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第十一章　功和机械能 11．1　功 【学习目标】 1．知道做功的两个必要因素。 2．知道不做功的三种情况，会判断力是否做功。 3．知道功的计算公式和单位，并会用功的公式进行一些简单计算。 重点难点： 1．理解做功的两个要素，会用功的公式进行简单计算。 2．正确判断力对物体是否做功。 学习内容一：力学中的功 学习指导：阅读课本 P62、P63 的相关内容，理解做功的两个必要因素。 【自学检测】 1．用细绳水平拉着木块在水平桌面前进时木块受到四个力的作用，拉力对木块的移动 作出了贡献，摩擦力对木块移动起阻碍作用。 2．做功的两个必要因素是：①作用在物体上的力，②物体在力的方向上移动的距离。 【合作探究】教师巡视督促指导 对照做功的两个必要因素讨论： 1．图 P11.1—2 力对物体做功的实例有什么共同特点？(画出受力方向和物体移动的方 向进行分析总结) 2．图 P11.1—3 力没对物体做功的实例有什么共同特点？(画出受力方向和物体移动的 方向进行分析总结) 3．判断下列说法的对错(对的打“√”，错的打“×”)。 (1)只要有力作用在物体上，力就对物体做了功。(×) (2)物体只要移动了距离，就做了功。(×) (3)物体从高处落下重力做了功。(√) (4)有力作用在物体上，物体又移动了距离，这个力就做了功。(×) (5)手提着重物在水平地面上行走，人做了功。(×) (6)人用力推车，但车未动，人没有做功。(√) 【展示交流】教师掌握情况 【精讲点拨】 怎样判断物体是否做功： 做功包含两个必要因素：一个是有力作用在物体上，另一个是物体在力的方向上通过一 段距离，二者缺一不可。 2．下面三种情况力没有对物体做功： (1)劳而无功：有力作用在物体上，但物体没有移动。如：小孩推车，车不动，推力不 做功。 (2)不劳无功：物体靠惯性移动一段距离，并不是受到力的作用向前运动。如：投出去 的篮球在空中继续飞行。 (3)直无功：力的方向与物体的运动方向垂直，力没做功，如：小明提着水桶水平移动，拉力没有做功。 【即时练习】 1．下面几种情况下，力做了功的是(C) A．用力把杠铃举在空中不动 B．用力提着水桶水平匀速移动 C．用力在斜面上拉车前进 D．物体在光滑的平面上匀速移动 2．下列情景中，重力对小球做功的是(A) A．小球从高处下落 B．小球在地面上静止不动 C．小球沿水平轨道运动 D．小球在绳子拉力作用下在水平面内做匀速圆周运动 学习内容二：功的计算 学习指导：课本 P63 至 P64 文字内容和插图，熟记功的计算公式、单位及其换算。 【自学检测】 1．力学中，把力与在力的方向上移动的距离的乘积叫做功。 2．在力学里计算力对物体做功的公式是 W＝Fs。 3．公式中符号表示意义：W 表示功，F 表示力，s 表示距离。 4．在国际单位制中，力的单位是 N，距离的单位是 m，功的单位是 N·m，它有一个 专门的名称叫做焦耳，简称焦，符号是 J，1J＝__1__N·m。 【合作探究】教师巡视指导 1．自学例题：①要求马做的功必须知道哪两个条件？②先求什么，后求什么？③计算 时单位化成什么单位？ 2．分析下列三种情况中做功的多少？ (1)甲将一块重为 10 牛的砖从水平面搬到 10 米高的脚手架上。 (2)乙将两块重为 10 牛的砖从水平面搬到 10 米高的脚手架上。 (3)丙将一块重为 10 牛的砖从水平面搬到 20 米高的脚手架上。 小结：作用在物体上的力越大，使物体移动的距离越大，力所做的功就越多。 【展示交流】教师掌握情况 【精讲点拨】 1．起重机将重 3×103N 的楼板以 1m/s 的速度从一楼举到四楼顶(每层楼高按 3m 计算)， 又将楼板水平移动了 3m，在整个过程中，起重机对楼板做的功是(D) A．1×103J　　　　　B．9×103J C．2.7×104J D．3.6×104J 解析：从一楼举到四楼拉力克服重力向上拉，使物体在力的作用下通过的距离是 12m， 做功为 3.6×104J，水平移动 3m 时，起重机的拉力向上，属于垂直无功。 2．某同学用 50N 的力将重 10N 的足球踢出去 15m 远，该同学对足球做的功是(D) A．750J B．150J C．没有做功 D．做了功，但条件不足，无法确定 解析：足球踢出去后靠惯性移动的 15m，这段距离该同学的踢力没有做功，足球踢出去 前，脚对足球施加了力且球在力的作用下移动了一段距离，这期间踢力做功了，但是题目没 给出受力移动的距离大小，所以该同学做了功，缺少条件无法计算。【即时练习】 1．P64 第 1、2、3、4 题 2．质量为 100kg 的物体，在拉力 F 的作用下沿水平地面匀速前进了 5m，物体运动时 受到的摩擦力是重力的 0.05 倍，求拉力 F 做的功。(g＝10N/kg) 【当堂练习】见训练案基础部分 11．2　功率 【学习目标】 1．理解功率的概念和计算公式。 2．会用功率的公式进行简单的计算。 3．学会测量功率的方法。 重点难点： 功率的概念和功率的计算。 学习内容：功率 学习指导：阅读课本 P65 至 P66 文字内容和插图，基本概念、定义用红笔做上记号， 熟记功率定义及计算公式，功率单位。 【自学检测】 1．课本中大人和小孩爬相同楼梯，他们移动的距离相等，两者做的功不相等，大人做 功多，小孩做功少，如果爬楼的时间相同，大人做功快。 2．物理学中用功率来表示物体做功快慢，它的定义是功与做功时间之比叫功率。 3．功率用符号__P__表示，功用符号__W__表示，时间用符号__t__表示，因此功率表 达式是 P＝W/t。 4．在国际单位制中，功的单位是 J，时间的单位是 s，所以功率的单位是 J/s，为了纪 念英国的工程师瓦特，人们将功率的单位叫做瓦特，简称瓦，符号 W。1W＝1J/S，1W 的 物理意义是 1s 内所做的功是 1J，常见的单位还用 kW。1kW＝1000W。 【合作探究】教师巡视督促指导 1．(1)小红体重 500N，在 5s 内跑到 5m 高的楼上，则小红做了 2500J 的功。 (2)小明体重 500N，在 10s 内走到 5m 高的楼上，则小明做了 2500J 的功。 (3)小强体重 400N，在 10s 内跑到 6m 高的楼上，则小强做了 2400J 的功。 上面三道题中： 小红和小明，小红做功快，你是怎么比较出来的？做相同的功比较做功时间，做功时间 少做功快。 小明和小强，小明做功快，你是怎样比较出来的？相同时间比较做功的多少，相同时间 做功多做功快。 2．学习 P60 例题。①要计算起重机的功率需要知道哪几个物理量？②先求什么？后求 什么？③计算时要注意什么问题？ 3．在学习了功率的知识后，你怎样测算比较三位同学爬杆的功率大小？有几套方案？ 解析：①用相同的时间爬杆，测量出各自的体重和爬上杆的高度，即可以比较功率大小； ②让他们都爬到同一杆顶，测量出各自的体重和爬杆用的时间，即可比较功率大小； ③测量出各自的体重、爬杆用的时间和爬上杆的高度，算出功率进行比较。 【精讲点拨】 1．比较物体做功快慢方法(三种)2．测量比较功率方法(三种) 3．定义式 P＝W t 普遍适用，推导式 P＝Fv 求即时功率。 【即时练习】 1．下列关于功率的说法中，正确的是(B) A．做功多的机械，功率一定大 B．做功快的机械，功率一定大 C．做功时间少的机械，功率一定大 D．功率是用做相同的功比较做功时间的方法比较做功快慢的 2．课后习题第 2、3、4 题分组计算，集体更正。 3．甲、乙两人的体重之比是 8∶9，他们进行爬楼比赛，从一楼上到三楼所用的时间之 比是 4∶5，则两人克服重力所做的功之比是 8∶9。两人的功率之比是 10∶9。 【当堂练习】见训练案基础部分 11．3　动能和势能 【学习目标】 1．了解能量的概念，通过实例理解动能、势能的概念。 2．通过探究，知道影响动能和势能大小的因素，并能解释简单的现象。 3．能够运用“控制变量法”进行实验设计，养成在实验中认真观察、勤于思考的习惯。 重点难点： 能量的概念，探究动能和势能大小影响因素分析。 学习内容一：动能 学习指导：阅读课本 P67 至 P68 文字内容，熟记动能概念。 【自学检测】 1．一个物体能够做功，这个物体就具有能量，简称为能，能量的单位是焦耳(与功的单 位相同)；一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大。 2．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。如：运动的汽车 3．下列物体具有动能的是(BC) A．汽车停靠在路边 B．汽车匀速前进 C．苹果从树上掉下 【合作探究】教师巡视指导 探究：物体的动能跟哪些因素有关？(以钢球撞击木块为例，让钢球从斜槽上滚下，撞 击在水平桌面上木块，使木块移动了一段距离。) 猜想一：动能的大小与物体的速度有关。 猜想二：动能的大小与物体的质量有关。 (1)研究动能大小与速度的关系时，应控制质量一定。 做法：将同一钢球，先后从斜面不同高度滚下，观察钢球将木块推动的距离。木块被推 动的距离越远，说明钢球对木块做的功越多，钢球的动能越大。 结论：物体的动能与物体的运动速度有关，速度越大，物体的动能越大。 (2)研究动能大小与质量的关系时，应控制速度一定。 做法：换用不同质量的钢球，先后从同一高度让其滚下，观察钢球推动木块的距离。结论：运动物体的质量越大，动能就越大。 总结：影响动能大小的因素：运动物体的速度和质量。在质量相同时，物体的速度越大， 动能越大；在速度相同时，物体的质量越大，动能越大。 【展示交流】教师掌握情况 【精讲点拨】 1．在碰撞过程中，你是如何判断钢球有没有做功？试验中怎样比较动能的大小？采用 的什么方法？ 2．在研究动能大小与速度关系时为什么要用同一个铁球？在研究动能大小与质量关系 时，为什么要让质量大小不同的铁球从同一高度滚下？这又采用什么方法？ 3．下表给出了一头牛慢步行走和一名普通中学生百米赛跑时的数据。 物体 质量 m(kg) 速度 v(m/s) 动能 E(J) 牛 约 600 约 0.5 约 75 中学生 约 50 约 6 约 900 　　分析数据，可以看出，对物体动能大小影响较大的因素是速度，你这样判断的依据 是从表中数据可以看出，中学生质量为牛的 1/12，速度为牛的 12 倍，动能是 900J，而牛的 动能只有 75J，故速度对动能的影响较大。 【即时练习】 1．“十次车祸九次快，还有喝酒和超载”。结合 P68“想想议议”知识介绍，你能从物 理学的角度说明超速和超载为什么易引发交通事故吗？ 2．P70 第 1、3 题 3．判断对错 (1)质量大的物体动能大(×) (2)速度大的物体动能大(×) 学习内容二：势能 学习指导：课本 P69 文字内容和插图，基本概念、定义用红笔做上记号，熟记势能概 念。 【自学检测】 1．物体由于被举高而具有的能量，叫做重力势能。 2．物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。 3．势能包括重力势能和弹性势能。 【合作探究】教师巡视指导 一、探究：重力势能与什么因素有关？ 在研究物体的重力势能与哪些因素有关的实验中，三个相同的木桩被从空中静止释放的 铁块撞击，陷入沙坑中的情况如图所示，在此实验中，我们是通过观察什么来比较各铁块重 力势能的大小(做功多少)？答：木桩陷入的深度。 若 A，B 两铁块质量相等，则两铁块下落高度的关系是 hA＜hB；若 A，C 两铁块下落的 高度相等，则两铁块质量的关系是 mA＜mC；实验得出的结论是：物体重力势能的大小与物 体的质量和所处的高度有关。 二、探究：弹性势能与什么因素有关？用小车压水平放置的弹簧，使弹簧压缩 L 后放手，小车被反弹在水面上运动一段距离 s，如图，通过实验对比，他能得到的实验结论是______________________________。 【展示交流】教师掌握情况 【精讲点拨】 1．动能和势能的比较 动能 势　能 重力势能 弹性势能 产生 原因 物体运动 物体被举高 物体发生 弹性形变 影响 因素 物体质量： 大而大 运动速度： 大而大 物体质量： 大而大 被举高度： 大而大 发生弹性形变 的程度：大而大 2.直升飞机在空中匀速上升过程中，它的(C) A．重力势能增大，动能减小 B．重力势能和动能增大 C．动能不变，重力势能增大 D．动能和重力势能减小 分析：动能的大小跟质量和速度有关，重力势能跟质量和举的高度有关。当直升飞机在 空中匀速上升时，它的质量不变，速度不变，所以它的动能不变，它的高度逐渐增大，所以 重力势能逐渐增大。(填“增大”“不变”或“减小”) 【即时练习】 1．下列物体中具有重力势能的是 C、D、F、G；具有弹性势能的是 A、E、H A．因挤压而变形的气球 B．在水平路面上飞驰的小轿车 C．正在下落的桩锤 D．停在空中不动的直升机 E．钟表中卷紧的发条 F．高山上的石头 G．三峡水库中的水 H．被推开的弹簧门的弹簧2．空中沿水平方向匀速飞行的一架飞机，正在向灾区空投物资，在空投过程中，飞机 的动能和重力势能的变化情况是(B) A．动能和重力势能都增大 B．动能和重力势能都减小 C．动能减小，重力势能增大 D．动能增大，重力势能减小 3．P70 第 5 题 【当堂练习】见训练案基础部分 11．4　机械能及其转化 【学习目标】 1．理解机械能的概念。 2．知道动能和势能之间可以相互转化和守恒定律。 3．能解释一些能之间转化的物理现象。 重点难点： 分析能量之间的转化。 学习内容一：机械能及其转化 学习指导：阅读课本 P71 至 P72 内容。基本概念、定义用红笔做上记号。 【自学检测】 1．动能的大小跟物体的质量和速度有关。 2．重力势能的大小跟物体的质量和所处的高度有关。 3．动能和势能统称为机械能。 4．空中飞行的子弹由于速度很快具有很大的动能，又因为它处于空中，相对于地面子 弹又具有重力势能。 【合作探究】教师巡视督促指导 一、【演示】滚摆实验 1．在摆轮下降的过程中，其重力势能逐渐转化为动能。滚摆在下落过程中，转动的速 度和高度分别是怎样变化的？滚摆的动能和势能又是怎样变化的？ 释放摆轮时，摆轮在最高点处于静止状态，此时摆轮只具有重力势能，没有动能。摆轮 下降时其高度降低，重力势能减少；摆轮旋转着下降；而且越转越快，其动能越来越大。 2．滚摆在哪个位置具有的动能最大，你是如何判断出动能最大的？在哪个位置具有的 重力势能最大？如何判断的？ 摆轮到最低点时，转动最快，动能最大；其高度最低，重力势能最小。 3．仿照摆轮下降的过程分析，得出摆轮上升过程中的动能和势能的变化情况。 二、【实验】单摆实验 1．将摆绳一端挂在黑板上边，使单摆在黑板前，平行于黑板摆动(不接触黑板)，在黑 板上记录摆球运动路线中左 A、右最高点 C 和最低点 B 的位置。2．分析单摆实验： 小球从 A 摆到 B 的过程中是重力势能转化为动能，从 B 点摆到 C 点的过程中是动能转 化为重力势能，小球在 B 点动能最大，在 A(或 C)点动能最小，小球在 A(或 C)点重力势能 最大，在 B 点重力势能最小。 3．(接步骤 1)在黑板上记录小球由 A 到 C 再摆回到左边的最高点 A′点(只让单摆运动一 个来回)，比较 A、A′的位置关系，发现：A、A′几乎在同一高度(或小球几乎能摆回到原来 高度，好像“记得”它原来的位置)，分析：小球处在 A 点和 A′点时具有的机械能大小有什 么关系？ (因小球在 A、A′时速度为零，没有动能，质量和所处的高度相等，重力势能相等，所 以在动能和势能转化的过程中机械能的多少几乎没有变化，即机械能是守恒的)。 4．让单摆多摆动几次，记录最后一次小球能摆回的高度 A″。小球还能摆回到原来的高 度吗？ 分析：因为小球除了受到重力和拉力以外，还受到空气阻力。这个力越小，小球克服空 气阻力对外做功损失的能量越少(“多”或“少”)，小球摆回的高度越高，如果空气阻力为 零，则小球能摆回到原来的高度，机械能的总量不会改变。 5．对比分析 3、4 后归纳机械能守恒定律：如果只有动能和势能相互转化，机械能的总 和是不变的(守恒的)。 三、课后 P74 第 2、3 两题 第 2 题：乒乓球很轻，运动时受到空气阻力的影响很容易减速，怎样向地板抛乒乓球， 才能使它弹跳到高于原来抛球的位置？ 第 3 题蹦床：重物向下落的过程中，重力势能转化为动能，接触到蹦床后，动能转化为 蹦床的弹性势能，向上弹起的过程中，弹性势能转化为人的动能，上升的过程中动能转化为 重力势能。 【展示交流】教师掌握情况 【精讲点拨】 1．实验：“打鼻子的铁锁”中，铁锁是不会打到鼻子的，而且会离鼻子越来越远，这 包含着什么道理？ (铁锁运动要克服空气阻力，消耗一部分机械能，机械能总量减小，铁锁回不到原来的 高度，所以不会碰到鼻子。) 2．阅读课文 P73 科学世界“人造地球卫星”，然后完成下面填空： 人造卫星沿椭圆形轨道围绕地球运行，离地球最近的一点叫近地点，最远的一点叫远地 点，卫星在近地点时动能最大，重力势能最小，卫星在远地点时动能最小，重力势能最大。 卫星从近地点向远地点运动的过程当中，卫星的速度减慢，动能减小，重力势能增大；从远 地点向近地点运动的过程当中，卫星的速度增大，动能增大，重力势能减小。 【即时练习】 1．分析章首图的过山车在运动过程中的能量转化情况。 2．某选手在自由式滑雪比赛中运动的轨迹如图所示，如果不计空气阻力，下列说法正 确的是(C) A．从 a 点向 b 点运动过程中，重力势能全部转化为动能B．在 a 点和 c 点速度都为零，因此重力势能相等 C．从 c 点下落到 d 点过程中，重力势能转化为动能 D．在 a 点和 e 点都处于静止状态，因此机械能相等 学习内容二：水能风能的利用 学习指导：课本 P72 至 P73 文字内容，注意看懂插图 11.4.4 水电站剖面图。 【自学检测】 自然界的流水和风都具有大量的机械能。 【合作探究】教师巡视指导 1．水能形成的原因：水的流动，我国的主要能源来自于水能，如长江三峡水力发电站。 风能的形成原因：空气流动。 2．风能的优点：无污染，取之不尽。 缺点：受自然条件限制，不稳定。 【展示交流】教师掌握情况 【精讲点拨】 由于物体的动能大小决定于物体的质量和速度，所以水轮应安装在水的流量大，流速大 的地方，请大家考虑用什么方法可以得到更多的动能？(学生讨论并回答，教师及时补充) 动能和势能之间可以相互转化，要得到更大的动能，也可以应用这个道理．实际上，利 用水流的动能就是利用增大水的重力势能的方法。如：在河流上选择合适的地方修筑拦河坝 提高上游水位，水位越高、水量越大，水具有的重力势能也越大．当水流下时转化成的动能 也越大。水通过进水闸门和导管流下来带动水轮机工作，从而带动发电机发电。 【即时练习】 下列现象中利用风能或水能做功的是(ABD) A．帆船在河水中逆流航行 B．风筝越飞越高 C．用太阳灶把水烧开 D．木船在河中顺流而下 【当堂练习】见训练案基础部分