的能量称为势能，物体位置的变化涉及对它做的功。

功和能的单位在国际单位制中，能量和功的单位是焦耳，符号为J，1焦耳等于1牛顿力作用下物体移动1米所做的功。焦耳：能量和功的国际单位01功率的单位是瓦特，符号为W，表示每秒钟完成的功或能量转换的速率，1瓦特等于每秒1焦耳。瓦特：功率的单位02千瓦时是电能的常用单位，常用于计量电能消耗，1千瓦时等于3.6百万焦耳的能量。千瓦时：电能的常用单位03在粒子物理学中，电子伏特(eV)是能量的单位，用于描述微观粒子的能量水平，1电子伏特等于1.602×10^-19焦耳。电子伏特：粒子物理中的能量单位04

功的计算方法PART02

力与位移的关系在力的方向或大小随位移变化的情况下，需通过积分计算总功。变力作用下的功当力的方向与位移方向一致时，功等于力的大小乘以位移的大小。恒力作用下的功

力的分量与位移分量在计算功时，水平力分量与位移方向一致，直接乘以位移大小即可得到功。力的水平分量计算垂直于位移方向的力分量不做功，因此在计算总功时可以忽略不计。力的垂直分量计算斜向作用的力需要分解为水平和垂直两个分量，分别计算其对功的贡献。力的斜向分量分解

功的计算公式当力的方向与位移方向一致时，功的计算公式为W=F·d·cosθ，其中θ为力与位移的夹角。恒力作用下的功01对于变力，功的计算需通过积分方法，如弹簧力F=kx，功W=∫(kx)dx，从x1到x2计算。变力作用下的功02

功的正负判定当力的方向与物体位移方向一致时，所做的功为正，如推车向前。力的方向与位移方向一致当力的方向与物体位移方向垂直时，所做的功为零，如重力对水平移动物体。力的方向与位移方向垂直当力的方向与物体位移方向相反时，所做的功为负，如刹车时对车的阻力。力的方向与位移方向相反当力的方向与物体位移方向成一定角度时，所做的功为正或负，取决于角度大小。力的方向与位移方向成一定角能量守恒定律PART03

能量守恒的表述能量守恒定律可以用数学方程式E_in=E_out来表示，其中E_in是系统输入的能量，E_out是系统输出的能量。能量守恒定律的数学表达例如，通过验证一个自由落体运动的物体，其势能转化为动能的过程，可以直观展示能量守恒定律的实际应用。能量守恒定律的实验验证能量守恒定律指出，在一个封闭系统中，能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转换为另一种形式。能量守恒定律的定义01、02、03、

能量守恒定律的适用范围能量守恒定律适用于封闭系统，即没有能量进出的系统，如理想化的物理实验环境。封闭系统在物体速度远小于光速的非相对论性条件下，能量守恒定律是适用的。非相对论性条件在只有保守力（如重力、弹簧力）作用的系统中，能量守恒定律成立。保守力作用热力学第一定律是能量守恒定律在热力学系统中的表述，适用于涉及热能转换的宏观过程。热力学第一定律

能量转换与守恒实例在弹簧振子系统中，弹簧的压缩与伸长体现了弹性势能和动能之间的相互转换。弹性势能与动能的转换电池在放电过程中，化学能通过电化学反应转化为电能，为电器供电。化学能转化为电能在自由落体运动中，物体的重力势能逐渐转化为动能，速度随高度下降而增加。重力势能与动能的转换

能量守恒定律的证明通过牛顿第二定律和第三定律，可以推导出在封闭系统中力的总功等于动能的变化。牛顿运动定律热力学第一定律表明能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转换为另一种形式。热力学第一定律电磁学中，麦克斯韦方程组描述了电场和磁场的相互作用，间接证明了能量守恒。麦克斯韦方程组在量子力学中，能量守恒定律通过哈密顿算符和薛定谔方程得到体现和验证。量子力学原理

功和能的应用实例PART04

功在日常生活中的应用01骑自行车上坡骑