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，
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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。
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【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)
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2．测量比较功率方法(三种)
3．定义式P＝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。
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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？
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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
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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。
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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
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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
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