什么是永动机

广义的资源是用不完的，一个资源枯竭后，会有替代资源出现，或者社会退回到与之想适应的社会形态。理论上根据E=MCC这个公式，能量是用不完的。至于材料方面，也有新型替代材料如果是环境方面，那确实让人担心

本报综合报道 世界自然基金会(WWF)在《2006年度生命地球报告》中称，全球自然生态系统正以人类历史上前所未有的速度恶化，而且生态多样性减少的趋势也日益明显。假设人类按照目前速度消耗资源，到2050年将消耗掉相当于两个地球才能提供的全部自然资源。

WWF主席詹姆士·利普在发布年度报告时说：“20多年来，我们维持这种生活方式所需的消耗已经大大超出了地球所能承受的程度。我们再继续下去的话，将会负担不起……如果世界上的每一个人都像美国人一样生活，我们得消耗掉5个地球。”

这份报告将各方面数据综合为反映地球生态状况的两个指标。第一个指标叫做“生命地球指数”，该指数根据地球上1300种、种群数量达3600多个的脊椎动物的变化趋势来衡量生物多样性。报告显示，在1970年至2003年间，由于人类行为——包括污染、乱砍乱伐和捕捞过度，从鱼类到哺乳类的脊椎物种种群已锐减三分之一。

WWF报告使用的另一个指标叫做“生态足迹”。研究人员用“生态足迹”的指数来表示地球上平均每人所需的陆地和海洋面积，该指数反映了人类对生物圈的索取程度。报告显示，人类的“生态足迹”已增加到地球无法依靠再生能力来满足的地步。以人均全球公顷数来衡量，2003年全球“生态足迹”平均每人为2.2公顷，而地球所能提供给每个地球居民的土地为1.8公顷。

从上世纪80年代起，人类对自然资源的消耗就开始超过资源的再生能力。在2003年人类的“生态足迹”已经超出了地球生态承载力多达25%。另外，由于化学燃料的大量使用，二氧化碳排放量的增长幅度最大，40多年来已经增长了9倍多。

据报道，在1961年至2003年间，人类对自然资源的消耗量翻了三倍，主要原因是世界人口在这40多年间从30亿增加到了65亿。联合国发布的相关数据更显示，2050年全球人口将达到90亿。

总部设在瑞士的世界自然基金会(WWF)24日宣称，人类目前正在以空前的速度消耗着大自然的资源，如果按照目前的趋势，到2050年，人类即便有两个地球的自然资源也可能不够花。若想扭转这种状况，必须立即做出重要抉择。

WWF表示，每个人都可以通过改变生活习惯来拯救地球，例如减少化石燃料(如煤炭、石油等)的使用，加强对农业、渔业等的管理。

首先要明白到底什么是永动机，并不是字面上“永远转动的机器”，而是不需要消耗能量而永远对外做功，或者从单一热源取热，使其完全变成功而不引起其他变化！

所以，说“宇宙是永动机”并不严谨，因为宇宙囊括了万事万物，不存在“对外做功”或者“从单一热源取热”！

那么简单的理解，问题想表达的意思应该是：“宇宙是不是一台永远转动的机器呢？”（这样的机器并不是我们常说的永动机，暂且按照字面意思理解为永动机）。

宇宙是一台自洽的永动机，宇宙也是一个符合二进制法则的随机硬件编码的自主杀毒的计算机系统。

为什么宇宙能循环相生、生生不息呢？这要归功于宇宙是一个正反对立统一的封闭系统，是一个只有能量转换而没有能量损失的封闭系统，这既符合质能守恒定律又符合热力学所有的定律。

但为什么我们的计算机不能永动呢？原因是计算机只能对软件进行自控编码而不能对硬件自然编码，电脑计算机也要使用能量和消耗能量。

为什么人类造不出永动机来呢？原因之一就是还没找到构成万物的阳微因子和阴微因子，原因之二是人类的贪欲太强，企图要永动机在地球的阻力环境中永无休止的输出能量，这样违反自然规律的机器能成功么？如果能成功，宇宙很快就会爆炸！

并不是，宇宙如今所有的能量来源都来自于宇宙大爆炸的瞬间，奇点的急速膨胀。奇点是一个无限致密，温度和密度无限高无限小的点，究竟是什么触发了奇点的急速膨胀目前还没有定论！

所以，按照宇宙大爆炸理论，宇宙并不是永动机，只是宇宙存在的时间远超乎我们的想象，而只要宇宙存在一天，它就在“永动”！

同时，对于我们的认知来说，太阳和地球也是某种意义上的永动机，它们数十亿年的年龄对于人类来说基本等于“永久”，我们把太阳能当作是可再生能源就是最好的说明！

最后再说一句话，热力学第一定律，也就是能量守恒定律是一天基本定律，人类历史上无数次“永动机”的尝试最终都以失败告终！

许多人对于永动机都有一种错觉，或许从名字上听起来，永动机就是一种会一直运动的机器。虽然这样说也没有错，但是要是你仅仅认为能一直动就是永动机，那么你就是太天真了。因为虽说永动机最主要的一个条件就是一直运动，但是能让它一直运动下去的原因却更重要。只有那种不需要借助任何外力并且在运动过程中不会有任何能量损耗的机器才算得上是永动机，也真是因为它的这种严格要求，所以在我们的世界中并没有真正的永动机存在。

但是许多人会提出疑问，因为我们所生活的地球就是永远在运动着的，而且我们也好像感觉不到它有任何的能量亏损。所以在这种想法的趋势下，大多数人都把地球当作了一个大大的永动机。但是答案是绝对否定的，据科学家所说，地球并不是永动机，虽然它一直在运动，但是却没有避免能量流失。我们感受不到这种能量流失那是因为地球是一个很庞大的体系，小小的能量亏损是无法影响到它的，因而我们也无法感知到。

有科学家提出，地球公转，自转进行运动当然是由于力的趋势，而这一种力又是一种能量，一种来自宇宙中神秘又深深存在的力量。地球这个大球体，里面是有着南北两极的，而在南北极一定存在着磁场的。南北两地也是相差得非常远的，所以在这两极的磁场之间是有很大的空隙的。正因如此，在这个长长的距离之上，两极的磁力互相吸引，而带上地球自身地底下的岩浆不断燃烧，南北两极很自然地形成了一个磁链。

这个磁链上，有着岩浆燃烧起来的热量，与磁力结合起来，就带动了地球的运动。虽然听到这里，大家肯定会疑问，磁力总有一天会被消耗完，那么为什么地球可以从过去运动到现在呢！其实这个问题是很简单的，因为地球只要一转动，地底下面的岩浆就会再次滚动起来，这样一来，热量就会一直传到磁链上，这也就保证了地球的永动。

根据能量守恒定律是不可能出现永动机。有动力肯定要能量。 但抛开一切说制造出来啦那世界肯定提前发生变化。真有那一天永动机被发明出来，那这世界就把幻想变成了现实，古代的幻想千里眼、顺风耳现在已实现，只要有人探索下去或许某一天被人类功破能量守恒定律真的发明出来也不好说，到那时就会看到人在空中飞行，家里用电也自己用永动机发电，一切的一切都会发生巨大变化，工厂无排放，沙漠将不复存在，煤碳、石油将变成教科书里的历史题材，空气、水源都比现在好，这就是永动机发明成功带来的巨大变化。

如果永动机有一天会实现，世界上的物体将不复存在。因为没有摩擦力，没有阻力，没有引力，地球表面的物体将不翼而飞。其次地球表面温度将直线上升，没有消耗，没有转化，破坏了物体生存条件和运动规律，那时人类和其它动物各散36o度的不同方向，世界也就到了未日。

第一类永动机是指机器能够在单一热源，不从外界吸收热量的情况下能够不断的运转，并且不断的向外界产出能量的一种机器。由于它违背了能量守恒定律，也就是能量不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一个物体转到另一个物体，从一个地方转到另一个地方。所以，热力学第一定律也有另一种表示方法。

第二类永动机：它是指，从单一热源吸收能量，使它完全变成有用功而没有其他影响。这类永动机不会违反能量守恒定律，但是它违反了热力学第二定律，即：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成有用功而不产生其他影响。因此，第二类永动机也不可能实现。

1.阿伏加德罗常数NA=6.02×1023/mol；分子直径数量级10-10米

2.油膜法测分子直径d=V/s {V:单分子油膜的体积(m3)，S:油膜表面积(m)2｝

3.分子动理论内容：物质是由大量分子组成的；大量分子做无规则的热运动；分子间存在相互作用力。

4.分子间的引力和斥力(1)r10r0，f引=f斥≈0，F分子力≈0，E分子势能≈0

5.热力学第一定律W+Q=ΔU{(做功和热传递，这两种改变物体内能的方式，在效果上是等效的)，W:外界对物体做的正功(J)，Q:物体吸收的热量(J)，ΔU:增加的内能(J)，涉及到第一类永动机不可造出〔见第二册P40〕｝

6.热力学第二定律

克氏表述：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其它变化(热传导的方向性)；

开氏表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其它变化(机械能与内能转化的方向性){涉及到第二类永动机不可造出〔见第二册P44〕｝

7.热力学第三定律：热力学零度不可达到{宇宙温度下限：-273.15摄氏度(热力学零度)｝

注:

(1)布朗粒子不是分子,布朗颗粒越小，布朗运动越明显,温度越高越剧烈；

(2)温度是分子平均动能的标志；

(3)分子间的引力和斥力同时存在,随分子间距离的增大而减小,但斥力减小得比引力快；

(4)分子力做正功，分子势能减小,在r0处F引=F斥且分子势能最小；

(5)气体膨胀,外界对气体做负功W<0 u="">0；吸收热量，Q>0

(6)物体的内能是指物体所有的分子动能和分子势能的总和，对于理想气体分子间作用力为零，分子势能为零；

(7)r0为分子处于平衡状态时，分子间的距离；

(8)其它相关内容：能的转化和定恒定律〔见第二册P41〕/能源的开发与利用、环保〔见第二册P47〕/物体的内能、分子的动能、分子势能〔见第二册P47〕。

知识点概述

能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量不变。这就是能量守恒定律，如今被人们普遍认同。

知识点总结

一、能量的转化与守恒

1.化学能：由于化学反应，物质的分子结构变化而产生的能量。

2.核能：由于核反应，物质的原子结构发生变化而产生的能量。

3.能量守恒定律：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而能的总量保持不变。

●内容：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。

即

E机械能1+E其它1=E机械能2+E其它2

●能量耗散：无法将释放能量收集起来重新利用的现象叫能量耗散，它反映了自然界中能量转化具有方向性。

二、能源与社会

1.可再生能源：可以长期提供或可以再生的能源。

2.不可再生能源：一旦消耗就很难再生的能源。

3.能源与环境：合理利用能源，减少环境污染，要节约能源、开发新能源。

三、开发新能源

1.太阳能

2.核能

3.核能发电

4、其它新能源：地热能、潮汐能、风能。

能源的分类和能量的转化

能源品种繁多，按其来源可以分为三大类：一是来自地球以外的太阳能，除太阳的辐射能之外，煤炭、石油、天然气、水能、风能等都间接来自太阳能；第二类来自地球本身，如地热能，原子核能(核燃料铀、钍等存在于地球自然界)；第三类则是由月球、太阳等天体对地球的引力而产生的能量，如潮汐能。

【一次能源】指在自然界现成存在，可以直接取得且不必改变其基本形态的能源，如煤炭、天然气、地热、水能等。由一次能源经过加工或转换成另一种形态的能源产品，如电力、焦炭、汽油、柴油、煤气等属于二次能源。

【常规能源】也叫传统能源，就是指已经大规模生产和广泛利用的能源。表2-1所统计的几种能源中如煤炭、石油、天然气、核能等都属一次性非再生的常规能源。而水电则属于再生能源，如葛洲坝水电站和未来的三峡水电站，只要长江水不干涸，发电也就不会停止。煤和石油天然气则不然，它们在地壳中是经千百万年形成的(按现在的采用速率，石油可用几十年，煤炭可用几百年)，这些能源短期内不可能再生，因而人们对此有危机感是很自然的。

【新能源】指以新技术为基础，系统开发利用的能源。其中最引人注目的是太阳能的利用。据估计太阳辐射到地球表面的能量是目前全世界能量消费的1.3万倍。如何把这些能量收集起来为我们所用，是科学家们十分关心的`问题。植物的光合作用是自然界“利用”太阳能极为成功的范例。它不仅为大地带来了郁郁葱葱的森林和养育万物的粮菜瓜果，地球蕴藏的煤、石油、天然气的起源也与此有关。寻找有效的光合作用的模拟体系、利用太阳能使水分解为氢气和氧气及直接将太阳能转变为电能等都是当今科学技术的重要课题，一直受到各国政府和工业界的支持与鼓励。

以上是从能源的使用进行分类的方法，若从物质运动的形式看，不同的运动形式，各有对应的能量，如机械能(包括动能和势能)、热能、电能、光能等等。各种形式的能量可以互相转化，如动能可与势能互相转化(建筑工地打夯的落锤的上、下运动所包括的能量转化过程)；化学能可与电能互相转化(化学电池和电解就是实现这种转化的两种过程)。在能量相互转化过程中，尽管做功的效率因所用工具或技术不同而有差别，但是折算成同种能量时，其总值却是不变的，这就是能量转化和能量守恒定律，这是自然界中一条极为基本的定律(另一条为质量守恒定律)，也是识破各式各样永动机的有力判据。在能量转化过程过中，未能做有用功的部分称为“无用功”，通常以热的形式表现。

物质体系中，分子的动能、势能、电子能量和核能等的总和称为内能。内能的绝对值至今尚无法直接测定，但体系状态发生变化时，内能的变化以功或热的形式表现，它们是可以被精确测量的。体系的内能、热效应和功之间的关系式为：

△E=Q+W

其中△E是体系内能的变化，Q是体系从外界吸收的热量，W是外界对体系所做的功。这就是著名的热力学第一定律的数学表达式，也就是能量守恒定律的数学表达式。应用上述公式时，要注意各种物理量的正、负号，即：

△E──(+)体系内能增加， (-)体系内能体系减少；

Q──(+)体系吸收热量， (-)体系放出能量；

W──(+)外界对体系做功， (-)体系对外界做功。

例如1.00 g乙醇在78.3℃时气化，需吸收 854 J的热，这些乙醇由液态变成气态，在101 kPa压力下所做的体积膨胀功为63.2J，这是体系对外界所做的功，应为负值，所以该体系内能的变化△E=[854+(- 63.2)]J=+791J，△E为正值，即体系内能增加了791J。

能源的利用，其实就是能量的转化过程。如煤燃烧放热使蒸汽温度升高的过程就是化学能转化为蒸汽内能的过程；高温蒸汽推动发电机发电的过程是内能转化为电能的过程；电能通过电动机可转化为机械能；电能通过白炽灯泡或荧光灯管可转化为光能；电能通过电解槽可转化为化学能等等。柴草、煤炭、石油和天然气等常用能源所提供的能量都是随化学变化而产生的，多种新能源的利用也与化学变化有关。化学变化的实质是化学键的改组，所以了解化学键及键能等基本概念，将有助于加深对能源问题的认识。

6 高中 物理 必修一 高一 知识梳理 高一物理知识点归纳

弹力

（1） 形变：物体的形状或体积的改变，叫做形变。

说明：①任何物体都能发生形变，不过有的形变比较明显，有的形变及其微小。

②弹性形变：撤去外力后能恢复原状的形变，叫做弹性形变，简称形变。

（2）弹力：发生形变的物体由于要恢复原状对跟它接触的物体会产生力的作用，这种力叫弹力。

说明：①弹力产生的条件：接触；弹性形变。

②弹力是一种接触力，必存在于接触的物体间，作用点为接触点。

③弹力必须产生在同时形变的两物体间。

④弹力与弹性形变同时产生同时消失。

（3）弹力的方向：与作用在物体上使物体发生形变的外力方向相反。

几种典型的产生弹力的理想模型：

① 轻绳的拉力（张力）方向沿绳收缩的方向。注意杆的不同。

② 点与平面接触，弹力方向垂直于平面；点与曲面接触，弹力方向垂直于曲面接触点所在切面。

③ 平面与平面接触，弹力方向垂直于平面，且指向受力物体；球面与球面接触，弹力方向沿两球球心连线方向，且指向受力物体。

（4）大小：弹簧在弹性限度内遵循胡克定律F=kx，k是劲度系数，表示弹簧本身的一种属性，k仅与弹簧的材料、粗细、长度有关，而与运动状态、所处位置无关。其他物体的弹力应根据运动情况，利用平衡条件或运动学规律计算。

摩擦力

（1） 滑动摩擦力：一个物体在另一个物体表面上相当于另一个物体滑动的时候，要受到另一个物体阻碍它相对滑动的力，这种力叫做滑动摩擦力。

说明：①摩擦力的产生是由于物体表面不光滑造成的。

②摩擦力具有相互性。

ⅰ滑动摩擦力的产生条件：A.两个物体相互接触；B.两物体发生形变；C.两物体发生了相对滑动；D.接触面不光滑。

ⅱ滑动摩擦力的方向：总跟接触面相切，并跟物体的相对运动方向相反。

说明：①“与相对运动方向相反”不能等同于“与运动方向相反”

②滑动摩擦力可能起动力作用，也可能起阻力作用。

ⅲ滑动摩擦力的大小：F=μFN

说明：①FN两物体表面间的压力，性质上属于弹力，不是重力。应具体分析。

②μ与接触面的材料、接触面的粗糙程度有关，无单位。

③滑动摩擦力大小，与相对运动的速度大小无关。

ⅳ效果：总是阻碍物体间的相对运动，但并不总是阻碍物体的运动。

ⅴ滚动摩擦：一个物体在另一个物体上滚动时产生的摩擦，滚动摩擦比滑动摩擦要小得多。

（2）静摩擦力：两相对静止的相接触的物体间，由于存在相对运动的趋势而产生的摩擦力。

说明：静摩擦力的作用具有相互性。

ⅰ静摩擦力的产生条件：A.两物体相接触；B.相接触面不光滑；C.两物体有形变；D.两物体有相对运动趋势。

ⅱ静摩擦力的方向：总跟接触面相切，并总跟物体的相对运动趋势相反。

说明：①运动的物体可以受到静摩擦力的作用。

②静摩擦力的方向可以与运动方向相同，可以相反，还可以成任一夹角θ。

③静摩擦力可以是阻力也可以是动力。

ⅲ静摩擦力的大小：两物体间的静摩擦力的取值范围0＜F≤Fm，其中Fm为两个物体间的最大静摩擦力。静摩擦力的大小应根据实际运动情况，利用平衡条件或牛顿运动定律进行计算。

说明：①静摩擦力是被动力，其作用是与使物体产生运动趋势的力相平衡，在取值范围内是根据物体的“需要”取值，所以与正压力无关。

②最大静摩擦力大小决定于正压力与最大静摩擦因数（选学）Fm＝μsFN。

ⅳ效果：总是阻碍物体间的相对运动的趋势。

对物体进行受力分析是解决力学问题的基础，是研究力学的重要方法，受力分析的程序是：

一、匀变速直线运动的特征和规律：

? 匀变速直线运动：加速度是一个恒量、且与速度在同一直线上。

基本公式： 、、

（只适用于匀变速直线运动）。

? 当v0=0 、a=g （自由落体运动），有

vt=gt 、 、 、。

?当V0竖直向上、 a= -g （竖直上抛运动）。

注意： (1)上升过程是匀减速直线运动，下落过程是匀加速直线运动。

(2)全过程加速度大小是g，方向竖直向下，全过程是匀变速直线运动

(3)从抛出到落回抛出点的时间：t总= 2V0/g =2 t上=2 t 下

(4)上升的最大高度（相对抛出点）：H=v02/2g

(5)*上升、下落经过同一位置时的加速度相同，而速度等值反向

(6)*上升、下落经过同一段位移的时间相等。

(7)*用全程法分析求解时：取竖直向上方向为正方向，S>0表示此时刻质点的位置在抛出点的上方；S<0表示质点位置在抛出点的下方。 vt >0表示方向向上； vt <0表示方向向下。在最高点 a=-g v=0。

二、运动的合成和分解：

1．两个匀速直线运动的物体的合运动是___________________运动。一般来说，两个直线运动的合运动并不一定是____________运动，也可能是_____________运动。合运动和分运动进行的时间是__________的。

2．由于位移、速度和加速度都是______量，它们的合成和分解都按照_________法则。

三、曲线运动：

曲线运动中质点的速度沿____________方向，曲线运动中，物体的速度方向随时间而变化，所以曲线运动是一种__________运动，所受的合力一定 .必具有_________。物体做曲线运动的条件是________________ 。

四、平抛运动（设初速度为v0）：

1．特征：初速度方向____________，加速度____________。是一种 。。。

2．性质和规律：

水平方向：做______________运动， vX=v0 、x=v0t 。

竖直方向：做______________运动， vy=gt＝ 、y=gt2/2＝ 。

合速度：V= ，合位移S= 。

3．平抛运动的飞行时间由 决定，与 无关。

五、斜抛运动（设初速度为v0，抛射角为θ）：

1．特征：初速度方向_______________，加速度________________。

2．性质和规律：

水平方向：做______________运动， vX= 、x=

竖直方向：做______________运动， vy= 、y=。

合速度：V= ，合位移S= 。

3．在最高点 a=-g vy=0

最大高度：H=,射程S= 飞行时间T＝

圆周运动 知识要点

一、匀速圆周运动的基本概念和公式：

1．速度（线速度）：

定义：文字表述____________________________________；定义式为_________；

速度的其他计算公式：v=2rπ/T=2πRn、n 是转速。

2．角速度：

定义：文字表述______________________________________；定义式________；

角速度的其他计算公式：_________________________________。

线速度与角速度的关系：___________________。

3．向心加速度：计算公式： a=v2/r=ω2r = .

注意：（1）上述计算向心加速度的两个公式也适用于计算变速圆周运动的向心加速度，计算时必须用该点的线速度（或角速度）的瞬时值；

（2）v一定时，a与r成反比； 一定时，a与r成正比。

4．向心力：

计算公式：F=mv2/r ＝ ＝ ＝

（1）匀速圆周运动速度大小不变，方向时刻改变，是变速运动；加速度大小不变方向时刻改变，是一种变加速运动。匀速圆周运动的速度、加速度和所受向心力都是变量，但角速度是恒量；

（2）线速度、角速度和周期都表示匀速圆周运动的快慢；运动越快，则线速度越 、角速度越 、周期越 。

（3）匀速圆周运动时物体所受合外力必须指向圆心，作为使物体产生向心加速度的向心力。如果物体做变速圆周运动，合外力的沿半径的分力是此时的向心力，它改变速度的方向；合外力的切向分力则改变速度的大小。

二、圆周运动题型分析：

在水平面上的匀速圆周运动：知道飞机绕水平圆周盘旋、自行车或汽车在水平面内转弯、火车转弯、*圆锥摆等问题中物体所受合外力作为向心力。汽车过拱桥、细绳拉住物体在竖直平面内作圆周运动（不是匀速）时，沿半径方向的合力提供向心力，在最高点的合力向下，在最低点的合力向上。

万有引力 知识要点

一、万有引力定律： F=

适用条件：两个质点间(质量均匀分布的球可以看作质量在球心的质点)二、万有引力定律的应用：（天体质量M, 天体半径R, 天体表面重力加速度g ）

1．万有引力=向心力 (一个天体绕另一个天体作圆周运动时，r=R+h )

G

中心天体的质量： M=4π2r3/GT2

人造地球卫星的作圆周运动速度大小计算：

2．重力=万有引力

地面物体的重力加速度：mg = G g = G ≈9.8m/s2

高空物体的重力加速度：mg = G g = G <9.8m/s2

3．第一宇宙速度----在地球表面附近(轨道半径可视为地球半径)绕地球作圆周运动的卫星的线速度,在所有圆周运动的卫星中线速度是最大的.

由mg = m 或由 = =7.9km/s

7.9×103m/s称为第一宇宙速度；11.2×103m/s称为第二宇宙速度；16.7×103m/s称为第三宇宙速度。

4．通讯卫星（又称同步卫星）相对于地面静止不动，其圆轨道位于赤道上空，其周期与地球自转周期相同（一天），其轨道半径是一个定值。

5．卫星在发射时加速升高和返回减速的过程中，均发生超重现象，进入圆周运动轨道后，发生完全失重现象，一切在地面依靠重力才能完成的实验都无法做。

机械能和能源 知识要点

一、功和功率：

1．功的计算公式： W＝ （条件： ）

2．做功的两个不可缺少的因素：（1） ；（2） ；

功是标量、是过程量。功的大小反映了力在使物体发生一段位移的过程中的总效果；同时功又是物理过程中能量转移或转化的量度。

注意：当 = π时，W=0。例如：线吊小球做圆周运动时，线的拉力不做功；当π/2<α≤π时，力对物体做负功，也说成物体克服这个力做了功（取正值）

3．功率：定义式

物理意义：___________________________；单位及换算：1kW= W

其他计算公式：平均功率_____________________；

瞬时功率_____________________。

额定功率是发动机正常工作时最大功率；实际输出功率小于或等于额定功率。

二、动能和动能定理：

1．动能：大小____________决定因数：_______。

注意：动能是标量，动能没有方向，不要把速度的方向误认为是动能的方向。动能是状态量，是瞬时量，与一个时刻或位置相对应。

2．动能定理：

文字表述：____________________________________________________；

公式表示： W=EK2－EK 1 ＝mv22/2-mv12/2

讨论：当W>0时， EK2 >EK1，动能增大；

当W<0时， EK2 <EK1 动能减小；当W=0时 EK2 = EK1 动能不变。

注意：（1）功和能是两个不同的概念，但相互之间有密切的联系，这种联系体现于动能定理上，外力对物体做的总功等于物体动能的增加。（2）外力对物体所做的总功等于物体受到的所有外力的功（包括各段的运动过程）的代数和。（3）适用对象：适用于单个物体。

三、重力势能和弹性势能：

1，重力势能：

（1）重力做功的特点：重力对物体做的功只跟 有关，而跟物体的运动的路径无关。

（2）重力势能的定义和定义式： 。

性质：重力势能是标量、状态量、相对量。当物体位于所选择的参考平面（零势面）的上方（下方）时，重力势能为正直（负值）。但重力势能的差值与参考平面的选择无关。重力势能属于物体和地球组成的系统。

（3）重力势能与重力做功的联系：重力做的正功等于物体的重力势能的减小，即WG=mgh1—mgh2；如重力做的负功（多少）等于重力势能增加。

2．弹性势能：物体由于发生了弹性形变，而具有的能量，其大小与物体的 .及 有关。弹性势能的变化与弹力的功的关系是 。

四、机械能守恒定律：

1．内容：_______________________________________________________

________________________________________________；

2．条件：只有重力（弹力）做功，其他力不做功。这里的弹力指研究弹性势能的物体（如弹簧）的弹力，不是指通常的拉力、推力。不能误认为“只受重力（弹力）作用。

3．表达式：E2=E1或

注意：（1）研究对象是系统；（2）分清初、末状态。

4．功和能的关系

重力的功?量度?重力势能的变化,弹力的功?量度?弹性势能的变化

合外力的功?量度?动能的变化（注意：合外力包括重力合弹力）

除重力和弹力之外的外力的功?量度?机械能的变化

五、能量守恒定律和能源：

1． 能的转化和守恒定律： 。

2．第一类永动机是指

3．第二类永动机是指

4．一次能源有 。

二次能源有 。

其中属于可再生能源有 属于不可再生的能源有

5．未来的能源有 。

经典力学与物理学的革命 知识要点

1．经典力学的建立

经典力学是描述宏观物体低速运动规律的力学体系。17、18世纪建立，也叫牛顿力学（因为牛顿建立了普遍适用的力学规律——牛顿运动定律和万有引力定律）或古典力学。对经典力学的建立作出重要贡献的有： 、 、

、 、、 等。

2．经典力学的局限性: 只适用于

3．经典时空观（三个结论）：

4．相对论时空观：同时是相对的；空间距离是相对的

狭义相对论——爱因斯坦创立。重要结论有：运动的时钟 ；运动的尺子 ，运动的物体的质量随速度的增加而 。

5．经典物理学能量观——一切自然过程（包括物质、能量）都是

普朗克能量量子化——物质发射（或吸收）能量时，能量是

量子说：普朗克提出，能够很好解释 规律。

6．光子说：认为E=hν 爱因斯坦提出，能够很好解释 规律。

光的本性：光具有波粒二象性（光的干涉、衍射和偏振等说明光具有 ，光电效应说明光具有 ）

物理基础知识练习题

1a．两个质量不同的物体，放在不同的水平面上，用相同的水平拉力分别使它们运动相同的位移，则拉力对物体做的功大。(填“一样”或“不一样”)

1b．放在光滑水平面上的物体，在水平拉力F1作用下，移动位移S；如果拉力改为与水平方向成300的力F2，移动的位移为2S，已知F1和F2所做的功相等，则F1与F2的大小之比为 。

1c．如图所示，光滑斜面的倾角为θ，斜面高度为h，底边长为L。用水平恒力F将质量为m的物体从斜面底端推到斜面顶端时，推力做功为W1=，重力做功为W2= ，斜面对物体的弹力做功为W3= 。

2a．汽车在水平的公路上，沿直线匀速行驶，当速度为18m/s时，其输出功率为72kW，汽车所受到的阻力是N。

2b．质量是2kg的物体，从足够高处自由落下，经过5s重力对物体做功的平均功率是______W，瞬时功率是______W。（取g＝10m／s2）

2c．质量为5.0×103 kg的汽车，在水平路面上由静止开始做加速度为2.0m/s2的匀加速直线运动，所受阻力是1.0×103N，汽车在起动后第1s末牵引力的瞬时功率是 。

3a．在粗糙水平面上，质量为m的物体在水平恒力F的作用下，运动位移S，物体与地面间的动摩擦因数为μ，则运动位移S时物体的动能为 。

3b．斜面的倾角为θ，斜面高度为h，物体与斜面的动摩擦因数为μ。物体从斜面顶端由静止滑到底端的动能为 。

3c．有一质量为m的小球，以初速度V0竖直上抛后落回原处，如不计空气阻力，小球的速度变化了_________，小球的动能变化了__________.

3d．水平面上的质量为m的物体，在一个水平恒力F作用下，由静止开始做匀加速直线运动，经过位移S后撤去外力，又经过位移3S物体停了下来。则物体受到的阻力为 。

4a．重力对物体做10J的功,物体重力势能 了 J. 重力对物体做－10J的功,物体重力势能 了 J。

4b．单摆的摆球从最大位移处向最低位置运动的过程中，重力做 ，重力势能 ，摆线的拉力 。

5a．以V0的初速度竖直上抛一个小球,忽略空气阻力,则上升的最大高度为 ,上升高度h时的速度为 。

5b．如图，长为L的细绳一端固定，另一端连接一质量为m的小球，现将球拉至与水平方向成30°角的位置释放小球（绳刚好拉直），则小球摆至最低点时的速度大小为 ,绳子的拉力为 .

6a．一质点做匀速圆周运动过程中，角速度 ，周期，动能 ，动量 ，向心力 ，向心加速度 。（填变化与否）

6b．一质点做匀速圆周运动，在12s内运动的路程为24m，则质点的线速度大小为。

6c．一质点做匀速圆周运动，在3s内半径转过角度为1200，则质点的角速度为，周期为 。

6d．一质点做匀速圆周运动的半径为r，周期为T，则质点的线速度大小为 ，角速度为 ，频率为 。

6e．已知一质量为m的质点做匀速圆周运动的半径为r，周期为T，则质点的向心力为F= 。

7a．如左图为光滑的半球形碗，质量为m的小球从A点由静止滑下，则小球在最低点B时的速度为，向心加速度为 ，向心力为 ，球对碗底的压力为。

7b．如下中左图，一根长为L的细线一端固定，一端系一质量为m的小球在竖直平面内做圆周运动，则小球在最高点时的最小速度为，绳子的最小拉力为 ；*在最低点时小球的最小速度为，*绳子的最小拉力为 。

7c*．如下中右图，一长为L的轻杆一端系一质量为m的小球在竖直平面内做圆周运动，则小球在最高点时的最小速度为，轻杆对小球的作用力最小为 ；在最低点时小球的最小速度为，轻杆对小球的作用力最小为。 7d．如上右图所示为一皮带传动装置，右轮的半径为r，a是它边缘上的一点。左轮的半径为2r。c点在左轮上，到左轮中心的距离为r。a点和b点分别位于右轮和左轮的边缘上。若在传动过程中，皮带不打滑。则a、b、c三点的线速度大小之比为 ；a、b、c三点的向心加速度大小之为 。

8a。两颗人造地球卫星的质量分别为m和2m，轨道半径分别为4 r和r，则地球对两颗人造卫星的万有引力之比为 ，向心加速度之比为 ，线速度之比为 ，周期之比为。

8b。已知海王星和地球的质量比M：m=16：1，它们的半径比R：r= 4：1，求：

（1）海王星和地球的第一宇宙速度之比。

（2）海王星和地球表面的重力加速度之比 。

8b。如果某恒星有一颗卫星，此卫星沿非常靠近恒星的表面做匀速圆周运动的周期为T，则可估算此恒星的平均密度为（万有引力恒量为G）

物理定理、定律、公式表

一、质点的运动（1）------直线运动

1）匀变速直线运动

1.平均速度V平＝s/t（定义式） 2.有用推论Vt2-Vo2＝2as

3.中间时刻速度Vt/2＝V平＝(Vt+Vo)/2 4.末速度Vt＝Vo+at

5.中间位置速度Vs/2＝[(Vo2+Vt2)/2]1/2 6.位移s＝V平t＝Vot+at2/2＝Vt/2t

7.加速度a＝(Vt-Vo)/t ｛以Vo为正方向，a与Vo同向(加速)a>0；反向则aF2)

2.互成角度力的合成：

F＝(F12+F22+2F1F2cosα)1/2（余弦定理） F1⊥F2时:F＝(F12+F22)1/2

3.合力大小范围：|F1-F2|≤F≤|F1+F2|

4.力的正交分解：Fx＝Fcosβ，Fy＝Fsinβ（β为合力与x轴之间的夹角tgβ＝Fy/Fx）

注：

(1)力(矢量)的合成与分解遵循平行四边形定则

（2）合力与分力的关系是等效替代关系,可用合力替代分力的共同作用,反之也成立

(3)除公式法外，也可用作图法求解,此时要选择标度,严格作图

(4)F1与F2的值一定时,F1与F2的夹角(α角)越大，合力越小

（5）同一直线上力的合成，可沿直线取正方向，用正负号表示力的方向，化简为代数运算。

四、动力学（运动和力）

1.牛顿第一运动定律(惯性定律）：物体具有惯性，总保持匀速直线运动状态或静止状态,直到有外力迫使它改变这种状态为止

2.牛顿第二运动定律：F合＝ma或a＝F合/ma{由合外力决定,与合外力方向一致}

3.牛顿第三运动定律：F＝-F′{负号表示方向相反,F、F′各自作用在对方，平衡力与作用力反作用力区别，实际应用：反冲运动}

4.共点力的平衡F合＝0，推广 ｛正交分解法、三力汇交原理｝

5.超重：FN>G，失重：FN>r｝

3.受迫振动频率特点：f＝f驱动力

4.发生共振条件:f驱动力＝f固，A＝max，共振的防止和应用〔见第一册P175〕

5.机械波、横波、纵波〔见第二册P2〕

6.波速v＝s/t＝λf＝λ/T{波传播过程中，一个周期向前传播一个波长；波速大小由介质本身所决定}

7.声波的波速(在空气中）0℃：332m/s；20℃:344m/s；30℃:349m/s；(声波是纵波)

8.波发生明显衍射（波绕过障碍物或孔继续传播）条件：障碍物或孔的尺寸比波长小，或者相差不大

9.波的干涉条件：两列波频率相同(相差恒定、振幅相近、振动方向相同)

10.多普勒效应:由于波源与观测者间的相互运动，导致波源发射频率与接收频率不同｛相互接近，接收频率增大，反之，减小〔见第二册P21〕｝

注：

（1）物体的固有频率与振幅、驱动力频率无关，取决于振动系统本身；

（2）加强区是波峰与波峰或波谷与波谷相遇处，减弱区则是波峰与波谷相遇处；

（3）波只是传播了振动，介质本身不随波发生迁移,是传递能量的一种方式；

（4）干涉与衍射是波特有的；

(5)振动图象与波动图象；

(6)其它相关内容：超声波及其应用〔见第二册P22〕/振动中的能量转化〔见第一册P173〕。

继续

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