江西省吉安县凤凰中学八年级物理上册 机械功与机械能教案.doc

机械功与机械能教案
【知识结构】
机械功与
机械能
机械功
一．怎样才叫做功？
1、做功的两个要素
2、力对物体没有做功的三种情况[3、功的公式 W=FS
4、功的单位 焦耳（符号 J）
二．怎样比较做功的快慢？
1、比较做功快慢的两种方法
2、功率的概念
3、功率的公式 P=
4、功率的单位 瓦特（符号 W）
三．如何提高机械效率？
1、有用功W有用与额外功W额外
2、机械效率的概念
3、机械效率的公式 η＝×100％

机械能
四．动能和势能
1、能的概念
2、动能的概念；动能的大小跟哪些因素有关
3、势能分为重力势能和弹性势能
4、重力势能的概念；重力势能的大小跟哪些因素有关
5、弹性势能的概念；弹性势能的大小跟哪些因素有关
6、动能和势能统称机械能；机械能的转化

【中考双向细目表】
章 节
知 识 点
要求
机械功和机械能
1．做功的两个必要因素
理解
2．功的计算公式
理解
3．功率的概念
理解
4．功的原理
知道↑
5．有用功和总功
理解↑
6．机械效率
理解↑
7．动能、重力势能
理解
8．弹性势能
知道
9．动能和势能可以相互转化
理解

【课标要求】
1．知识与技能
知道做功是能量转化或转移的过程。
理解功的概念，知道使用任何机械都不能省功。
理解功率的概念。
了解什么是有用功、额外功和总功。
理解什么是机械效率。
理解动能、势能的概念。
理解动能和势能的相互转化。
能解释一些有关动能、重力势能、弹性势能之间相互转化的简单物理现象。

2．过程与方法
通过观察和实验了解功的物理意义。
通过参与探究斜面机械效率的活动，学习拟订简单的科学探究计划和实验方案。
通过探究，了解动能、重力势能的大小各与什么因素有关并能解释简单的现象。
通过观察和实验认识动能和势能的转化过程。

3．情感态度价值观
具有对科学的求知欲，乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理，有将科学技术应用于日常生活、社会实践的意识。

【知识点讲解】
第一节、怎样才叫做功？
1．力学里的功
物理学中规定，作用在物体上的力，使物体在这个力的方向上通过了一段距离，就说这个力对物体做了机械功，简称功。

2．做功的两个必要因素
一是作用在物体上的力；二是物体在力的方向上通过的距离。
【注意】
判断一个力是否做了功，必须满足功的两个必要因素，缺一不可。
在下列三种情况下，力对物体没有做功：
（1）物体没有受到力的作用，但因为惯性通过一段距离；
（2）物体受到力的作用，但没有移动距离；
（3）物体受到力的作用，同时也运动了一段距离，但力与运动方向垂直。

题型一 知道功的概念，会判断怎样才算做功
例1 关于做功，下列叙述中正确的是（ ）
A．举重运动员举着杠铃不动，举力做了功
B．起重机吊着货物沿水平方向匀速移动了一段距离，向上的拉力做了功
C．重物竖直下落，重力做了功
D．小球在水平面上滚动，重力做了功
知识点 判断力对物体是否做功
闯关点拨 判断力对物体是否做功，关键要看是否同时满足做功的两个必要因素．
分析和解 选项A中，属于“有力没距离”的情况，举力对杠铃没有做功，所以A错；选项B中，货物在拉力的方向上没有移动举力，拉力没有做功，所以B错；选项C中，重力的方向竖直向下，且重物向下通过了距离，所以重力做了功，C是正确的；选项D中，小球在重力方向上没有通过距离，所以重力也没做功，D错．
答 选C
例2 某人用20N的力将重为15N的球推出去后，球在地面上滚动了10m后停下来，这个人对球所做的功为（ ）
A．0J B．200J C．150J D．条件不足，无法计算
知识点 明确做功的两个必要因素
闯关点拨 本题考查了做功的两个必要因素、运用功的计算公式计算力对物体所做的功。理解功的公式中力与物体移动距离的关系是解题的关键．

3、功的计算公式
力学里规定：力对物体做的功等于力跟物体在力的方向上通过距离的乘积。
功的计算公式 W=FS

4、功的单位
在国际单位制中，功的单位是焦耳，简称焦（符号 J）
1 J = 1 N ·m
题型二 会利用公式W =Fs计算功的大小
例 3 一起重机将重为1.2×104N的钢材竖直匀速提升3m后，又沿水平方向匀速移动5m，在整个过程中起重机对钢材做的功为　　　J．
知识点 考查做功的两个必要因素和功的计算
闯关点拨 钢材的运动分为两个阶段：其一是匀速提升3m，该过程拉力对钢材做了功；其二是水平移动5m，该过程起重机没有对钢材做功．
分析和解 在钢材竖直方向匀速上升时，拉力和重力是一对平衡力，拉力的大小等于重力，物体在拉力方向上通过的距离为3m，所以拉力做的功W1=Fs=1.2×104N×3m=3.6×104J；钢材在沿水平方向移动的过程中，虽然拉力F=G=1.2×104N，但钢材并没有沿着拉力的方向通过距离，所以W2=0．因而整个过程中起重机对钢材做的功W=W1=3.6×104J．
答 3.6×104J

5．机械功原理
人们使用机械工作时，有时可以省力（如动滑轮、斜面等），有时可以省距离（如钓竿等），但省力必然费距离，省距离必然费力。也就是说，既省力，又省距离的机械是不存在的。
使用任何机械都不能省功。

第二节、怎样比较做功的快慢？
1、比较做功快慢的两种方法
（1）若做功相同，比较做功的时间，所用时间越少，做功越快；所用时间越多，做功越慢。
（2）若做功的时间相同，比较做功的多少，做功越多，做功越快；做功越少，做功越慢。

2、功率的概念：功率是用来表示做功快慢的物理量
【注意】功率只反映做功的快慢，不表示做功的多少。

3、怎样测算功率
在物理学中，把单位时间里做的功叫做功率。
功率的公式 P=

4、功率的单位
在国际单位制中，功的单位是焦（J），时间的单位是秒（s），功率的单位就是焦/秒(J/s)，它有一个专门的名称叫做瓦特，简称瓦（符号W）。
1 W ＝1 J/s

【注意】计算功率的另一个公式：

利用该公式时要注意以下几点：
①拉力F必须是恒力，且物体运动的速度应不变；
②计算时，v的单位必须用m/s，这样算出的功率单位才是W；
③速度v跟拉力F必须对应，即v必须是受到拉力的物体在拉力的方向上移动的速度．
物体在拉力F的作用下,以速度v沿拉力的方向做匀速直线运动,则拉力做功的功率等于力与物体速度的乘积，即．
推导：∵W=F˙S
∴P==F˙v
由该公式可知：在功率Ｐ一定时，力Ｆ与速度v成反比。
应用：当汽车上坡时，司机采取换挡的办法，减小速度，以获得较大的牵引力。

题型三 知道比较做功快慢的方法，理解功率的概念，并会计算功率
例1 下列关于功率的说法中，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
知识点 考查对功率概念的理解
闯关点拨 由功率的定义和功率的意义可知，功率是表示做功快慢的物理量，做功越快，功率越大。功率的大小由物体所做的功和完成这个功所用的时间两个因素共同决定的，做功越多或做功时间越长，功率不一定越大．所以选项A、B、D均错．
答 选C
例2 班级里组织登楼比赛活动，比一比谁登楼的功率最大．为此，在活动中必须测量的物理量有：_________，_________，_________．
知识点 功率的测量和计算
闯关点拨 由功率公式可知，要比较登楼时功率的大小，必须知道人登楼过程中所做的功和时间．这里的功就是人克服自身的重力所做的功。由可知，只要测得人的质量和楼高，就能算出人做功的大小．
答 参赛者的质量 楼高 时间

题型四 会综合运用功和功率的公式进行有关的计算
例1 一辆汽车重为5×104N，在平直公路上以10m／s的速度匀速行驶lmin，已知汽车在行驶过程中受到的阻力等于车重的0.06倍．求：
(1)汽车在1min内行驶的距离
(2)汽车在1min内做的功
(3)汽车发动机的功率
知识点 功与功率与其他力学知识的综合运用
闯关点拨 这是一道综合性较强的题目，涉及到对速度、二力平衡、功、功率的概念的理解．先由速度的变形公式求出路程，接着由二力平衡条件确定发动机牵引力的大小，然后由求出功的大小，最后由算出功率．
解 （1）
（2）∵汽车在平直公路上作匀速运动 ∴牵引力F=f=0.06×5×104N=3×103N
∴W=Fs=3×103N×600m=1.8×106J
（3）
答 （1）汽车在1min内行驶600m （2） 汽车在1min内做功1.8×106J （3）汽车发动机的功率为3×104W
图14-19
例2 如图14-19所示，物体A在水平拉力F作用下，水平向右做匀速直线运动。已知物体A重100N，它受到的地面摩擦力为20N，运动速度为0.2m/s（不计滑轮重、绳重及绳子与滑轮之间的摩擦），求：
（1）2s内物体A的重力所做的功；
（2）拉力F的大小；
（3）拉力F的功率．
知识点 功和功率的综合计算
闯关点拨 运用公式计算功和功率时，一定要注意各物理量之间的对应关系．
信息快递：绳子的自由端是指绕过滑轮周边，能自由移动的一端．
分析和解 （1）由于物体A做水平向右的匀速直线运动，所以重力方向上通过的距离为0，W=Gh=0J．
（2）因为拉力F作用在绳的自由端， 而且物体在水平拉力作用下做水平向右的匀速直线运动，所以拉力F与物重G的大小没有直接的数量关系，由于不计滑轮重、绳重及绳子与滑轮之间的摩擦，所以拉力F和物体与地面之间的摩擦力有直接的数量关系，即拉力F=f/2=．
（3）拉力作用点的移动速度：
由公式得其功率：
答 （1）2s内物体A的重力做功0J （2）拉力F的大小10N
（3）拉力F的功率为2W

第三节、如何提高机械效率？
1．什么是有用功W有用与额外功W额外？
在物理学中，把完成某项任务时有实用价值的功，叫做有用功W有用；
把其他无实用价值而又不得不做的功，叫做额外功W额外
【注意】：有用功可理解为一种“目的”功．
额外功是指对人们无用但又不得不额外做的功，因而额外功是不可避免的，对任何实际的机械总有W额外＞0．
总功是人们使用机械时动力总共做的功。所以有用功、额外功和总功的关系是
W总=W有+W额外．

2．机械效率的概念：有用功跟总功的比值
【注意】：机械效率是标志机械做功性能好坏的物理量，机械效率越高，这个机械的性能就越好。

3．机械效率的公式 η＝×100％
【注意】：（1）机械效率是有用功与总功的比值，只有大小，没有单位，并且用百分数表示。
（2）机械效率总小于1，因为W有总小于W总．
（3）机械效率的高低取决于有用功和总功两个因素，不能理解成：“有用功多，机械效率高”；或“总功大，机械效率低”．
当总功一定时，机械做的有用功越多或额外功越少，机械效率就越高；
当有用功一定时，机械所做的总功越少或额外功越少，机械效率就越高；
当额外功一定时，机械所做的总功越多或有用功越多，有用功在总功中所占的比例就越大，机械效率就越高．
（4）机械效率的高低与是否省力及大小无关．
（5）机械效率不是固定不变的．机械效率反映的是机械在一次做功的过程中有用功跟总功的比值，同一机械在不同次做功的过程中，提起物重不同，机械效率往往会不同．

【活动】测算滑轮组的机械效率
【实验器材】钩码、滑轮组、细线、米尺、弹簧测力计、铁架台
【实验数据】
n=3
实验
次数
物重G/N
物体提升
高度h/m
拉力F/N
拉力移动
距离h/m
有用功W有用
总功W总
机械效率
η＝
1
2
0.05
0.8
0.15
0.1J
0.12J
83.3%
2
4
0.05
1.5
0.15
0.2J
0.225J
88.9%

n=5?

【实验结论】
（1）同一滑轮组，拉不同重物，重物越重，机械效率越大。
（2）不同滑轮组，拉同一重物，动滑轮越多（越重），机械效率越小。

第四节、动能和势能
机
械
能
势能
重力
势能
定义：物体由于被举高而具有的能量。
决定其大小的因素：
物体质量越大、举得越高，势能就越大
弹性
势能
定义：发生形变的物体具有的能量。
决定其大小的因素：
物体弹性形变越大、弹性势能就越大
动能
定义：物体由于运动而具有的能量
决定其大小的因素：
物体速度越大、质量越大，动能就越大

1．什么是能？
一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能。
能的单位就是功的单位，在国际单位制中，单位也是焦耳，简称焦（J）。
【理解】：①能量表示物体做功本领大小的物理量；能量可以用能够做功的多少来衡量。
②一个物体“能够做功”并不是一定“要做功”也不是“正在做功”或“已经做功”如：山上静止的石头具有能量，但它没有做功。也不一定要做功。

2．动能的大小跟哪些因素有关？
物体由于运动而具有的能，叫做动能。
探究决定动能大小的因素：（课本P50图12-17、18）
①　猜想：动能大小与物体质量和速度有关；
② 实验研究：研究对象：小钢球 方法：控制变量；
？如何判断动能大小：看小钢球能推动木快做功的多少
？如何控制速度不变：使钢球从同一高度滚下，则到达斜面底端时速度大小相同；
？如何改变钢球速度：使钢球从不同同高度滚下；
③分析归纳：保持钢球质量不变时结论：运动物体质量相同时；速度越大动能越大；
保持钢球速度不变时结论：运动物体速度相同时；质量越大动能越大；
④得出结论：物体动能与质量和速度有关；速度越大动能越大，质量越大动能也越大。

3．势能的大小跟哪些因素有关？
物体由于被举高而具有的能，叫做重力势能。
重力势能的大小是由物体的质量和被举高的高度决定的．因此，质量相同时，被举高的 越高，重力势能越大；当被举高的物体高度相同时，质量越大的物体重力势能越大．一般情况下，物体被举高的高度是以水平地面为参考标准的，也就是说，物体离地面的高度就是物体被举高的高度． 只有在物体的高度发生变化时，物体的重力势能才表现出来．

物体由于发生弹性形变而具有的能，叫做信息快递：弹性势能的大小还跟物体的弹性强度有关．
弹性势能。
对同一物体，它的弹性势能决定与其弹性形变的大小；物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能就越大；对不同的物体，弹性形变大小相同，弹性势能一般也不同． 物体的弹性势能只有在物体的弹性形变发生变化时才表现出来．

4、机械能的转化
机械能：动能和势能统称为机械能。
【理解】：①有动能的物体具有机械能；②有势能的物体具有机械能；③同时具有动能和势能的物体具有机械能。

动能和重力势能间的转化规律：
①质量一定的物体，如果加速下降，则动能增大，重力势能减小，重力势能转化为动能；
②质量一定的物体，如果减速上升，则动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能；

动能与弹性势能间的转化规律：
①如果一个物体的动能减小，而另一个物体的弹性势能增大，则动能转化为弹性势能；
②如果一个物体的动能增大，而另一个物体的弹性势能减小，则弹性势能转化为动能。

动能与势能转化问题的分析：
⑴首先分析决定动能大小的因素，决定重力势能（或弹性势能）大小的因素——看动能和重力势能（或弹性势能）如何变化。
⑵还要注意动能和势能相互转化过程中的能量损失和增大——如果除重力和弹力外没有其他外力做功（即：没有其他形式能量补充或没有能量损失），则动能势能转化过程中机械能不变。
⑶题中如果有“在光滑斜面上滑动”则“光滑”表示没有能量损失——机械能守恒；“斜面上匀速下滑”表示有能量损失——机械能不守恒。

例1 判断下列物体是否具有动能或势能，如果有，说出能量的名称，如果没有，说明原因．
（1）在水平地面上滚动的铅球：____________；
（2）悬挂在室内的电灯：____________；
（3）玩具汽车中被卷紧的发条： _____________；
（4）弹簧： _____________；
（5）在空中飞行的波音747客机： _____________；
（6）静止在水平轨道上的列车： _____________．
知识点 理解动能和势能的概念
闯关点拨 物体只要具有做功的本领，它就具有能，与当时是否正在做功无关．有质量和运动速度的物体就具有动能；有质量和高度的物体就具有重力势能；弹性物体一定要发生弹性形变时，才具有弹性势能．
解 （1）在水平地面上滚动的铅球：既有质量又有运动速度，具有动能；
（2）悬挂在室内的电灯：既有质量又有高度，具有重力势能；
（3）玩具汽车中被卷紧的发条：发条是弹性物体，卷紧后发生了弹性形变，具有弹性势能；
（4）弹簧：尽管是典型的弹性物体，但它没有发生弹性形变，因而不具有动能和势能；
（5）在空中飞行的波音747客机：有质量，有运动速度，还有高度，既有动能又有重力势能；
（6）静止在水平轨道上的列车：尽管质量很大，但它不在运动，也没有高度，所以它不具有动能和势能．

例2 跳伞运动员在空中匀速下落的过程中，他的（ ）
A．动能增大，势能不变 B．动能不变，势能减小
友情提示：平时要注意改掉审题马虎，解答盲目的不良习惯．
C．动能、势能都不变 D．动能减小，势能增大
知识点 根据决定动、势能的大小的因素判断动、势能的变化情况
闯关点拨 本题考查对动能、势能概念的综合理解，解答本题除了要知道影响动能、势能大小的因素外，还要注意“匀速”这一条件．切忌不认真审题，错误地认为下落的物体越来越快，动能越来越大．
解 运动物体在匀速下落的过程中，质量、速度均未发生变化，因此，他的动能不变，而运动员在逐渐下降，所以他的重力势能逐渐变小．
答 选B
[变形题] 某块砖在一对平衡力作用下运动，则该砖（ ）
A．势能一定不变，动能一定不变
B．势能可能改变，动能一定不变
C．势能可能改变，动能可能改变
D．势能一定不变，动能可能改变
解 砖块的质量不变，在一对平衡力作用下的运动状态是匀速直线运动，它的速度大小不变，所以砖块的动能不变；如这块砖在水平方向运动，它的质量和高度都不变，重力势能不变．如这块砖不在水平方向运动，它的高度在改变，重力势能在改变，因题中没有明确砖块的运动方向，所以势能的变化情况不能确定．
答 选B