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第2章
功 和 能
本章导读人类的生活离不开能量。能量有不同的形式，如电能、化学能、太阳能、核能、机械能等，工厂需要电能，交通运输工具需要化学能，植物生长需要太阳能……本章主要介绍机械能的相关知识。学习目标
理解功和功率的概念，能用公式计算功和功率。
理解动能的概念，掌握动能定理。
了解重力势能和弹性势能的概念及特点，掌握机械能守恒定律并能进行简单计算。
目录 Contents
2.1 功与功率
2.2 动能定理
2.3 机械能守恒定律及其应用
2.2 动能定理
2.2 动能定理
一个物体能够对外做功，就说明它具有能量，简称能。例如，流动的河水能够推动水车，说明流动的河水具有能量；风能够推动风车转动，说明风具有能量。
2.2 动能定理
演示实验2-1 探究动能与物体质量、速度的关系
如下图所示，让小球A从光滑的导轨上滑下，撞击静止在水平面上的小球B，推动小球B运动，即小球A对小球B做了功。
2.2 动能定理
（1）让小球A从不同高度滑下，可以发现，小球A的初始高度越高，到达水平面的速度就越快，小球B被撞击得越远，即A对B做功越多。
（2）增大小球A的质量，使其从同一高度滑下。可以看出，小球A从同一高度滑至水平面的速度一样，但小球A的质量越大，小球B被撞击得越远，A对B做功越多。
2.2 动能定理
2.2.1 动 能
物体由于运动而具有的能量叫作动能。那么，动能的大小跟哪些因素有关呢？
实验表明，物体的质量越大，速度越大，它的动能就越大。在物理学中，用符号 表示物体的动能。一个质量为 的物体，以速度 运动时的动能为
动能是标量，它的单位与功的单位相同，都是焦（耳），符号为J。
2.2 动能定理
尝试用手接住别人抛过来的篮球，体会不同速度的篮球所具有的动能。
2.2 动能定理
2.2.2 动能定理
具有动能的物体可以对外界做功，但这会导致物体的动能发生变化。那么做功与物体的动能有何关系呢？
如下图所示，有一个质量为m的物体，初速度是 ，在一个与运动方向相同的恒力F的作用下发生了一段水平位移s，物体的末速度变为 。
2.2 动能定理
在这一过程中，外力对物体做了功W，这使物体的动能发生了变化。外力 F 所做的功可表示为
又根据牛顿第二定律
而
综上即可得到
即力在一个过程中对物体所做的功等于物体在这个过程中动能的变化，这个结论就叫作动能定理。
2.2 动能定理
为什么骑自行车比行走和跑步感觉更轻松？请用动能定理进行解释。
2.2 动能定理
由动能定理可知，当合外力对物体做正功时，物体的动能就增加；当合外力对物体做负功时，物体的动能就减小；当合外力做功为0或者没有力做功时，物体的动能不变。
利用动能定理可以解释交通中的许多规定，例如，高速公路上都有限制车速的要求，这是因为公路上行驶的汽车发生意外碰撞是能量释放的过程，碰撞前车辆的动能大小决定了事故的严重程度，而车辆的动能取决于车辆的质量和速度的平方。因此，限制车速能有效控制事故的严重程度。
2.2 动能定理
又如，司机在行驶中发现前方突发事件会紧急刹车，汽车从司机决定刹车到完全停止的这段时间内行驶的距离称为刹车距离。
刹车距离由反应距离和制动距离两部分组成。
反应距离
反应距离是指从司机决定刹车到制动器开始起作用这段时间内汽车所行驶的距离，它由反应时间和车速决定
制动距离
制动距离是指制动器起作用后汽车经历减速直到停止的过程中所行驶的距离，它主要由汽车的制动性能决定。
2.2 动能定理
假设轮胎与路面之间的动摩擦因数为0.8，则不同车速的刹车距离如表2-1所示。
因此，为了安全起见，司机在开车时必须与前面的车辆保持一定的距离，防止发生追尾事故。
2.2 动能定理
课后实践
请在课后通过实验或查阅资料，收集自行车制动距离与自行车车速关系的数据，并尝试用动能定理进行解释。
与同学进行交流，分享彼此的研究成果，并解决彼此的疑惑。

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