5-1 能量與做功
5.1.1 什麼是能量？
能量是物體做功的能力，存在於我們生活的方方面面。能量可以從一種形式轉換成另一種形式，但總量保持不變，這是能量守恆的核心概念。
以下是能量在生活中的一些例子：
- 化學能：我們吃的食物提供化學能，支持身體的運動和新陳代謝。
- 動能：汽車燃料燃燒產生動力，將化學能轉換為汽車的動能。
- 電能：手機充電時，電能支持其運行，驅動內部電子元件。
問題 1：
能量可以被創造或消滅嗎？請解釋。
解題策略：
回想能量守恆定律，思考能量在轉換過程中的總量是否改變。
問題 2：
給出一個日常生活中能量轉換的例子，並說明能量的形式如何轉換。
解題策略：
想想身邊的設備或活動，能量是如何從一種形式轉換為另一種形式的。
問題 3：
為什麼能量被稱為「做功的能力」？
解題策略：
考慮功的定義，並聯繫能量與功之間的關係。
5.1.2 能量的單位
能量的標準單位是 焦耳 (J)。1 焦耳是國際單位制中能量的基本單位，適用於各種形式的能量計量。
除了焦耳，能量還有其他單位，例如卡路里 (cal)、電子伏特 (eV) 等：
- 卡路里 (cal)：常用於計算食物能量和熱量。
- 電子伏特 (eV)：常用於原子和粒子物理中，計量微觀粒子的能量。
問題 4：
國際單位制 (SI) 中，能量的標準單位是什麼？
解題策略：
回憶能量的定義和國際單位制中對能量的標準規定。
問題 5：
除了焦耳，能量還有哪些常見的單位？請列舉兩個並簡述其應用領域。
解題策略：
回想課程中提到的其他能量單位及其應用。
問題 6：
解釋焦耳作為能量單位的重要性。
解題策略：
考慮國際單位制的統一性和焦耳在物理學中的普遍應用。
5.1.3 能量與功
功是能量轉移的一種形式，當力作用在物體上並使其發生位移時，力對物體做功。
功的公式： W = F × s × cosθ
- W：功（焦耳，J）
- F：作用力（牛頓，N）
- s：位移（公尺，m）
- θ：力與位移方向之間的夾角
功的性質：
- 當 0° ≤ θ < 90°，cosθ > 0，力做正功，物體的能量增加。
- 當 θ = 90°，cosθ = 0，力不做功，物體的能量不變。
- 當 90° < θ ≤ 180°，cosθ < 0，力做負功，物體的能量減少。
問題 7：
一個工人用 100 N 的水平力推動一箱子，使其沿水平面移動了 5 m，求工人對箱子做的功。
解題策略：
力與位移同方向，θ = 0°，cosθ = 1，直接套用公式 W = F × s。
問題 8：
一名小孩以 30 N 的力拉著雪橇，繩子與地面成 60° 角，雪橇沿水平地面移動了 10 m。求小孩對雪橇做的功。
解題策略：
使用功的公式 W = F × s × cosθ，將 θ = 60° 代入計算。
問題 9：
一個物體以 20 N 的力沿與運動方向成 120° 角施力，物體移動了 5 m，求該力對物體所做的功。
解題策略：
因為角度大於 90°，cosθ 為負值，計算出來的功即為負功。