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1、1第十一章第十一章 功和机械能功和机械能第一节第一节 功功1、功功包括的两个必要因素：、作用在物体上的力作用在物体上的力；、物体在这个力的方向上通过的距离物体在这个力的方向上通过的距离。注意：当看到题目中有力的大小力的大小和距离的大小距离的大小时，不要盲目的认为这个力做了功。这时，应该判断一下距离是否是沿力的方向的，或者说物体运动的方向与物体所受力的方向是否一致，如果一致则这个力做了功，反之力没有做功。有时题目中有几个力和几个距离，这时如果求功的大小，应先确定每个力是否做功，然后确定所对应的距离，最后求功的大小。2、功的计算：用两样大小的力推动小车在水平地面上前进 200 米产生的成效是前进
2、100米的 2 倍；把 2kg 的物体提升一定的高度是把 1kg 物体提升同样高度产生成效的 2 倍。怎样能把力产生的成效，也就是做的功正确的表示出来呢？力学里规定：功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。表达式为： 功功 = = 力力 距离距离 注意：此距离应理解为物体在力的方向上通过的距离物体在力的方向上通过的距离。公式： W W = = F F s s F F 表示力，表示力，s s 表示沿力的方向移动的距离，表示沿力的方向移动的距离，W W 表示功表示功单位：牛牛米米（是力和距离的单位组合成的，通常不用） 焦耳焦耳（国际单位） 简称 焦焦，
3、符号 J J 3、当作用在物体上的力的方向力的方向与物体运动的方向运动的方向垂直垂直时，这个力不做功；当作用在物体上的力力与物体运动方向运动方向相同相同时，这个力做功4、一个力克服重力为 G 的物体匀速升高 h 高度时，竖直向上的力（F=F=G G）所做的功为：W W = = F F h h = = G G h h ，通常为了简便将 Fh 去掉，表示为W W = = G G h h ，看到这样的式子时通常可理解为竖直向上的力竖直向上的力 F F 克服物体受到的重力克服物体受到的重力 G G，使物体竖直向上运动了一段距离，做了，使物体竖直向上运动了一段距离，做了功功。第二节第二节 功率功率1.比
4、较做功的快慢时一般有三种情况：（1） 、做同样多的功，比较做功所用的时间，用时间少的做功快；（2） 、用同样多的时间，做功较多的做功快；（3） 、做功 W 不一样多，用的时间 t 也不相同，可以将功 W 除以时间 t，就可以得到单位单位时间内对物体所做的功时间内对物体所做的功，这样就可以用（2）来比较做功的快慢了。想一想，用时间用时间除以功能不能比较做功的快慢呢除以功能不能比较做功的快慢呢？答案是能，想想为什么？时间除以功得到的是做做 1 1 焦耳功所用时间的多少焦耳功所用时间的多少，与方法（1）是相同的。所以，也可以用来比较做功的快慢，但人们更习惯用“功除以时间”来比较做功快慢。22.由于“
5、功除以时间”可以表示做功的快慢，就象“速度表示物体运动运动的快慢”一样，人们就把功除以时间叫做“功率功率” ，来表示“做功的快慢做功的快慢” 。即：功与做功所用时间功与做功所用时间之之比叫做功率（比叫做功率（powerpower）用 W W 表示某个力做的功，表示某个力做的功，t t 表示做这些功所用的时间，表示做这些功所用的时间，P P 表示这个力做功的功率表示这个力做功的功率，则功率的表达式为 时间功功率 tWP 单位：功率的原始单位是由功的单位“焦耳”和时间单位“秒”组合而成“焦耳焦耳/ /秒秒”读做“焦耳每秒焦耳每秒” ，但通常不用这个单位，而是用“瓦特瓦特” ，简称“瓦瓦”符号“W
6、W” 。第三节第三节 动能和势能动能和势能1.物体能够做功，我们就说它具有物体能够做功，我们就说它具有“能量能量” （energy） ，简称“能能” 。判断判断物体是否具有物体是否具有能量主要看物体能量主要看物体“是否能做功是否能做功”而不是是否做了功。一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大。2.洪水能冲走巨石、车辆、房屋等，运动的铅球可以把木块推走，说明运动的水、铅球都能做功，运动的水、铅球都具有能量。与之类似，物体由于运动而具有的能量叫做物体由于运动而具有的能量叫做动能动能；一切运动的物体都具有动能一切运动的物体都具有动能。3.观察课本 67 页图 11.32 的实验为“探究物体的
7、动能跟哪些因素有关” 。说明：实验中运动的钢球克服木块所受的摩擦力推动木块移动一段距离，对木块做功，钢球最终静止，动能为零，即钢球具有的动能全部耗尽，做功的多少为 WFsfs，由于木块对水平接触面的压力等于重力，是一定的，接触面的粗糙程度也是一定的，即可知摩擦力 f 一定，使我们进一步知道 W 与 s 成正比，即可以通过比较木块移动的距离 s 的大小来判断钢球所具有的动能大小。这种方法叫做转换法，与微小压强计的道理是一样的，都是将不可感知的物理量（液体的压强、钢球的动能）通过它们之间的必然联系转换成可以感知的物理量（液面高度差、移动的距离）（1） 、让同一个钢球同一个钢球 A A 分别从不同的
8、高度由静止开始滚下分别从不同的高度由静止开始滚下， （此时实验是“探究动能的探究动能的大小与物体运动的速度是否有关，有什么关系大小与物体运动的速度是否有关，有什么关系” ）目的是让钢球 A 到达水平面撞击木块B 时的速度不同，A 所在高度越高，撞击时的速度越快，出现的现象是木块 B 被撞击的距离越远，说明钢球 A 对木块 B 做的功越多。多次实验后现象相同，即可得出结论：质量相同时，物体的速度越大，动能越大质量相同时，物体的速度越大，动能越大。（2） 、改变钢球的质量，让不同的钢球从同一高度由静止开始滚下改变钢球的质量，让不同的钢球从同一高度由静止开始滚下， （此时实验是“探探究动能的大小与质
9、量是否有关，有什么关系究动能的大小与质量是否有关，有什么关系” ） 。从同一高度滚下的目的是让钢球撞击木块时的速度是相同的。多次实验出现的现象是：质量大的钢球把木块撞击出去的距离远，钢球克服摩擦力对木块做的功较多，说明质量大的钢球具有的动能大。分析后即可得出结论：速度相同时，物体的质量越大，动能越大速度相同时，物体的质量越大，动能越大。34.观察 68 页“想想议议”中的限速标志，载重汽车质量较大，如果速度太快，具有的动载重汽车质量较大，如果速度太快，具有的动能将太大，容易引发严重的交通事故，造成巨大的损失，所以质量大的汽车限速低些能将太大，容易引发严重的交通事故，造成巨大的损失，所以质量大的
10、汽车限速低些。5.物体由于受到重力并处物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能叫做重力势能。物体的质量越大，位在一定高度时所具有的能叫做重力势能。物体的质量越大，位置越高，它具有的重力势能就越大置越高，它具有的重力势能就越大。6.物体由于发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能物体由于发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能。物体的弹性形变越大弹性形变越大，它具有的弹弹性势能就越大性势能就越大。7.重力势能和弹性势能统称为势能，是常见的两种势能重力势能和弹性势能统称为势能，是常见的两种势能。第二节第二节机械能及其转化机械能及其转化1.动能、重力势能和弹性势能动能、重力势能和弹性势能统称为机械能机械能。2
11、.观察课本 71 页图 11.41，描述图中运动员的能量变化情况为：运动员在最高点时静最高点时静止，此时只具有重力势能，止，此时只具有重力势能，由于运动员受重力，他向下运动，从他的高度越来越低，速度越来越快可以判断出，他的重力势能越来越少而动能越来越大，重力势能转化为动能，直到接触到蹦床，蹦床对他的支持力等于他所受重力时为止。运动员由于惯性继续向下运动，此时由于蹦床形变进一步增大，所以弹力开始大于重力，两个力的合力竖直向上，与他运动的方向相反，合力开始阻碍他运动，速度减小，弹性形变不断变大，动能转化为弹性势能，直到最低位置，运动员静止时为止，那一刻，动能为零，弹性势能最大。然后在弹力作用下他又
12、开始向上运动，整个过程开始反过来了。从此例可以看出：动能、重力势能、弹性势能之间可以相互转化动能、重力势能、弹性势能之间可以相互转化3.图图 11.411.42 2 中滚摆从最高点到最低点的过程中是重力势能转化成动能，反之，从最低中滚摆从最高点到最低点的过程中是重力势能转化成动能，反之，从最低点上升至最高点的过程是动能转化为重力势能；单摆从点上升至最高点的过程是动能转化为重力势能；单摆从 A A 至至 B B 时是最高点到最低点，时是最高点到最低点，是重力势能转化成动能的过程，从是重力势能转化成动能的过程，从 B B 到到 C C 是从最低点到最高点的过程，动能转化成重是从最低点到最高点的过程
13、，动能转化成重力势能。力势能。 （这两个实验中由于有空气阻力和摩擦力的存在，机械能会逐渐消耗，转化成内能，最终装置因机械能耗尽而停摆，如果没有阻力，装置会不停的反复摆动，重力势能和动能不断进行转化）4.能量如何转化可以借助物体的能量如何转化可以借助物体的“高度高度” 、 “速度速度” “弹性形变程度弹性形变程度”变不变，如何变来加变不变，如何变来加以判断。以判断。5.自然界的流水和风都是具有大量机械能的天然资源。拦河坝提高了上游水位，使水具有了大量的重力势能，水流过水轮机带动发电机转动，整个过程中实现了重力势能转化成动能，又转化成电能。6.卫星的近地点近地点和远地点远地点分别是卫星离地球最近的一点和最远的一点最近的一点和最远的一点。这两个点的高度分别是最近和最远，重力势能分别是最小和最大。在大气层外卫星不受阻力，只是重力势能和动能之间进行转化，所以，卫星从近地点向远地点运动时，卫星的动能转化卫星从近地点向远地点运动时，卫星的动能转化成重力势能；从远地点向近地点运动时，卫星的重力势能转化为动能成重力势能；从远地点向近地点运动时，卫星的重力势能转化为动能。
