第十五章 第一节 功.docx
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第十五章第一节功
第十五章功和机械能
第一节功
一、学习目标
1.从实验和实例中,能概括出做功的两个必要因素,明确功的大小是由这两个因素的大小所决定的。
2.写出功的定义,计算公式和单位。
3.能在具体事例中指出是什么力做功,谁对谁做功。
4.初步学会用公式W=FS及变形式计算。
二、教学重点与难点
教学重点:
功的概念和做功的两个必要因素,功的计算公式。
教学难点 :
功的概念。
三、教学过程
(一)引人新课
提问:
平时,我们常用力去移动物体,使其位置改变。
下面请同学们一起回答几个问题。
问题一:
我们把重为20N和10N的物体分别从一楼提到四楼。
问:
两次移动的距离怎样?
哪次“累”一些呢?
为什么?
答:
两次移动的距离相同,提20N物体“累”一些,因为提20N物体需较大的力。
附板书1:
移动相同的距离,需要的力越大越“累”。
问题二:
我们把重为10N的物体分别从一楼提到二楼和四楼。
问:
哪次“累”一些呢?
为什么?
答:
提到四楼“累”一些,因为移动的距离较大。
(附板书2):
用同样的力移动物体,移动的距离越大越“累”。
问题三:
我们把重为20N的物体从一楼提到二楼和把重为10N的物体从一楼提到四楼。
问:
哪次“累”一些?
为什么?
答:
无法比较,因为两种情况需要的力大小不同,移动的距离也不同。
力的大小不同,移动的距离不同,无法比较哪次更“累”。
讲述:
由此,人提物体“累”的程度,不能仅仅单独由力的大小或单独由移动的距离大小来比较或表示,所以我们引人一个新的物理量——功(简称功)。
板书:
一、功
(二)讲授新课
设问:
功这个物理量和什么因素有关呢?
请同学们看图。
(用幻灯片打出课本104页图15——1图甲:
人用定滑轮提起重物;图乙:
人用力拉着小车向前运动;图丙:
汽车在刹车阻力作用下滑行了一段距离。
)
问:
这三幅图中有什么共同的地方或者共同的要素。
答:
都有力,物体都移动了一段距离。
问:
移动的距离和力之间有何关系?
答:
是在力的作用下,沿力的方向上移动的距离。
讲述:
在物理学中就说这三幅图中的力对物体做了功。
如人的拉力对小车做了功。
是因为小车移动的距离是在拉力的作用下,沿拉力方向移动的。
同样,因拉力是人施加的,也可以说人对小车做了功。
请同学们继续观察图甲,什么力对何物做功?
答:
人的拉力对重物做功。
问:
由此物理学中必须满足什么条件才算对物体做功?
答:
物体必须受到力,而且还要在力的方向上移动了一段距离。
【板书2〕l.做功的两个必要因素
1)一个是作用在物体上的力;
2)另一个是物体在这个力的方向上移动的距离
讲述:
必要的意思就是一个都不能少,请同学们用做功的两个必要因素判断下面几种情况下,力对物体是否做功?
[演示1]手提着钩码在空中静止不动,问拉力是否对钧码做功?
为什么?
答:
没有功,因为虽有拉力,但没有在力的方向上移动的距离。
[演示2]手提着钩码匀速水平移动一段距离,问拉力是否对物体做功?
为什么?
答:
没做功,因为拉力在竖直方向,钩码的移动是水平方向的,不是在拉力方向上移动的,所以拉力没做功。
〔演示3}手提着钧码匀速上升,问拉力是否对物体做功?
为什么?
答:
拉力做了功,因为满足做功的两个必要条件。
问:
请同学们再观察课本104页图15——2图甲和图乙,力有没有做功?
并分析。
讲述:
通过以上分析,我们看出,物理学中的做功与日常生活中工作的中的工有何不同。
在日常生活中所说的工作包括一切消耗体力和脑力劳动的人,但物理学中功的涵义要狭窄且严格得多,即做功必须同时满足两个必要因素。
想一想上课起始我们的问题中提重物,我们所说的“累”的程度大小,这个“累”字体现的含义是什么?
答:
功。
问:
在上课起始的三个问题中,力对物体是否都做了功?
哪种情况下做功多?
如何进行比较?
我们已经知道做功需具备两个必要因素,那么功的大小和这两个因素有何关系呢?
先想一想,请同学们说看法。
(鼓励学生讨论猜测,发表不同意见)。
问:
到底功的大小与力和距离有何关系?
让我们一起用实验验证。
演示一:
人拉着小车向前匀速运动拉力为F,小车在拉力方向上移动的距离为S,拉力对小车做功。
演示二:
人拉着小车向前匀速运动拉力为2F,小车在拉力方向上移动的距离为S,拉力做的功是刚才拉力做功的2倍
演示三:
人拉着小车向前匀速运动拉力为2F,小车在拉力方向上移动的距离为2S,拉力做的功是第一次拉力做功的4倍
问:
分析以上数据,谁能总结出功的大小与力的大小和距离的大小有什么关系?
答:
力越大,使物体移动的距离越大,,或力的大小跟作用在物体上的力成正比,跟物体沿力的方向上通过的距离成正比;做功也越多。
讲述:
力学中规定。
(板书3)力与在力的方向上移动的距离的乘积叫做功。
功的公式:
功=力X距离
W=F·S(注意S指F的方向上移动的距离)
讲述:
知道了功的计算公式,我们可以用它来计算功的大小,要计算功的大小,要先确定功的单位,功的单位是由力的单位和距离的单位决定的。
力的单位是牛,距离的单位是米,那么功的单位就是牛·米。
为了纪念英国物理学家焦耳对物理学做的杰出贡献,把功的单位牛顿·米就称为焦耳,简称焦。
〔板书4)功的单位:
焦耳(焦)
l焦耳二l牛顿·米
例题1质量为50kg的雪橇上装载了350kg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/kg)
〔例题2〕一台拖拉机耕地时,牵引力是28500牛,前进了l000米,此拖拉机的牵引力做了多少功?
答:
拖拉机的牵引力做了2.85X10
焦的功。
[例题3]马拉着重为19600牛的车在水平路面上前进了400米,做了3X10
焦耳的功。
车受的重力有没有做功?
马的水平拉力是多少牛?
分析:
因为马在水平路面上前进,竖直方向上没有通过的距离,所以车受的重力不做功。
求马的水平拉力,可从已知拉力做功和车前进的距离,由W=F·S公式求得。
答:
车受的重力没有做功,马的水平拉力是750牛。
老师简单小结。
(三)巩固检测:
打幻灯片。
例题4回忆上课起始的三个问题中,若匀速提起20N和10N的重物时,每层楼高3.5米,计算下面情况下拉力做功的大小:
(1)把书包和4本书从地面提到桌面上,拉力分别做功多少?
(2)把20N和10N的重物从一楼提四楼,力做功分别为多少?
学生分组练习,教师巡视、指导,请同学说结果。
小结:
功的大小是由力和在力的方向上移动的距离大小共同决定的,作用力大的做的功不一定多,距离长的过程做的功也不一定多。
解题时要注意单位统一。
打幻灯片:
(例题5)小刚把重为1000牛的箱子沿着水平地板推动1米,小刚对箱产做的功()
A.1000焦 B.l焦 C.0焦 D.无法确定
引导学生分析物体受到几个力,画出力的示意图。
(四)小结:
幻灯打出学习目标,结合板书小结,并强调做功的两个必要因素是判断力是否对物体做功的缺一不可的条件,功的计算公式W=F·S及单位1焦耳一l牛·米,在应用中注意各量的对应关系及单位的统一。
(五)布置作业 :
课本107页练习l、2、3
第二节功的原理
(一)教学要求
(l)常识性了解功的原理。
知道使用任何机械都不省功。
(2)会应用功的原理进行简单的计算。
(二)教具
杠杆和支架、钩码、滑轮、细线、刻度尺(两个)。
(三)教学过程
一、复习提问
1.做功的两个必要因素是什么?
举例说明。
计算功的公式和单位是什么?
2.课本章后习题2,由学生板演,其他同学自己演算,最后教师讲评。
说明:
机车牵引力对这列火车做的功也可以说成机车克服阻力做的功是1.08×107焦。
又如用手匀速竖直向上提起重1牛的钩码,通过的距离是1米,则手的拉力对钩码做的功就是W=F·s=G·h=1牛×1米=1焦。
这时也可表述为手克服阻力做的功是1焦。
二、进行新课
1.引入、提问:
使用杠杆、滑轮这些简单机械能够省力,是不是也能省功呢?
2.组织学生完成课本本节实验l、2。
学生自己实验。
教师巡回指导。
(1)明确实验目的是研究使用杠杆(或滑轮)提升重物时能不能省功?
即手对杠杆(或滑轮)做的功与杠杆(或滑轮)对重物做的功是否相等。
(2)明确实验中动力就是手的拉力,阻力的大小等于钩码重。
图14—4,实验是利用杠杆的平衡条件算出手对杠杆的拉力。
图14—5实验中手对动滑轮的拉力由动滑轮的特点得出。
钩码重G=mg。
(3)测量砝码提升的高度和手移动的距离时,把两个刻度尺分别竖直放在砝码及手旁,记下砝码和手的起始位置。
当用杠杆(或动滑轮)提升砝码到一定高度时,再记下砝码和手的终了位置,求出砝码升高的高度h(米)和手移动的距离s(米)。
(4)实验中,杠杆和动滑轮的重及杠杆和滑轮在运动中的摩擦力忽略不计,因为实验研究的是理想机械。
(5)按课文实验1、2,并参照图13—4、图13—5组装实验器材,将实验结果填入课文表格中,写出实验结论。
3.总结实验结论
①学生报告实验记录数值和实验结论。
教师将几组数值记于黑板一或事先画好表格的小黑板)上。
②实验表明:
利用杠杆提升砝码,使用杠杆所做的功F·s(焦)和直接用手所做的功G·h(焦)相等,即使用杠杆不能省功。
利用动滑轮提起砝码,使用滑轮做的功F·s和直接用手所做的功G·h相等,即使用动滑轮也不能省功。
总结出功的原理并板书:
“二、功的原理
1.使用机械不能省功。
这个结论叫做功的原理。
2.功的原理对任何机械都适用。
”
3.提问:
使用任何机械都不省功,为什么人们还要使用机械呢?
(课文后“想想议议”)
要求答出:
可以省力,或省距离,或改变动力的方向,使用方便等好处。
4.例题:
课本章后习题5。
教师板演讲解。
首先弄清已知条件、物理过程。
三、布置作业
1.填写课文章后“学到了什么”2。
2.课本习题6。
3.自学课本“斜面”。
第三节机械效率
(一)教学要求
(l)知道什么是有用功、额外功和总功。
(2)知道什么叫机械效率,知道计算公式。
知道械效率总小于1。
(3)知道提高机械效率的意义和主要方法。
(二)教具
滑轮、钩码、线、弹簧秤、铁架台、刻度尺。
(三)教学过程
一、复习提问
1.功的原理是什么?
2.演示(按图1装置)并提问。
用图1的滑轮来提升重5牛的物体,应用功的原理求在细绳端需要加多大的拉力?
(动滑轮重忽略不计)
要求一名学生板演,其他学生在笔记本上演算,教师讲评并给出正确解答。
二、进行新课
1.有用功、额外功和总功
(1)演示实验
用弹簧秤匀速拉动绳端,使重物G升高。
从弹簧秤读出拉力F的值,用刻度尺测出重物提升的高度h和弹簧秤移动的距离s。
以下边讲边板书:
“实验数值G=5牛,h=0.5米,F=3牛,s=1米。
弹簧秤的拉力(动力)对动滑轮做的功:
W动=F·s=3牛×1米=3焦,
提高重物,动滑轮克服阻力做的功:
W阻=G·h=5牛×0.5米=2.5焦”
(2)提问:
由实验可以看到W动>W阻,这是为什么?
学生回答,教师总结:
前面研究简单机械和功的原理时,我们没有考虑摩擦,没有考虑使用动滑轮提升重物时动滑轮本身重等因素,是理想情况。
实际上,我们用动滑轮等简单机械提升重物时,由于要克服摩擦以及不得不把动滑轮一起提升,这时我们用的力(动力)就比没有摩擦时要大(该实验中,理想情况下拉力是2.5牛,而实际的拉力是3牛)。
做的功要比没有摩擦时大一些(该实验中,不考虑摩擦时动力做的功是2.5焦,而实际动力对滑轮做的功是3焦)。
(3)总结并边讲边板书
①在用动滑轮提高重物的实验中,用来提高物体的功对我们是有用的,是必须做的。
板书:
“1.有用功(W有用):
利用机械工作时对人们有用的功叫有用功”(注意,本节标题暂不出)
问:
本实验中的有用功是多少?
答:
W有=G·h=5牛×0.5米=2.5焦。
②本实验中,用来克服摩擦做的功、把动滑轮提升0.5米做的功对我们没有用,但又不得不做的功,这种功叫额外功。
使用任何机械做额外功是不可避免的。
板书:
“2.额外功(W额外):
对人们没有用,但又不得不做的功叫做额外功”
③本实验中,有用功加额外功是总共做的功,叫总功。
板书:
“3.总功(W总):
有用功与额外功的总和叫总功”
问:
本实验中总功W总=?
答:
W总=F·s=F·2h=3牛×1米=3焦。
问:
本实验中做的额外功是多少?
答:
W额外=W总-W有用=3焦-2.5焦=0.5焦。
2.机械效率
问:
根据以上实验,你能算出有用功在总功中占的百分比吗?
学生演算,答出计算过程和结果。
答:
83.3%。
教师小结并板书:
“4.机械效率:
有用功跟总功的比值叫机械效率”
板书:
补写本节标题:
“三、机械效率”
有用功总小于总功,所以机械效率总小于1”
教师指出:
表示机械效率的字母的读音。
机械效率用百分数表示,没有单位。
问:
某起重机的机械效率是70%,它表示什么意思?
答:
使用起重机提升重物时所做的有用功跟总功的比值是70%,也可以说有用功在总功中占有70%,另30%做的是额外功。
3.提高机械效率
阅读课本提高机械效率一段,小结要点,指出采取减小额外功是提高机械效率的有效方法。
三、巩固练习
例题:
用图2所示滑轮组把重600牛的货物匀速提高2米,所用的拉力是375牛,求总功、有用功和这个滑轮组的机械效率。
要求学生板演,教师讲评。
教师小结:
解答这类问题首先要认真审题,弄清已知条件。
其次要注意,用滑轮组提起货物的高度与人把绳子末端拉下的距离之间的关系。
还要分清总功和有用功。
总功是人利用滑轮提升货物时总共做的功,也就是人拉绳子的力做的功(或说动力对滑轮组做的功),计算时,功(W总)=拉力(F)×绳端所通过的距离(s)。
有用功是指滑轮组克服货物所受重力竖直升高所做的功,计算时,有用功(W有用)=F·s。
因为货物匀速上升,所以滑轮对货物拉力的大小等于货物重,即F=G。
货物提升的高度s用字母h表示(要与动力通过的距离s加以区分)。
所以,有用功(W有用)=货物重(G)×货物提升ツ高度(h)。
应该指出,在涉及机械效率问题时,功的原理也是适用的。
这时动力所做的功等于机械克服阻力所做的功。
使用机械时仍不省功,而且还要不可避免地做额外功。
四、布置作业:
1.课本章后习题8,要求计算出总功、有用功、机械效率。
根据计算结果答出哪些说法正确。
2.预习课本实验:
测滑轮组的机械效率。
第四节探究斜面的机械效率
教学要求:
探究测量斜面的机械效率
提出问题:
你认为影响斜面的机械效率的因素有哪些?
建立假设:
可能与…….有关
提供器材:
长方木块、小车、砝码、长木板、弹簧秤、刻度尺
设计方案:
在实验中需要进行哪些操作?
要测量哪些量?
并设计实验
数据记录表。
【操作】
(1)照图13-7那样安装好斜面,将小车放在斜面上。
用弹簧秤缓慢地把小车拉上斜面,记下弹簧秤的示数F,测出小车沿斜面通过的距离L,用弹簧秤称得小车重G并测出小车上升的高度h,算出斜面的效率η1=Gh/FL。
(2)把小车翻过来(轮子朝上)放在斜面上,重复上述实验,根据实验数据算出此时斜面效率η2。
(3)增大斜面的倾角,小车仍翻着放在斜面上重复实验,算出斜面效率η3。
比较η1、η2、η3的大小,可知η1>η2,η2<η3。
分析实验结果可得:
斜面的效率主要受斜面和小车间的摩擦的影响,在
(1)中由于轮子和斜面间的滚动摩擦小,必需做的额外功少,效率就高。
在(3)中,当倾角增大,车对斜面的压力减小,从而摩擦也减小,因此效率比
(2)时高。
比较操作
(2)、(3)中的F及η的大小,可知斜面越省力其效率不一定越高。
在
操作
(1)中,倾角θ取10~15°,斜面效率可达90%以上,把小车翻过来后,效
率明显降低。
练习与讨论:
幻灯片8-9
提问:
出示图片――盘山公路。
思考筑路采用这种方式有什么好处?
小结:
斜面也是一种简单机械。
使用斜面可以更省力。
第五节功率
(一)教学要求
(1)理解功率。
知道什么是功率?
知道功率的物理意义。
知道计算功率的公式及功率的单位。
(2)会用功率的公式进行简单的计算。
(二)复习提问
(1)力学里的功包括两个必要的因素是什么?
计算功的公式和国际单位制中功的单位是什么?
(2)在建筑工地上要把1000块大理石板送到20米高处,已知每块大理石板重50牛,用起重机可以在2分钟内将大理石板一次全部送到20米高处。
如果用一个工人来背,把这些大理石板送到20米高处所用的时间是20小时,试求用这两种方法,把大理石板全部运送到20米高处,起重机和工人各做了多少功?
解答:
起重机吊送大理石板所做的功
W
=F·s=G·h=50×1000牛×20米=1.0×10
焦,
工人背运大理石板所做的功
W2=F·s=G·h=50×1000牛×20米=1.0×10
焦。
(四)进行新课
(1)引入
把1000块大理石板送到20米高处,起重机和工人做的功是相等的。
但是,在做相等的功时,起重机比工人做功快。
做功不但有个多少的问题,还有一个快慢的问题。
在物理学里用功率这个物理量来描述物体做功的快慢。
板书:
“五、功率
1.功率是表示物体做功快慢的物理量”
(2)功率的定义、公式和单位
提问:
如果起重机和工人做的功不同,做功用的时间也不同,如何比较它们做功的快慢?
比较它们的功率大小呢?
启发学生回答,教师总结。
我们已经学过,速度是表示物体运动快慢的物理量。
我们用单位时间里运动物体通过的路程表示运动的快慢,与此类似,做功的快慢是用单位时间里完成的功来表示的。
板书:
“2.单位时间里完成的功,叫做功率”
提问:
如果起重机在2分钟里完成l.0×106焦的功,它的功率如何计算?
要求学生答出:
教师给出功率公式和单位,边讲边板书:
4.单位:
瓦特(国际单位制)
1瓦特=1焦/秒,
1千瓦=1000瓦特。
”
参阅课本图14—12,对功率的单位形成具体观念。
(3)功率是机器的主要技术性能之一,阅读P168最后一段。
简要说明选购机器考虑它的功率时要从实际出发。
(4)例题:
课本例题。
教师要把此题分解为几个问题逐个提出,由一名学生板演,其他学生自己演算,要求解题规范化。
问题:
①50米3水的质量是多少千克?
②50米3水重是多少牛?
③用一台水泵把50米3的水提升到距水面30米的一个水箱,这台离心式水泵完成了多少功?
④如果水泵把50米3的水抽到离水面30米高处用了1小时。
求这台水泵的功率是多少瓦?
合多少千瓦?
学生解答完以后教师讲评。
(五)复习巩固
1.什么叫功率?
功率是表示什么的物理量?
公式是什么?
说明公式中各字母的意义。
在国际单位制中功率的单位是什么?
2.讨论:
课本中的“想想议议”。
(六)布置作业 :
课本节后练习1、2、3、4题。
第六节动能和势能
教学目的
1.理解动能和重力势能的初步概念。
2.知道什么是弹性势能。
3.理解机械能的初步概念。
4.培养学生的抽象思维能力。
教学重点:
理解动能和重力势能。
教学难点:
能的概念的建立。
教具:
钢球、斜槽轨道、小木块、砝码、弹簧。
教学过程
(一)引入
我们在日常生活中经常提到能,诸如热能、电能、能源开发等等。
“能”确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。
我们说一个物体能够做功,这个物体就具有能。
电流能做功,具有电能;燃料燃烧放热可以做功,有热能。
自然界中,能的形式很多,今天我们学习最常见的能的形式——动能和势能。
(二)动能
1.什么样的物体具有动能?
急流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。
这些物体能做功,它们都具有能。
它们的能量由于物体运动才具有的。
水由于流动、子弹由于飞行、空气由于流动而具有能。
物理学中把物体由于运动而具有的能叫动能。
一切运动的物体都具有动能。
2.请同学们判断下列物体中哪些物体具有动能。
静坐的人,足球场上奔跑的运动员,炮膛中准备发射的炮弹,从飞机上投出的炸弹,被电风扇吹动的空气。
(学生回答)。
奔跑的运动员,飞机投出的炸弹,被吹动的空气具有动能。
原因是运动员、炸弹和空气是运动的。
而静坐的人和炮膛中等待发射的炮弹是静止的,所以不具有动能。
3.动能的大小或多少跟哪些因素有关。
物体能够做的功越多,表示这个物体具有的能量越大。
那么动能的大小决定于哪些因素呢?
现在我们通过实验来研究。
这是个带槽的木板,我们把钢球放到斜面上令其滚下,到达平面上打击一个小木块,推动木块做功,根据木块被推动的距离远近来判断钢球具有的动能的大小。
(教师演示、学生观察实验)
第一次,我们使小钢球从某一高度由静止开始滚下。
注意木块被推的距离。
第二次,我们换一个质量大的钢球,从同一位置由静止开始滚下,到达平面上时和刚才的小钢球具有同样的速度,再观察木块被推动的距离。
很显然,第二次木块被推的距离比第一次远得多。
说明大钢球做的功多,也就是大钢球具有的动能大。
提问,这个实验说明了什么?
(学生回答)
这个实验说明了物体的动能大小跟它的质量有关,速度相同时,质量越大,动能越大。
我们用同一个钢球再做两次实验。
(教师演示,学生观察)
第一次,我们让钢球从比较低的位置由静止开始滚下。
第二次我们让钢球从比较高的位置由静止开始滚下。
比较两次实验中木块被推的距离大小。
很显然,钢球从更高的位置滚下来,到达平面上时具有更大的速度,木块被推的更远。
提问,这个实验说明了什么?
(学生回答)
这个实验说明同一个物体速度越大,动能越大。
通过以上实验可知,物体的质量越大,速度越大,动能就越大。
4.课堂练习。
(1)一辆汽车加速运动,它的动能______。
(2)火车进站时做减速运动,它的动能______,停止后,它的动能=______。
(3)一辆洒水车在马路上匀速前进并正在洒水,它的动能______。
(三)势能
运动的物体具有动能。
生活中也有很多物体并没有运动,但是它们也能做功,也具有能。
1.什么样的物体具有重力势能?
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通过了一段距离,所以举高的重锤可以做功,将木桩打入地里。
试想,一个重锤如果静止地压在本桩上是不能做功的。
重锤只有在被举高的情况下才能做功,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
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- 第十五章 第一节 第十五
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