7-1 能量的形式和轉換 1 of 12 能量是促成自然現象變化的根源，太陽能替我們將水搬到高處，人類再利用高、低水位差發電。

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1 7-1 能量的形式和轉換 1 of 12 能量是促成自然現象變化的根源，太陽能替我們將水搬到高處，人類再利用高、低水位差發電。

2 7-1 能量的形式和轉換 2 of 12 「能量」代表能使物體作「功」的本領。
用「力」推動物體產生「位移」，就是對物體作功，所以功的定義為力和位移的乘積。 力(牛頓，N) 功(焦耳，J) 位移(公尺，m)

3 7-1 能量的形式和轉換 3 of 12 能量以多種形式存在，不同形式的能量之間也可以互相轉換。例如：電燈能將電能轉換成光能與熱能。
物體在運動時，具有動能： 質量(kg) 動能(焦耳，J) 速度大小(m/s)

4 7-1 能量的形式和轉換 4 of 12 靜止的物體沒有動能，但是依其所處的狀態或所在的位置會有另一種形式的能量。
例如在射箭時先把弓拉緊，這時弓和箭都是靜止，因此動能為零。鬆手後，箭即飛出去，此時的動能從何而來呢？ 來自弓的彈力位能。 答：用手拉弓，對弓作的功，轉變為彈力位能儲存在緊繃的弓裡面。鬆手後，釋放出來的彈力位能，轉變為箭的動能，箭即飛出。

5 7-1 能量的形式和轉換 5 of 12 在地球的重力場中，人施力把重錘提升至高處而作功，功轉換為儲存在重錘的重力位能。
鬆手後，重力位能轉變為重錘下落的動能。 重錘擊中木樁時，重錘的動能又轉變為對木樁作功，將木樁打入地面下。(那消失的動能到哪兒去了呢？) 答：轉變為木樁與地面間摩擦產生的熱能。

6 7-1 能量的形式和轉換 6 of 12 重力位能與物體的位置有關，故稱位能。若物體質量為m，離地高度為h，物體的重力位能U為：
質量(kg) 離地高度(m) 重力位能(焦耳，J) 地表重力加速度約為9.8(m/s2)

7 7-1 能量的形式和轉換 7 of 12 一般而言，在運動的過程中只受到重力(或彈力)作功時，物體的動能和位能的總和不變，這稱為「力學能守恆定律」。(力學能=動能+位能) 因此，滑板表演者只受到重力作功而落下，因此損失的位能轉換為增加動能，但總力學能不變。

8 7-1 能量的形式和轉換 8 of 12 除了重力位能與彈力位能外，電荷在電場中，或是磁鐵在磁場中，都能儲存有類似的位能，分別稱為電位能與磁位能。 除了動能和位能外，還有其他形式的能量，例如熱能、光能、電能、化學能等。不管如何轉換，孤立系統的能量總和是不變的，稱為「能量守恆定律」。 請同學想想看下列這些是怎麼轉換的呢？雙手摩擦生熱；隕石穿越大氣層時發光發熱，化為流星；電燈接上乾電池可以照明；火力發電…

9 7-1 能量的形式和轉換 9 of 12 功和能量的單位是焦耳(J)，是為了紀念英國科學家焦耳在能量轉換研究上的貢獻。
作功：1焦耳就是以1牛頓的力使物體產生1公尺的位移所做的功。 熱能：1卡就是使1克的純水，溫度升高攝氏1度所需的熱能。 功與熱能可以互相轉換，那麼焦耳和卡的數量關係為何？這是當時焦耳想要回答的問題。

10 7-1 能量的形式和轉換 10 of 12 於是焦耳設計了如圖的實驗裝置，物體下落時損失重力位能，帶動容器內的轉輪葉片，結果水溫升高。
根據能量守恆定律： 計算得知「1卡=4.186焦耳」，稱為熱功當量。

11 7-1 能量的形式和轉換 11 of 12 習題7-1 (2)把球垂直向上拋起，試問球在上拋和下落的過程中，受到何種力作功？球的能量形式有何轉變？若球拋出的初速為10m/s，則球落回原處的速度大小為何？(假定空氣阻力不計) 解：(a)只受重力作功力學能守恆。(即動能+位能總和不變) (b)剛出發時位能最小動能最大；上升過程位能增加動能減少；最高點時位能最大動能為零；下降過程位能減少動能增加；回到原處時位能回復到最小動能最大。 (c)球落回的末速大小等於初速大小(因位動能、位能跟出發時一樣。)

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