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1、第第2 2节功和能节功和能教师备课参考教师备课参考 | |核心素养养成目标核心素养养成目标| |物理观念物理观念1.1.知道机械功的原理知道机械功的原理, ,知道使用任何机械都不省功知道使用任何机械都不省功. .2.2.理解功和能的定义理解功和能的定义, ,能举例说明功是能量转化的量度能举例说明功是能量转化的量度. .3.3.知道机械做功的本质是能量转化的过程知道机械做功的本质是能量转化的过程. .科学思维与科学探究科学思维与科学探究1.1.能从能量转化的角度来分析物体的运动能从能量转化的角度来分析物体的运动, ,解决有关能量的问题解决有关能量的问题. .2.2.知道功和能之间的区别和联系知道
2、功和能之间的区别和联系. .科学态度与责任科学态度与责任了解事物之间是相互联系的了解事物之间是相互联系的, ,学会从功能角度去探索自然规律学会从功能角度去探索自然规律. .| |教学重难点教学重难点| |教学重点教学重点1.1.机械功的原理机械功的原理. .2.2.功和能的关系功和能的关系. .教学难点教学难点用能量观念分析解决问题用能量观念分析解决问题. .感悟解题规律感悟解题规律探寻基本知识探寻基本知识测评学习效果测评学习效果探寻基本知识探寻基本知识树立物理观念树立物理观念知识点一知识点一 机械功的原理机械功的原理 【情境导学情境导学】 1.1.如图所示盘山公路如图所示盘山公路, ,汽车沿
3、盘山公路上山能省功吗汽车沿盘山公路上山能省功吗? ?答案答案: :不能不能. .但能省力但能省力, ,不能省位移不能省位移. .2.2.使用机械把物体搬到高处时使用机械把物体搬到高处时, ,动力对物体做功动力对物体做功, ,一定等于机械克服物体的一定等于机械克服物体的重力做的功吗重力做的功吗? ?答案答案: :不等于不等于, ,因为使用机械时还需要克服摩擦等阻力做的额外功因为使用机械时还需要克服摩擦等阻力做的额外功. .【知识梳理知识梳理】 1.1.功的原理功的原理: :使用任何机械时使用任何机械时, ,动力对机械所做的功总是等于机械动力对机械所做的功总是等于机械 . . 所做的功所做的功.
4、.2.2.表达式表达式: :W W动动=W=W阻阻=W=W有用有用+ + 或或W W输入输入=W=W输出输出+ + . .3.3.机械原理使用机械原理使用: :任何机械都不能任何机械都不能 , ,做一定量的功做一定量的功, ,要省力就要增大要省力就要增大做功时的做功时的 , ,而要减小做功时的而要减小做功时的 就要多用力就要多用力. .【思考判断思考判断】1.1.使用先进机械能省功使用先进机械能省功, ,使用一般机械不能省功使用一般机械不能省功.(.( ) )2.2.功的原理是机械普遍适用的基本原理功的原理是机械普遍适用的基本原理.(.( ) )3.3.使用某些机械时可以省力使用某些机械时可以
5、省力.(.( ) )克服阻克服阻力力W W额外额外W W损失损失省功省功位移位移位移位移 知识点二知识点二做功和能的转化做功和能的转化 【情境导学情境导学】 如图如图, ,人举着杠铃不动人举着杠铃不动, ,人对杠铃做功吗人对杠铃做功吗? ?在将杠铃举起的过程中在将杠铃举起的过程中, ,人对杠人对杠铃做功吗铃做功吗? ?实现了哪种形式能的转化实现了哪种形式能的转化? ?答案答案: :举着杠铃不动时不做功举着杠铃不动时不做功. .将杠铃举起的过程中将杠铃举起的过程中, ,人对杠铃做功人对杠铃做功. .消耗消耗人体内的化学能转化为杠铃的重力势能人体内的化学能转化为杠铃的重力势能. .【知识梳理知识梳
6、理】 1.1.能量能量: :一个物体能够对别的物体一个物体能够对别的物体 , ,我们就说这个物体具有能量我们就说这个物体具有能量. .2.2.功能关系功能关系: :做功的过程就是做功的过程就是 的过程的过程. .做了多少功做了多少功, ,就表示有多就表示有多少能从一种形式转化为另一种形式少能从一种形式转化为另一种形式, ,因此因此, ,功是能量转化的功是能量转化的 . .3.3.机械的作用机械的作用: :机械做功机械做功, ,只能将能量从一个物体只能将能量从一个物体 到另一个物体到另一个物体, ,或者将一种形式的能量或者将一种形式的能量 为另一种形式的能量为另一种形式的能量. .【思考判断思考
7、判断】1.1.功就是能功就是能, ,功可以转化为能功可以转化为能.(.( ) )2.2.做功越多做功越多, ,物体的能就越多物体的能就越多.(.( ) )3.3.能量转化过程中做功越多能量转化过程中做功越多, ,能量转化越多能量转化越多.(.( ) )做功做功能量转化能量转化量度量度转移转移转化转化 要点一要点一感悟解题规律感悟解题规律培养科学思维培养科学思维对机械功的原理的理解对机械功的原理的理解 1.1.功的原理的表达式功的原理的表达式(1)(1)不使用机械时不使用机械时:W:W输入输入=W=W输出输出( (或或W W动动=W=W阻阻).).(2)(2)使用机械时使用机械时:W:W动动=W
8、=W阻阻=W=W有用有用+W+W额外额外( (或或W W输入输入=W=W输出输出+W+W损失损失).).(3)(3)功的意义功的意义: :WW动动表示动力对机械做的功表示动力对机械做的功; ;WW阻阻表示机械克服所有阻力做的功表示机械克服所有阻力做的功; ;WW有用有用=W=W输出输出表示机械克服有用阻力做的功表示机械克服有用阻力做的功; ;WW额外额外=W=W损失损失表示机械克服额外阻力做的功表示机械克服额外阻力做的功. .2.2.不能省功的含义不能省功的含义“不省功不省功”是功的原理的核心是功的原理的核心. .“不省功不省功”有两层含义有两层含义: :(1)(1)等于等于, ,即理想机械即
9、理想机械, ,是指使用机械做的功与不使用机械而直接用手所做是指使用机械做的功与不使用机械而直接用手所做的功是相等的的功是相等的. .(2)(2)大于大于, ,即费功即费功( (非理想机械非理想机械),),是指使用机械做的功比不使用机械而直接是指使用机械做的功比不使用机械而直接用手所做的功多用手所做的功多. .对于使用非理想机械多做的那一部分功对于使用非理想机械多做的那一部分功, ,就是克服机械就是克服机械自身重力和摩擦力所做的功自身重力和摩擦力所做的功. .它对完成工作没有意义它对完成工作没有意义, ,所以又把它叫做无所以又把它叫做无用功或额外功用功或额外功. .特别提示特别提示 (1)(1)
10、使用机械可以省力或省位移使用机械可以省力或省位移, ,但不能省功但不能省功. .(2)(2)由于克服额外阻力所做的额外功的存在由于克服额外阻力所做的额外功的存在, ,实际上使用任何机械总是费实际上使用任何机械总是费功的功的. .【典例典例1 1】 工人在劳动中为了方便工人在劳动中为了方便, ,利用一个斜面将一个重为利用一个斜面将一个重为10106 6 N N的机座升的机座升高了高了0.5 m,0.5 m,斜面长为斜面长为4 m.4 m.(1)(1)若不计摩擦阻力若不计摩擦阻力, ,机座被缓慢地拉上斜面机座被缓慢地拉上斜面, ,求工人对机座的拉力有多大求工人对机座的拉力有多大? ?思路探究思路探
11、究 (1) (1)不计摩擦力时不计摩擦力时, ,拉力对机座做的功和重力做的功存在什拉力对机座做的功和重力做的功存在什么关系么关系? ?答案答案: :由于不存在额外功由于不存在额外功, ,则则W W动动=W=W阻阻=W=W有用有用, ,即拉力做的功等于克服重力做即拉力做的功等于克服重力做的功的功. .答案答案: :(1)1.25(1)1.2510105 5 N N(2)(2)若机座与斜面之间的动摩擦因数为若机座与斜面之间的动摩擦因数为=0.1,=0.1,则工人对机座的拉力所做则工人对机座的拉力所做的功为多大的功为多大? ?思路探究思路探究(2)(2)若考虑摩擦力若考虑摩擦力, ,摩擦力做正功还是
12、负功摩擦力做正功还是负功? ?答案答案: :机座沿斜面向上运动机座沿斜面向上运动, ,摩擦力方向沿斜面向下摩擦力方向沿斜面向下, ,则摩擦力做负功则摩擦力做负功. .答案答案: :(2)8.97(2)8.9710105 5 J J(1)(1)通过对研究对象的受力分析通过对研究对象的受力分析, ,确定动力和阻力确定动力和阻力, ,区分有用阻力和无用阻区分有用阻力和无用阻力力( (或额外阻力或额外阻力););(2)(2)通过过程的分析或效果的分析确定各力作用下的位移通过过程的分析或效果的分析确定各力作用下的位移; ;(3)(3)根据功的定义式求解各力所做的功根据功的定义式求解各力所做的功, ,根据
13、机械功的原理列方程求解根据机械功的原理列方程求解. .误区警示误区警示 应用机械功原理解题的注意事项应用机械功原理解题的注意事项( (教师备用教师备用) )例例1 1- -1 1:(:(20162016广东广州月考广东广州月考) )利用斜面把利用斜面把100 N100 N的货物匀速从底端推到的货物匀速从底端推到顶端顶端, ,如果货物所受的摩擦力为如果货物所受的摩擦力为8 N,8 N,且已知斜面高为且已知斜面高为3 m,3 m,倾角为倾角为3737, ,其他阻力不计其他阻力不计, ,求求: :(1)(1)克服重力所做的功和克服摩擦阻力所做的功克服重力所做的功和克服摩擦阻力所做的功; ;答案答案:
14、 :见解析见解析(2)(2)推力推力F F的大小及的大小及F F所做的功所做的功; ;(3)(3)该运动过程省功吗该运动过程省功吗? ?解析解析: :(2)F=Gsin 37(2)F=Gsin 37+f=100+f=1000.6 N+8 N=68 N.0.6 N+8 N=68 N.根据机械功的原理根据机械功的原理, ,推力推力F F所做的功应当等于所做的功应当等于W WG G+W+Wf f, ,所以推力所以推力F F所做的功所做的功W WF F=300 J+40 J=340 J.=300 J+40 J=340 J.(3)(3)不省功不省功. .答案答案: :见解析见解析针对训练针对训练1 1-
15、 -1 1 把同一重物移至卡车上把同一重物移至卡车上, ,如果沿粗糙斜面推动时做的功如果沿粗糙斜面推动时做的功为为W W1 1, ,用不计质量和摩擦的滑轮组时做的功为用不计质量和摩擦的滑轮组时做的功为W W2 2, ,用人力直接搬上车时做的用人力直接搬上车时做的功为功为W W3 3, ,则则( ( ) )A.WA.W1 1=W=W2 2=W=W3 3 B.WB.W1 1WW2 2WW3 3C.WC.W1 1WW2 2WWW2 2=W=W3 3解析解析: :三种情况均是克服重力做功三种情况均是克服重力做功, ,有用功相同有用功相同, ,由于斜面粗糙由于斜面粗糙, ,沿斜面推沿斜面推时时, ,存在
16、额外功存在额外功, ,另外两种情况额外功为零另外两种情况额外功为零, ,机械做的功为动力的功机械做的功为动力的功, ,根据根据功的原理可知功的原理可知, ,选项选项D D正确正确. .D D 要点二要点二对功能关系的理解对功能关系的理解 1.1.功能关系框图功能关系框图2.2.功与能的区别功与能的区别(1)(1)能量是表征物体具有做功本领的物理量能量是表征物体具有做功本领的物理量, ,是状态量是状态量. .(2)(2)功描述了力的作用效果在空间上的累积功描述了力的作用效果在空间上的累积, ,反映了物体受力并运动的效果反映了物体受力并运动的效果, ,是过程量是过程量. .3.3.对功能关系的理解
17、对功能关系的理解(1)(1)做功的过程就是能量转化的过程做功的过程就是能量转化的过程, ,能量转化的过程也就是做功的过程能量转化的过程也就是做功的过程. .如如: :(2)(2)做功与能量转化的数值相等做功与能量转化的数值相等, ,即做了多少功即做了多少功, ,就有多少能量发生了转化就有多少能量发生了转化. .因此因此, ,可以用做功的多少来量度能量转化的多少可以用做功的多少来量度能量转化的多少, ,反之反之, ,也可用能量转化的也可用能量转化的多少来计算做功的多少多少来计算做功的多少. .(3)(3)功与能并不等同功与能并不等同, ,功只是反映了能量转化的多少功只是反映了能量转化的多少, ,
18、但不能认为物体对外但不能认为物体对外做的功等于物体具有的能量做的功等于物体具有的能量. .【典例典例2 2】 质量约为质量约为0.5 kg0.5 kg的足球被脚踢出后的足球被脚踢出后, ,在水平地面上沿直线向前在水平地面上沿直线向前运动约运动约50 m50 m后停止后停止. .假定运动员踢球时脚对球的平均作用力为假定运动员踢球时脚对球的平均作用力为300 N,300 N,足球足球在地面运动过程中所受阻力恒为其重力的在地面运动过程中所受阻力恒为其重力的0.060.06倍倍, ,则运动员踢球时脚对足则运动员踢球时脚对足球做的功为球做的功为(g=10 m/s(g=10 m/s2 2)()( ) )A
19、.0.5 JA.0.5 JB.15 JB.15 JC.250 JC.250 JD.15 000 JD.15 000 J思路探究思路探究 (1)(1)运动员踢球的作用力伴随足球向前移动了运动员踢球的作用力伴随足球向前移动了50 m 50 m 吗吗? ?答案答案: :不是不是, ,足球离脚后运动员对足球无作用力足球离脚后运动员对足球无作用力. .(2)(2)足球离脚后之所以向前运动是运动员做功的结果吗足球离脚后之所以向前运动是运动员做功的结果吗? ?答案答案: :是是, ,运动员对足球做的功使足球获得了机械能运动员对足球做的功使足球获得了机械能, ,该机械能使足球克该机械能使足球克服阻力做功服阻力
20、做功. .B B 规律方法规律方法 应用功能关系分析问题的方法应用功能关系分析问题的方法 (1)(1)正确分析物体的运动状态正确分析物体的运动状态, ,确定物体的不同形式能量之间的变化情况确定物体的不同形式能量之间的变化情况, ,判断是否有能量变化以及怎样变化判断是否有能量变化以及怎样变化. .(2)(2)分析物体的受力情况分析物体的受力情况, ,确定哪些力做功确定哪些力做功, ,哪些力不做功哪些力不做功, ,哪些力做正功哪些力做正功以及哪些力做负功以及哪些力做负功. .(3)(3)根据功能关系列方程根据功能关系列方程, ,结合已知条件求解某些力做的功或某种能量的结合已知条件求解某些力做的功或
21、某种能量的变化变化. .( (教师备用教师备用) )例例2 2- -1:1: 如图所示如图所示, ,同一物体分别沿斜面同一物体分别沿斜面AB,CBAB,CB从斜面顶端由静止下滑到底端从斜面顶端由静止下滑到底端. .则则: :(1)(1)物体克服摩擦阻力做的功物体克服摩擦阻力做的功W WABABW WCBCB( (填填“ ”“”“= =”或或“ ”).).(2)(2)在物体下滑的过程中能量是如何转化的在物体下滑的过程中能量是如何转化的? ?解析解析: :(1)(1)设物体与斜面间动摩擦因数为设物体与斜面间动摩擦因数为,斜面长为斜面长为L,L,斜面倾角为斜面倾角为,则滑动则滑动摩擦力摩擦力f=mg
22、cos f=mgcos 克服摩擦力做的功克服摩擦力做的功W Wf f=fL=mgcos =fL=mgcos L=mgsL=mgsBDBDs sBDBD为斜面底端长为斜面底端长, ,所以所以W WABAB=W=WCBCB. .(2)(2)物体沿斜面下滑过程中物体沿斜面下滑过程中, ,重力势能减少重力势能减少, ,转化为物体的动能和物体与斜面间转化为物体的动能和物体与斜面间的内能的内能. .答案答案: :(1)=(1)=(2)(2)见解析见解析针对训练针对训练2 2- -1 1 ( (20162016广东清远检测广东清远检测) )( (多选多选) )关于功和能关于功和能, ,下列判断正确下列判断正
23、确的是的是( ( ) )A.A.古代的钻木取火是通过摩擦力做功将其他形式的能转化为内能古代的钻木取火是通过摩擦力做功将其他形式的能转化为内能B.B.举重运动员把重物举起来举重运动员把重物举起来, ,体内的一部分化学能转化为重力势能体内的一部分化学能转化为重力势能C.C.跳高运动员起跳时跳高运动员起跳时, ,通过体内肌肉做功通过体内肌肉做功, ,体内一部分化学能转化为人的体内一部分化学能转化为人的动能动能D.D.人走路时人走路时, ,没有力做功所以没有能量转化没有力做功所以没有能量转化解析解析: :做功的过程是能量转化的过程做功的过程是能量转化的过程, ,人在走路时人在走路时, ,其重心的高度不
24、断变其重心的高度不断变化化, ,所以人要做功所以人要做功, ,同时有势能和动能的变化同时有势能和动能的变化, ,故选项故选项A,B,CA,B,C正确正确,D,D错误错误. .ABC ABC 测评学习效果测评学习效果演练当堂技法演练当堂技法1.(1.(20162016江西九江月考江西九江月考) )关于功和能关于功和能, ,下列说法正确的是下列说法正确的是( ( ) )A.A.功就是能功就是能, ,功可以转化为能功可以转化为能B.B.做功越多做功越多, ,物体的能量就越大物体的能量就越大C.C.能量转化中做功越多能量转化中做功越多, ,能量转化就越多能量转化就越多D.D.功和能的单位相同功和能的单
25、位相同, ,它们的物理意义也相同它们的物理意义也相同C C 解析解析: :功和能是两个不同的概念功和能是两个不同的概念, ,功是过程量功是过程量, ,能是状态量能是状态量, ,故选项故选项D D错错; ;做做功的过程就是能量转化的过程功的过程就是能量转化的过程, ,功是能量转化的量度功是能量转化的量度, ,故选项故选项A A错错; ;做功越做功越多多, ,表明能量转化的越多表明能量转化的越多, ,并不表明物体的能量越大并不表明物体的能量越大, ,故选项故选项B B错错,C,C正确正确. .2.2.关于功与能关于功与能, ,下列说法中正确的是下列说法中正确的是( ( ) )A.A.功是力做功功是
26、力做功, ,能量是物体具有的能量是物体具有的, ,所以二者没任何关系所以二者没任何关系B.B.功是矢量功是矢量, ,能是标量能是标量C.C.做功的过程一定对应某种能量发生了转化做功的过程一定对应某种能量发生了转化, ,但做功的多少与能量转化的但做功的多少与能量转化的多少不一定相等多少不一定相等D.D.利用功能关系可以求力做功的多少利用功能关系可以求力做功的多少解析解析: :功是能量转化的量度功是能量转化的量度, ,二者都是标量二者都是标量, ,做功的多少与能量转化的多做功的多少与能量转化的多少相等少相等, ,选项选项A,B,CA,B,C均错均错,D,D正确正确. .D D 3.3.用如图所示的
27、滑轮组将重物匀速升高用如图所示的滑轮组将重物匀速升高0.5 m,0.5 m,人对绳的拉力是人对绳的拉力是600 N,600 N,已已知物重知物重1 000 N,1 000 N,求求: :(1)(1)绳的自由端被拉下的长度绳的自由端被拉下的长度; ;(2)(2)拉力做的有用功拉力做的有用功; ;(3)(3)拉力做的总功拉力做的总功. .解析解析: :(1)(1)由于绳的总长不变由于绳的总长不变, ,当重物上升当重物上升0.5 m0.5 m时时, ,绳的自由端拉下的长绳的自由端拉下的长度为度为1 m.1 m.(2)(2)拉力做的有用功为拉力做的有用功为W W1 1=Gh=500 J.=Gh=500
28、 J.(3)(3)拉力做的总功为拉力做的总功为W W2 2=FL=600=FL=6001 J=600 J.1 J=600 J.答案答案: :(1)1 m(1)1 m(2)500 J(2)500 J(3)600 J(3)600 J4.4.人骑自行车在水平路面上匀速行驶人骑自行车在水平路面上匀速行驶, ,受摩擦阻力受摩擦阻力30 N,30 N,行驶行驶20 m20 m过程中过程中, ,人对自行车做功人对自行车做功2 000 J,2 000 J,试求此过程中所做的额外功是多少试求此过程中所做的额外功是多少? ?解析解析: :根据题意根据题意,W,W动动=2 000 J,W=2 000 J,W有用有用=fs=600 J=fs=600 J由功的原理由功的原理W W动动=W=W有用有用+W+W额外额外知知W W额外额外=1 400 J.=1 400 J.答案答案: :1 400 J1 400 J
