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第三章 能量的转化与守恒
第3节 能量转化的量度
浙教版 科学（初中）
九年级上
1
课堂导入
观察思考
举重运动员举起杠铃时，会将体内贮存的化学能转化为杠铃的势能
图3-24 运动员举起杠铃
起重机提升重物时，将电能转化为重物的动能和势能
图3-29 塔式起重机
为了量度能量转化的多少，描述能量转化的快慢，我们需要学习功和功率的相关知识。
能量转化过程中，知道有多少能量发生了转化吗？
互动学习
2
一、功的含义
运动员举着杠铃不动
运动员举着杠铃不动需要用很大的力，举重运动员做功了吗？
那么，怎样理解做功的含义？
从科学的角度来看，当运动员举着杠铃不动时，虽然要用很大的力，但此时运动员并没有对杠铃做功。
1. 图 3-25 和图 3-26 是物体在力的作用下做功的实例。想一想，在这两个实例中有什么共同特点？
图3-25 叉车把货物从地面抬升到一定高度
叉车把货物从地面抬升到一定高度
F
S
图3-26 人推小车在水平路面上通过一段路程
(1)共同特点：货物和小车都受到了力的作用，并且都在力的方向上运动了一段距离。
人推小车在水平路面上通过一段路程
F
S
说明：力做功也常说成物体做功，如人的推力对小车做功，也可以说成人对小车做功。
在科学上，如果物体受到力的作用，并且在这个力的方向上通过了一段距离，我们就说这个力对物体做了功（work）。
人对小车做功
F
S
(2)功
2. 图 3-27 和图 3-28 是物体在力的作用下没有做功的实例。想一想，在这两个实例中有什么共同特点？
图3-27 人用力搬石头，
石头没有搬动
F
S=0
因为石头虽然受到人对它向上力的作用，但没有在这个力的方向上通过一段距离，因此人对石头没有做功。
图3-28 人提书包在水平路面上匀速通过一段距离
F
S
书包受到人的提力的方向是竖直向上的，而书包是在水平方向通过一段距离，在提力方向上没有通过一段距离，因此提力也没有做功。
共同特点:有力作用在物体上，但在力的方向上没有移动一段距离。
科学上，做功必须包含两个必要因素：
通过上面的实例分析，你能说出一个物体对另一个物体做功的必备条件吗？
一是作用在物体上的力
二是物体在力的方向上通过一段距离。
注意：做功两个条件缺一不可。
（3）不做功有几种类型
①、劳而无功：有F，无s
尽管人对车用了力，但车没有移动距离，所以人对车没有做功。
人推车没推动
②不劳无功：无F, 由于惯性而有s
物体没有受到力的作用，由于惯性而通过一段距离所以人对球不做功。
人踢出球后，球在路面滚动
③垂直无功：有F, 有s, 但F、s互相垂直。
物体受到某力的作用，但运动方向始终与该力方向垂直。
提着公文包在水平路面上运动
F
S
1．做功跟我们日常所说的“做工” 或“ 工作”一样吗？
“做工”更多的是从事体力劳动，在体力劳动中，有可能做功，也可能不做功。
“工作”可以是体力劳动，也可能是脑力劳动。“脑力劳动”是不做功的。
2．塔式起重机下挂着重物，在重物静止不动、匀速向上运动、沿水平方向匀速移动三种情形中，钢索的拉力是否都对重物做了功？
①重物静止不动
图3-29 塔式起重机
这两种情况钢索的拉力对重物没有做功，
因为在力的方向上没有移动距离。
③匀速向上运动
②沿水平方向匀速移动
钢索的拉力对重物做了功
互动学习
2
二、功的计算
功有大小：
（1）科学上规定：功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。
即：功＝力 × 距离
叉车抬起的货物越重，作用的力越大，它做的功就越多；
叉车把货物从地面上抬升的高度越高，它做的功也越多。
（2）功的计算公式可表示为：W ＝ Fs
用 F 表示力，s 表示物体在力的方向上通过的距离， W 表示功
（3）在国际单位制中，力的单位是N，距离的单位是m，功的单位是N·m
为了纪念英国物理学家焦耳的贡献，人们便用他的名字焦耳作为功的单位，简称焦，用
符号J表示，1J=1N·m
1 焦＝ 1 牛·米
生活中常见的焦耳有多大？
1、把1 只鸡蛋举高2 米，做的功大约是1 焦
3、将一瓶500 mL的矿泉水从地上拿起并举高，做功约10J
2、把一本《科学》从地面捡起放回桌面所做的功大约为2焦耳
1 只鸡蛋≈50g W=Fs=Gh≈1J
一本《科学》≈200g W=Fs=Gh≈2J
500 mL=500g 举高≈2m W=Fs=Gh≈10J
如图所示，有一物体重 100 牛，把该物体从地面匀速举到高为 1 米的桌面上，做了多少功？
如果将这个物体用30 牛的力沿水平地面匀速拖动10 米，做了多少功？
F1
F2
科学上规定：功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。
应用功的计算公式时应注意：
①分清是哪个力对物体做了功，计算功时F 就是这个力；
②距离s是否是沿F的方向上通过的距离；
③力F在使物体沿着它的方向移动距离s的过程中，其大小和方向不变。
解:（1）匀速提升物体所用的向上的力：F1 ＝ G ＝ 100 牛
物体在力的方向上通过的距离：s1 ＝ 1 米
所以力F1 所做的功为：W1 ＝ F1s1 ＝ 100 牛×1 米＝ 100 焦
（2）拖动物体所用的水平拉力：F2 ＝ 30 牛
物体在力的方向上通过的距离：s2 ＝ 10 米
所以力F2 所做的功为：W2 ＝ F2s2 ＝ 30 牛×10 米＝ 300 焦
答：举高物体做功100 焦；拖动物体做功300 焦。
互动学习
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三、功和能的关系
结合举重和人推车等事例，谈谈能量的转化与做功的关系。
举重运动员具有能量才能对杠铃做功，做功时消耗的能量转化为杠铃的势能；
推车的人有能量才能对车做功，做功时消耗的能量转化为车的动能以及由于摩擦而产生的热能。
物体对外界做功时，要消耗其自身的能，所以做功的过程实质上是能量转化的过程。
力对物体做了多少功，就有多少能量发生了转化。
可以用功来量度能量转化的多少，能量的单位与功的单位一样，也是焦耳。
焦耳是英国著名的实验物理学家。他从小就对实验着迷，在家里做起了各种实验，后来成为一名业余科学家。1840 年，焦耳通过对电流的热效应的研究，得出了著名的焦耳定律。焦耳定律给出了电能向热能转化的定量关系。
焦耳特别热衷于热功当量的实验测量。1847 年，他完成了热功当量测量的经典实验：先是测量一桶水的温度，然后把铜制的翼轮放入水中，用下落的砝码带动翼轮转动来搅动水，使水的温度升高。焦耳测量了翼轮所做的功和水温的升高，从而计算出多少机械能产生多少热，这个值被称为“热功当量”。
焦耳从 1843 年开始测量热功当量，直到 1878 年最后一次发表实验结果，先后做实验不下四百余次，并且采用了原理不同的各种方法，测量了他能想到的各种过程所产生的热——包括机械的、电的、磁的，获得了大量的实验数据。他以极其精确的数据，为热和功的相当性提供了可靠的证据。人们为了表达对他的敬意，将功和能量的单位叫做焦耳。
3
课堂小结
典例分析
考点一：功的含义
4
【典型例题1】
一位同学正在进行投掷实心球的训练，以下情境中，他对实心球做功的是（　　）
A．将球从地面托起举过头顶 B．手托球水平匀速直线运动
C．拋出后的球在空中继续运动 D．手拿球静止在空中
A
【迁移训练1】
小李同学先后用同样大小的力F使同一木箱分别在如图所示甲、乙、丙三个表面上沿力的方向移动相同的距离，该力F在这三个过程中所做的功分别为W甲、W乙、W丙，关于做功大小的下列说法正确的是（　　）
A.W甲＜W乙＜W丙 B.W甲＞W乙＞W丙
C.W甲=W乙=W丙 D.W甲=W乙＜W丙
C
考点二：功的计算
【典型例题2】
如图甲所示，水平地面上的一物体，受到方向不变的水平推力F的作用，F的大小与时间t关系和物体速度v与时间t的关系如图乙所示。则第2秒末时，物体处于　 　状态，第4秒末时，物体受到的摩擦力是　 　N，第6秒末到第9秒末，推力F做功是　 　J．
静止
4
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【迁移训练1】
如图为某型号中型履带式水陆两栖突击车，它采用了轻质铝合金装甲车体，进一步增强了水中浮渡能力，该两栖车装配有输出功率为1.1×106W的发动机，g取10N/kg。求：
（1）在海面训练过程中，发射多枚炮弹后，车体向上浮起了一些，车体底部受到水的压强将　 　 　　，在陆地上行驶，履带可以车体对地的压强　 　 　 　（均选填“增大”、“减小”或“不变”）。
（2）两栖车的总质量约为20t，在深水中漂浮时，它受到的浮力是多少N？
（3）两栖车在陆地上以36km/h匀速行驶了72km过程中，发动机做了多少功
减小
减小
3×105N
7.92×109J
考点三：功和能的关系
【典型例题3】
小李同学先后用同样大小的力F使同一木箱分别在如图所示甲、乙、丙三个表面上沿力的方向移动相同的距离，该力F在这三个过程中所做的功分别为W甲、W乙、W丙，关于做功大小的下列说法正确的是（　　）
A.W甲＜W乙＜W丙 B.W甲＞W乙＞W丙
C.W甲=W乙=W丙 D.W甲=W乙＜W丙
C
【迁移训练1】
如图所示，小球从A点由静止释放，小球将自动从A点向B点摆动，在此过程中细绳（不发生形变）作用在小球上的拉力对小球　 　（选填“做”或“不做”）功；小球在　 　点时的动能最大。
不做
B

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