第十一章功和机械能教案

1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≠0S=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=0S≠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≠0③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。2【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单位焦耳（J）S:距离米（m）单位：牛米（Nm）1Nm=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？3二、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。4【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．πdFB．2πdFC．4πdFD．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100WB．支持力做功的功率为100WC．拉力做功的功率为200WD．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5（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（）6A．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。7一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bb到cc到a3．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8B．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9单元测试一、选择题101、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＞V3B、V1＜V2＜V3C、V1=V2=V3D、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3ND．4~6s内拉力对物体做功的功率为8W5、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11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．①⑤B．③④C．③④⑤D．②④⑤8、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3B