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(完整word)第十一章功和机械能教案
第十一章 功和机械能
一、功
（一)力学中的功
1。功的定义： 如果一个力作用在物体上，物体在这个力的方向上移动了一段距离，这个力的作用就显示出成效,力学里就说这个力做了功.
做功实例:

（甲)物体在绳子 (乙）静止的小车在拉力的 (丙）汽车在刹车阻力的作拉力的作用下升高 作用下向前运动 用下滑行了一段距离
不做功实例：

（甲）搬而未起 (乙)提着小桶在水平路上匀速前进，
提桶的力没有做功
2．做功的两个必要因素：（1） →F （2） →S
补充：不做功的三种情况：
①有力，没有移动距离，即 F≠0
S=0
例：a。甲图中搬而未起；b.端一盆水站着不动;c.用力推讲台，讲台没有动。
②移动了距离，但是没有力,即 F=0
S≠0
例：a。我将手中笔丢出，粉笔在空中飞行,飞行过程中我对笔没有做功。
b.把足球踢出，足球在地面上滚动. F≠0
③有力,有距离，但力的方向与运动方向垂直，即 S≠0 垂直无功
F⊥S
例：a。乙图中，人提一桶水沿水平方向前进，提桶的力没做功。
b。人推木箱前进，箱子的重力和支持力,没有做功.
【例1】下列情况中,人有没有对所带皮箱做功？
(1）人用力提放在地上的皮箱,但没有提起。
(2）人再一次把箱子提起。
（3）人用力提着皮箱在原地不动。
（4）人把箱子放在电梯上，一起随电梯上升。
（5）人提着箱子在水平路面上匀速前进了50m。
(6）人提着箱子上楼.
(二)功的计算
1.概念：物理学中，把 叫做功。即： = ×
※2。公式:W=FS (此公式都用国际单位）
W:功焦耳（J)
S：距离 米（m）
单位：牛米（Nm) 1Nm=1J 物理意义：1N的力使物体在力的方向上移动1m的距离，即做功1J。
3。注意：
（1）力的大小、方向不变时，才可用此公式计算功.
如:现用以总垂直于一均匀木棒方向的力将它抬起一头到竖直为止，至少要做多少功？
F大小、方向在改变，不能用此公式。
(2）F、S必须具有同时性，即S必须是F一直参与下物体在力的方向上移动的距离。
如：一人用500N的力将球踢出20m，球在运动过程中,求人对球做多少功
（3)做功的多少只由W=FS决定，与物体的质量、速度、运动方向，是否有摩擦无关。
【例2】质量为50㎏的雪橇上装载了350㎏的货物，一匹马拉着它将货物匀速运到了3000m外的货场.如果雪橇行进中受到的摩擦力是800N,求马运货时做的功.(g=10N/㎏）

【例3】在平地上用50N的水平推力推动重100N的箱子前进了10m,箱子的重力做了多少功?如果把这个箱子匀速举高15cm,他做了多少功？

二 、功率
(一)比较做功的快慢

比较做功的快慢必须考虑的两个因素:做功的多少和做功的时间。
（二）功率
1．用比较法建立功率的概念

比较运动的快慢
比较做功的快慢
比较方法
通过相同的路程，比较运动时间
完成相同的功,比较所用的时间
运动时间相同，比较路程
在相同时间内，比较做功的多少
引入物理概念
速度
物理意义：表示物体运动的快慢
功率
物理意义:表示物体做功的快慢
概念：物体通过的路程与时间之比
概念：功与时间之比
公式：
公式：
2．功率：在物理学中，功与做功所用时间之比叫功率.功率是表示物体做功快慢的物理量.
3．功率的符号是P，功率的单位是瓦特,简称瓦，符号W。
【例4】下列关于功率的说法正确的是（ ）
A．物体做功越多，功率越大 B．物体做功时间越短，功率越大
C．物体做功越快，功率越大 D．物体做功时间越长，功率越大
【例5】蚂蚁用10-3N的力拉着树叶,10s内沿拉力方向前进了10cm，则蚂蚁对树叶做功为 J，此时的功率为 W。

【练习1】下列哪种情况有力对物体做了功（ ）
A．小车在光滑水平面做匀速直线运动
B．举重运动员把杠铃举在头顶不动
C．物体沿斜面滑下
D．小民提着水桶在水平路面上行走
【练习2】如图所示,直径为d的圆筒上绕着绳子，某同学用恒力F拉着绳子的自由端使圆筒在地上滚动，则他使圆筒滚动一周所做的功是 ( )
A．πdF B．2πdF C．4πdF D．0
【练习3】用大小不同的甲、乙两个力拉同一物体，两力所做的功W与这两个力的方向上移动的距离s的关系图像如图7，由图可知,甲乙两个力的大小关系是（ ）
A．F甲>F乙
B．F甲＜F乙
C ．F甲=F乙
D．条件不足,无法比较
【练习4】粗糙水平地面上有一个重为100N的物体。用20N的水平拉力使其在10s内匀速前进了10m,在此过程中( ）
A．重力做功的功率为100W B．支持力做功的功率为100W
C．拉力做功的功率为200W D．拉力做功的功率为20W
【练习5】立定跳远项目中,体重为500N的某同学从最高点到落地点的过程中，重心下降的最大距离为0。3m,用时。5s。则此过程中重力做的功为 J，重力的功率为 W。
【练习6】汽车质量为1.8×103kg，车轮与地面的总接触面积为0。09m2，当汽车以90km/h的速度在平直路面上匀速行驶时，汽车发动机牵引力为1000N（g取10N/kg）。求：
（1）汽车静止时对路面的压强。
（2)汽车以90km/h的速度匀速行驶时,牵引力的功率。
（3）若汽车按照这种方式行驶，全程250km,牵引力做的功是多少？

三、动能和势能
（一）能量
1．能的概念：能够对外做功的物体具有能量,简称能。
2．实质：物体做功的过程就是能量转化过程.
3．能量的单位：焦耳(J）
【例6】关于功和能的说法，下列几种说法，正确的是（ ）
A．具有能的物体一定正在做功
B．物体具有的能量越大，它做的功就越多
C．物体做的功越多,它具有的能量就越大
D．物体能够做的功越多,它具有的能就越大
（二）动能
1．问题探究
现象
分析
风吹着帆船航行，风对帆船做了功
风(流动的空气）具有能量
子弹能击穿靶，子弹对靶做了功
运动的子弹具有能量
急流的河水把石头冲走，水对石头做了功
流水具有能量
运动的钢球打在木块上，把木块推走，钢球对木块做了功
运动的钢球具有能量
总结发现：运动的物体具有能。
2．动能：物体由于运动而具有的能叫做动能.一切运动的物体都具有动能。
3．实验探究：动能的大小与哪些因素有关

结论:

【例7】一列正在减速进站的载有乘客的地铁，小李同学坐在该车的座位上。在进站过程中,以站台为参照物，对该列车和小李同学的叙述正确的是( )
A．小李同学的运动状态保持不变
B．小李同学的动能不变
C．列车的运动状态保持不变
D．列车的动能减小
（三）势能
1．重力势能
现象
分析
人们在打木桩时，先把重锤高高举起，重锤落下就能把木桩打入地里
被举高的重锤能对木桩做功,说明举高的重锤具有能量
在高空中的铅球落到地上，能在地上打出一个小坑
高处的铅球能够做功,高处的铅球具有能量
归纳总结：一切被举高的物体都具有能量
物体由于高度所决定的能叫做重力势能.
重力势能的大小与哪些因素有关？

总结：
2．弹性势能:
概念:
弹性势能的大小与哪些因素有关?
总结:
重力势能和弹性势能统称为势能。
【例8】如图所示是玩弹弓的情景。经验表明，橡皮筋拉得越长，同样的“子弹”射得越远，这说明橡皮筋的弹性势能与 有关；若橡皮筋被拉的长度相同，则质量大的“子弹”射出的距离较小，原因是质量大的“子弹”射出时的 小。
四、机械能及其转化
（一）机械能及其转化
1．机械能:动能和势能统称为机械能。
一个物体只要具有动能或者势能，此时都可以说物体具有机械能。
2．动能和重力势能的转化：
运动方向
高度
重力势能
速度
动能
能的转化
a到c
降低
减小
变大
增大
重力势能转化为动能
c到b

b到c

c到a

3．动能和弹性势能的转化：

【例9】跳远运动的几个阶段如图所示，则运动员（ )

A．助跑阶段机械能不变 B．起跳时机械能为零
C．经过最高点时动能最大 D．经过最高点时重力势能最大
（二）机械能的守恒
1．机械能守恒：在只有动能和势能转化的过程中，机械能的总量保持不变。考虑到摩擦力等阻力时机械能总量会减小.
动能、势能和机械能的单位与功的单位相同，也是焦耳，比如可以书写为:E动=200J，E势=300J。
2．判断机械能是否变化的方法：
（1)无外力情况下的机械能转化

（2）存在外力情况下的机械能变化

【例10】如图所示,小球沿轨道由静止从A处运动到D处的过程中，忽略空气阻力和摩擦力,仅有动能和势能互相转化。则（ ）
A．小球在A处的动能等于在D处的动能
B．小球在A处的动能大于在D处的动能
C．小球在B处的机械能小于在C处的机械能
D．小球在B处的机械能等于在C处的机械能
3．人造地球卫星的机械能转化
近地点：
远地点：
人造地球卫星围绕地球沿椭圆轨道运行的过程中，动能与重力势能相互转化,卫星的机械能守恒。
【例11】如图所示，人造地球卫星在大气层外环绕地球运行的过程中，它的近地点的动能 （选填“大于”“小于”或“等于”）它在远地点的动能;它从近地点向远地点运行的过程中，机械能的变化情况是 。
（三）风能和水能的利用——将机械能转化为电能
【例12】唐诗中有“黄河远上白云间”和“不尽长江滚滚来”的诗句，表明我国水资源丰富,较大河流有1500多条，水能蕴藏量达6。8亿千瓦，可开发的就有3.8亿千瓦，居世界第一位。水能的利用在我国得到了很好的发展。三峡水电站是我国利用水能的最大的工程项目。下面是利用水能来发电的水电站，请简要回答有关水电站的下列问题。

（1）从能量转化的角度说明水电站的工作原理.
（2）建设水电站选址时,从能量利用角度来看,你将选择图甲所示A址还是图乙所示B址？说明理由.
（3）为什么水坝的横截面做成上小下大的梯形？
(4）唐诗句中含有什么物理知识？

单元总结思维导图

单元测试
一、选择题
1、如图，AB、AC、AD为三个光滑斜面,其中AD为曲面，小球M从A 点 分别沿三个面自由滑下，撞击放在B、C、D三点完全相同的物块上，物块在撞击力的作用下移动相同的距离停下，则(      )
A。 小球M对三物块做功一样多   B. 小球M对B点物块做功多
C. 小球M对C点物块做功多     D. 小球M对D点物块做功多
2、关于物体的机械能,下列说法中正确的是（    ）。
A．高山上的石头,稳稳地静止在那里,它没有重力势能
B．运动速度大的物体，具有的机械能不一定就大
C．一根弹簧被拉长时具有的弹性势能大，被压缩时具有的弹性势能小
D．没有做功的物体一定没有能
3、 如图,同一小球在同一高度以相同速度向三个不同方向抛出（不计空气阻力和摩擦），设小球刚落地时的速度分别为V1、V2、V3,则    （     ）
A、V1＞V2＞V3     B、V1＜V2＜V3 C、V1=V2=V3        D、无法确定
4、如图甲所示，水平地面上的一物体受到方向不变的水平拉力F的作用,F的大小与时间t的关系及物体速度v与时间t的关系如图乙、丙所示。则下列说法正确的是
A．0~2s内物体处于静止状态
B．4~6s内物体的机械能不变
C．2～4s内物体受到的摩擦力为3N
D．4～6s内拉力对物体做功的功率为8 W 
5、如图所示，一小钢球从光滑固定斜面的A点静止释放,相继经过B、C两点，AB=BC,则下列分析正确的是（忽略空气阻力的影响)
A．小钢球下滑过程中做匀速直线运动
B．小钢球在AB、BC两段内运动的平均速度相等
C．小钢球所受重力在AB、BC两段内做功相等
D．就A、B、C三点而言,小钢球在A点具有的机械能最大
6、甲、乙两物体处于同一水平地面上，甲的动能比乙的动能大.下列说法正确的是（    ）。
A．甲的质量一定比乙大             B．甲能够做的功一定比乙多
C．甲的速度一定比乙大             D．甲已经做的功一定比乙多
7、如图所示，木板可绕固定的水平轴O转动。木板从水平位置OA缓慢地转到OB位置,木板上的物块始终相对于木板静止。在这一过程中，物块的机械能增加了2J。用F1表示物块受到的支持力，用F2表示物块受到的摩擦力，在这一过程中，下列说法:①F1和F2对物块都不做功;②F1对物块做功为2J,F2对物块不做功；③F1对物块不做功，F2 对物块做功为2J;④F1和F2对物块所做的总功为2J;⑤物块的重力势能增加了2J，其中正确的是（　  　)
A．①⑤     B．③④     C．③④⑤         D．②④⑤
8、如图所示是使用汽车打捞水下重物的示意图。在将重物从水底拉到井口的过程中,汽车以恒定速度向右运动。忽略水的阻力和滑轮的摩擦，四位同学画出了汽车功率P随时间t变化的图象，其中正确的是

9、一弹簧秤下挂一圆柱体，将圆柱体从盛有水的烧杯上方离水面某一高度处缓缓下降,直到圆柱体的底部与烧杯底部接触为止（设烧杯底面积为1分米2)，如图已给出整个过程中弹簧秤的示数F随圆柱体下降高度h变化的实验图线。则下列说法错误的是
A．圆柱体的体积为4×10—3米3 B．圆柱体的密度为1。5×103千克/米3
C．圆柱体所受的最大浮力为8牛 D．圆柱体在下降的全过程中重力所做的功为10。8焦
10、有一次体育课上，甲、乙两同学进行爬竿比赛。甲从某一位置匀速爬到竿项用时9s，乙从同一位置匀速爬到竿顶用时10s.若甲、乙两人体重之比是5：6，则他们爬竿的功率之比P甲：P乙是
    A、4：3       B、3：4        C、27：25       D、25：27
二、实验，探究题
11、在实验室里,小明和同学们做如图所示的实验。他们使同一辆小车从同一斜面的同一高度由静止开始滑下，接着在不同材料的水平表面上继续运动。实验完毕后，同学们讨论时提出了一些问题,请你帮助他们回答：

⑴为什么要让同一辆小车从同一个斜面的同一高度滑下?_________________；
⑵小车在运动过程中受力是否平衡？_____________________；
⑶小车在水平平面上运动的全过程中，三次克服阻力做的功是否相等?_____________________。（填：“相等”、“不等”或“无法判断”）
12、要测测某同学做“引体向上”的功率。
 (1)已经测出他的质量为m,还要测出哪些物理量，如何测量？（同时用字母表示这些要测量的物理量)
 （2)用测出的物理量写出计算功率的表达式:
三、填空题
13、骑自行车上坡前，往往要加紧蹬几下，这是为了增大      能；下坡时不蹬，速度还会越来越大，这是因为        能转化为          能。
14、在水平地面上，用50N的水平拉力拉重为100N的小车,使小车沿水平方向前进3米，所用的时间是 5秒，则拉力做功为      J，重力做功为      J。拉力做功的功率为   W。
15、唐家山堰塞湖是震后最牵动人心的地方.随着湖水深度的增加，堤坝侧壁受到的_______增大,溃坝的危险也在增加。由于水量增加和水位升高，湖水具有的_______能增加，一旦溃坝对下游造成的破坏也更大。
16、小强推着小车，30s内在水平地面上匀速前进了15m，则小车的速度为    m/s．如果水平推力为10N,在此过程中小强对小车做的功为    J，功率为    W。
四、简答题
17、如图7是一个阶梯形的光滑台面，小球以一定的速度V沿上一级水平台面向右运动。在你看来，此后小球经斜面和下一级水平台面的运动路线是甲或乙中的哪一种情况？回答后简要说明理由。
18、在去年的汶川大地震救援行动中，一直升飞机悬停于空中对处于危险地段的幸存者实施救援。请仿照示例列举与该直升机相关联的能量形式。
示例：在驾驶舱，显示直升机工作状态的仪表盘内的发光二极管工作，具有光能.
①                                         ；②                                         ;
③                                         。
五、综合题
19、为迎接 2008 年北京奥运会,我国体育健儿在紧张地备战。如图 所示，该运动员在一次训练中，用0。 7s的时间将140kg 的杠铃举高1.7m ,请你算一算 （g取10N/kg)
(l）杠铃所受的重力为多少N？ 
（2）该运动员这一次举起杠铃的过程中至少做了多少J的功？
（3）该运动员举起杠铃的功率至少是多少W？ 

20、2008年8月北京奥运会上龙岩籍选手获得三枚金牌.
（1）何雯娜获得女子蹦床个人金牌。何雯娜向下压蹦床这一过程中，她的       能转化为蹦床的       能.
(2）林丹获得羽毛球男子单打金牌。球拍击打羽毛球时两者均要形变，说明力的作用是        的；球拍击球的效果，使球的运动方向和速度大小发生了变化，说明力可以使物体的        发生改变.
（3）张湘祥获得男子举重62kg级金牌。他在举重过程中大约要把杠铃举高        m,举起杠铃保持3s不动，裁判示意成功。在保持不动这一时间内他对杠铃做功      J。
六、计算题
21、天津在支援四川德阳地区抗震救灾活动中，一辆满载物资的总重为G牛顿的运输车,将物资沿ABCD路线运至D处，AB段海拔高度为h1米，CD段海拔高度为h2米，如左图所示.在整个运输过程中，汽车以恒定速度v米／秒运动，汽车t=0时经过A处，tl时经过B处，t2时经过C处,在此过程中汽车牵引力功率P随时间，变化的图象可简化为右图所示(P1、P2、tl和t2也为已知量）。

（1）请分析说明汽车在AB段和BC段运动时牵引力的大小关系。
（2）请用已知量求汽车沿斜坡BC段运动时所受总阻力的表达式(总阻力包括摩擦力和空气阻力).

22、学校新近买了30套总质量为300 kg的物理实验器材,每套一箱。现在，某实验员需要把这批实验器材搬运到14 m高的物理实验室.
（1）该实验员需要做多少功？(不考虑他克服自身重力所做的功,取g = 10 N/kg)
（2)假设他身体可以提供的功率P如图14那样取决于所搬运物体的质量m.若要尽可能快地把这批器材搬上去，那么他每次搬运的箱子数应为       个。
（3）不考虑搬起箱子、放下箱子和下楼的时间，求他搬运这批实验器材的最短时间。
23、电动自行车是倍受人们青睐的一种交通工具,它可以电动骑行，亦可以脚踏骑行。一款电动自行车，质量40kg，轮胎与地面接触面积共为20cm2,电动自行车在平直的公路上匀速行驶时受到的平均阻力为30N。
（1)从环保的角度，电动车相比汽车有什么优点？请你列举一条.
（2）当电动自行车半小时匀速行进6 km，功率多大?
(3)小标质量为50kg，当他骑着该电动自行车在平直的公路 上行驶时，地面受到的压强是多大？（取g=10N/kg）
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