第十一章机械功与机械能11.1怎样才叫“做功”一、怎样才叫“做功”1.物理学中规定,作用在物体上的力,使物体在上通过,那么这个力就对物体做了机械功,简称做了二、力对物体做了功吗分析总结一下力学中做功有哪些共同特点?做功的两个必要因素是和.3.在如图所示的四种情景中,人对物体做了功的是()三、怎样测算功4.在力学中,把叫做功.5.力学中的“功”的公式是.6.“功”的单位是;1焦耳的物理意义是.7.一质量为2000 kg的小车在拉力作用下沿水平路面前进了400 m,做了3×105 J的功,求拉力的大小和重力所做的功.四、机械功原理8.研究表明:人们使用机械工作时,省力必然;省距离则一定;即省力又省距离的机械是.也就是说,使用任何机械能都.这个结论叫做,在历史上被誉为“机械的黄金定律”.1.讨论交流下列几个例子是否有做功的情况存在.(1)你把书包举高的过程中是否对书包做功?(2)把书包举在高处停留不动是否做功?(3)张明同学提着书包在水平方向上匀速移动一段距离,张明对书包做功了吗?(4)李强同学在练习篮球投篮,篮球在空中飞行的那段距离,手对篮球做功了吗?(5)小球在光滑水平地面做匀速直线运动,小球在竖直方向上受什么力的作用?该力是否做功?在水平方向上是否受力?是否做功?通过以上几个实例可知有三种情况不做功:a.有力无距离不做功(s=0),即劳而无功;b.没有力不做功(冰球在光滑的冰面上滑动)(F=0),即不劳无功;c.力和物体运动方向垂直时力不做功(s=0),即劳而无功.2.分小组讨论以下两个题目.(1)一个重1000 N的车,在100 N的水平推力作用下前进50 m.当推力撤掉后,车由于惯性又继续前进了5 m.求:推力做的功.(2)某足球运动员在水平方向用25 N的力,将重为10 N的球沿水平地面踢出,踢出后球在地面上滚了30 m才停下来.在球滚动过程中,脚对球所做的功为()A.750 JB.300 JC.450 JD.0 J写出你的判断理由:.归纳总结利用功的计算公式进行计算时应注意哪些问题?3.如图所示,在整修寺庙过程中,甲和尚将一块重400 N的石头提到2 m高的庙墙上,乙和尚把重110 N的瓦片提到 6 m 高的房檐上.请帮助老和尚比较甲、乙两个和尚的贡献大小. (选填“甲”或“乙”)和尚的贡献大,判断的依据是.4.图示为一园林工人用割草机进行割草的示意图,园林工人用 50 N的推力推动重为100 N 的割草机沿水平方向匀速割草40 m,割完草后,他将割草机提起水平走了10 m,随后又提着割草机上了8 m高的三楼放下,则他对割草机做了多少功?5.你是如何理解功的原理的?答案在理想情况下,使用任何机械所做的功都等于直接用手所做的功;在实际情况下,由于机械间的摩擦及机械本身的重力等因素的影响,使得用任何机械所做的功都大于直接用手所做的功.11.2怎样比较做功的快慢一、比较做功的快慢1.比较物体做功快慢的方法:不同的物体做相同的功,所用的时间越,做功越快;不同的物体做功的时间相同,做功越的物体,做功越快.二、认识功率(1)功率的物理意义:描述物体做功的物理量.(2)功率的定义:叫功率.(3)功率的公式:.(4)功率的单位:①国际单位:.1 W的意义是.②常用单位:1 kW=W.4.甲机器做功时的功率是5000 W,它的物理意义是这台机器;乙机器做功时的功率是20000 W,它的物理意义是这台机器;这两台机器中机器做功更快.5.人平时骑自行车的功率约为60~80;柴油机的功率为8.82;汽车起重机的功率可达320.6.用速度的知识迁移出功率的定义、计算和单位,这种方法叫迁移法.像这种定义速度和功率等物理量的方法叫做.7.举重运动员在3 s内把1000 N的杠铃举高了1.8 m,他对杠铃做了J的功,他的功率是W.8.根据例题的解题过程,尝试解答以下问题.叉车将质量为200 kg的货物在10 s时间内匀速提高2 m(g取10 N/kg).求:(1)货物的重力;(2)叉车对货物做功的功率..推导功率的另外一个公式:P===.一辆小轿车以10 m/s的速度匀速通过一条隧道,若该小轿车发动机的牵引力为 6000 N,则:(1)小轿车发动机的功率为多少?(2)5 s内发动机所做的功为多少?3.在学习了功率的知识后,三位同学想比较爬杆时谁的功率大.以下是他们讨论后得出的三套方案,其中可行的是()①用相同的时间爬杆,测量出各自的体重和爬上杆的高度,即可比较功率大小②都爬到杆顶,测量出各自的体重和爬杆用的时间,即可比较功率的大小③爬杆后,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A.只有①B.①②C.①③D.①②③4.一列质量为1×103 t的火车,以180 km/h的速度在平直轨道上匀速行驶,整列火车受到的阻力是9×103 N.则:(1)火车的牵引力多大?(2)火车行驶1 min时间内,重力做了多少功?机车牵引力做了多少功?牵引力的功率多大?11.3如何提高机械效率第1课时一、什么是有用功与额外功1.观察课本活动1中的a图,回答以下问题:(1)在利用滑轮组把重物向上提的过程中,对哪些物体做了功?(2)有目的且有需要的功是对什么做功?(3)不需要但又不得不做的功是什么?2.人们需要的、有价值的功,叫做;对人们既无利用价值而又不得不做的功,叫做,有用功加额外功是总共做的功,即动力对机械做的功叫做.3.用水桶从井中提水时,对桶做的是功,对水做的是功;如果不慎把桶掉到井里了,从井中把桶捞上来时,对桶做的是功,对水做的是功.4.W总=,由于W额外0,因此总功必定有用功.二、什么是机械效率5.(1)使用任何机械都不可避免地要做额外功,而我们希望所做的额外功越越好,即有用功占总功的比例越越好,这就是我们所说的.(2)分析可知跟的比值叫机械效率.即η=×100%(字母表达式),6.你认为机械效率有单位吗?为什么?7.有没有效率等于100%的机械?为什么?8.一台起重机将重3600 N的货物提高4 m.如果所做的额外功是9600 J,则起重机做的有用功是多少?总功是多少?机械效率是多少?2.用如图所示的滑轮组提升重为600 N的重物,动滑轮重20 N,则拉力要多大?(摩擦及绳的重力不计)要使重物上升2 m,绳子自由端需拉过几米?拉力所做的功是多少焦?提升重物所做的功是多少焦?提升动滑轮所做的功是多少焦?3.现在地震时有发生,于是人们开始重视加固维修房屋,工地上常常可以看到如图所示的场景.假如该工人通过滑轮把50 kg的水泥缓缓提升4 m到房顶,所用拉力约300 N.该机械的效率约为.4.云南省遭遇了百年不见的特大旱灾,某村响应政府号召积极打井抗旱救灾.他们准备用抽水机在一口打好的井中,将井下10 m深的水抽到地面.若抽水机每小时抽水7.2×105 kg,机械效率为50%.则:(g=10 N/kg)(1)抽水机所做的有用功是多少?(2)抽水机所做的总功是多少?5.根据有用功、额外功和总功的关系以及机械效率,小组内交流讨论写出使用滑轮组提升重物时这三种功的计算方法.11.3如何提高机械效率第2课时一、测算滑轮组的机械效率2资料表明,起重机的机械效率是40%~50%,滑轮组的机械效率是50%~70%,抽水机的机械效率是60%~80%.二、提高滑轮组的机械效率3.联系实际说说提高机械效率的有效办法有哪些?(1)减小是提高机械效率的有效办法.如:(2)在力所能及的情况下,尽量增大也可以提高机械效率,如.4.提高机械效率的主要办法是改进机械结构,使它更合理、更轻巧;另外在使用中要经常保养,定时润滑,使机械处于良好的运转状态..2.如图所示,工人利用动滑轮在10 s内将重为100 N的重物(包括桶)沿竖直方向匀速向上提升了5 m.若该动滑轮重10 N,忽略绳与滑轮之间的摩擦,不计空气阻力,则下列说法中正确的是(A.提升过程中,绳的拉力F做了500 J的功B.提升过程中,绳的拉力F做了550 J的功C.提升过程中,绳的拉力F做的功率是50 WD.该滑轮装置的机械效率是100%3.如图所示,斜面长5 m,高1 m,工人沿斜面方向用400 N的力把重1600 N的木箱匀速推到车上,则推力对木箱做的功是J,斜面的机械效率是.4.工人要把桶装货物搬上汽车,采取了如图所示的装置,用绳子绕过圆桶利用斜面把货物拉上车厢.若整个装置的机械效率为80%,在2 min内分别把4个重1500 N的圆桶沿3 m长的斜面拉上1.5 m高的车厢.则:(1)工人做的有用功是多少?(2)在圆桶沿斜面匀速向上运动的过程中人用的拉力是多大?(3)你认为把“绳子绕过圆桶向上拉”这样做的道理是什么?(4)如果还想省力,请你提出一条改进措施.(5)斜面在生活中还有哪些应用?.11.4认识动能和势能一、什么是能1.我们在日常生活中经常提到“能”,你能说出几个有关“能”的词吗?如:热能、电能、能源开发等.“能”是物理学中的一个重要概念,“能”的概念跟功的概念有密切联系,比如:电流能做功,说明具有电能.因此,我们认为一个物体能够做功,它就具有能.2.能的单位就是功的单位,在国际单位制中,功的单位是焦(J),能的单位也是焦(J).二、动能的大小跟哪些因素有关3.湍急的河水能把石头冲走,流水能做功;飞行的子弹能把木板打穿,飞行的子弹能做功;风吹动帆船航行,空气流动形成的风能做功.这些物体都能做功,它们都具有能.它们的能量是由于运动才具有的.水由于运动、子弹由于运动、空气由于运动而具有能. 物理学中把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.4.判断下列物体中哪些物体具有动能.A.静坐的人;B.足球场上奔跑的运动员;C.炮膛中准备发射的炮弹;D.从飞机上投出的炸弹;E.被电风扇吹动的空气.具有动能的是;理由是.5.质量相同的物体,运动的速度越大,它的动能越大;运动速度相同的物体,质量越大,它的动能也越大.三、势能的大小跟哪些因素有关6.人们在打桩时,必须把重锤高高举起,当重锤落下时可以做功,因为重锤受到竖直向下的重力,重锤下落时沿着重力的方向向下运动了一段距离,所以举高的重锤可以做功,从而将木桩打入地里.一个重锤如果静止地压在木桩上是做功的.重锤只有在被的情况下才能做功,即重锤被举高时才具有做功的本领——能.一池静止的水是不能做功的,但是这一池静止的水如果处在高山上,水落下时就可以做功,把水车冲得转起来.我们把物体由于叫重力势能.7.质量相同的物体,被举得越,它的重力势能越大;被举相同高度的物体,越大,重力势能越大.8.物体由于而具有的能叫做弹性势能.弹性势能与物体的弹性形变量有关,弹性形变量越,弹性势能越大.四、机械能的转化9.如图所示,比较小球在A、B、C处的势能和动能情况(A、B分别在左右最高点,C在中间最低点),可得出结论:物体具有的动能与势能是可以相互的.10.有摩擦等阻力时,在动能和势能的相互转化中,机械能会不断.机械能跟其他形式的能之间可以.1.一个物体具有能量,它一定做功吗?.小结:能与功的关系是2.探究影响动能大小的因素.(1)如图甲所示,让两个质量相同的钢球从斜面上不同的高度(h A>h B)滚到水平面上,小球推动纸盒运动,会发现(选填“A”或“B”)球把纸盒推开的距离远,说明A球具有的能量(选填“大”或“小”).(2)如图乙所示,将两个质量不同的钢球(m C>m D)从斜面上相同的高度滚到水平面上,并推动纸盒做功,会发现球将纸盒推开得更远,说明球具有的能量大.写出你的探究结论:小球的质量相同时,小球的位置越,滚到水平面上时速度越,具有的动能也越,纸盒被推开的距离越远;高度相同时,小球滚到水平面上时速度,小球的质量越,具有的动能越,纸盒被推开的距离越远.这说明,物体的动能与和有关.3.探究影响重力势能大小的因素.让物体自由下落冲击小方桌,方桌的桌腿是四根钉子,放置在沙箱的沙面上.如图所示.(1)通过观察来判断物体重力势能的大小.(2)比较图中A和B是通过控制来验证重力势能的大小与的关系.(3)要探究重力势能的大小与质量的关系,应选择图中的和进行对比实验.(4)实验结论:影响重力势能大小的因素有和.质量越,高度越,重力势能越.4.小组内交流讨论,在探究影响动能、重力势能大小的因素两个实验中,运用了哪两种科学探究方法.动能和势能统称为机械能,动能和势能是可以相互转化的.。