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第十一章 功和机械能
第 1 节 功
素养目标
1. 通过生活实例，知道力学中做功的含义，能运用公式W=Fs进行简单计算，能判断力是否对物体做功，为形成能量观念奠定基础。
2. 在利用功的定义分析生活实例的过程中，发展抽象概括的思维能力。
3. 通过举例说明做功与不做功的情况，提升分析、解释、交流的能力。
4. 通过分析具体生活实例，经历功的概念的建立过程，深化对物理源于生活的感悟，养成热爱科学、乐于探索的态度。
满载游客的过山车，在机械的带动下向着轨道的最高端攀行……忽然，它像一匹脱缰的野马，从轨道的最高端飞驶而下!它又如一条蛟龙，时而上下翻腾，时而左摇右摆，时而驶上高高耸立着的大回环的顶端……
你知道过山车的速度为什么有那么多的变化吗 你知道过山车为什么能够到达大回环的最高处吗
创设情景，引入新课
如图所示，叉车要把货物从地面搬到车上。在这个过程中，叉车除了要对货物施加力，还需要怎样做才能完成这个任务
生活和生产中还有哪一些类似的现象？
力学中的功
1. 功的概念
（1）问题探究
探究一：
叉车要把货物从地面搬到车
上。在这个过程中，叉车除了要对货物施加力，还需要怎样做才能完成这个任务
很明显，叉车要完成这个任务，除了用力托起货物，还需要使货物在这个力的方向上移动一段距离。也就是说，在叉车举高货物的过程中，货物受到一个向上的力F的作用，并且在这个力的作用下，向上移动了一段距离s，力F作用的成效体现在货物被举高了。
探究二：观察图甲、乙所示的两种情况，他们正在做什么？找找他们活动中的共同点。
活动中的共同点：都对其他物体施加了力的作用，并且物体在力
甲
乙
的方向上都移动了一段距离，力的作用都有了成效。
探究三：静止在水平面上的小车，小车受到几个力的作用？
重力G和地面的支持力F支
G
F支
用力F 拉水平面上的小车前进，则小车受到几个力的作用？
G
f
F支
重力G、地面的支持力、F支、拉力F、摩擦力f
哪个力对小车的运动有贡献？
拉力F对小车的运动有贡献。
（2）功的概念
如果一个力 在物体上，物体在这个力的方向上 了一段距离，就说这个力对物体做了功。
物理学中的功包含一种“贡献”和“成效”的含义，如果某个力对物
作用
移动
体的移动做出了贡献，就说这个力对物体做了功。
视频欣赏：《物理学中的功》
2. 做功的两个必要因素
（1）现象分析
如图所示是力对物体做功的两个实例。这些做功的实例有什么共同点？
物体受到了力；在力的方向上移动了距离。
如右图所示是力对物体没有做功的两个实例。力对物体为什
么没有做功？
用力，但没搬动石头
用了很大的力，车不动
这些力不做功的原因：
物体受到了力；但是 移动距离。
还有类似的现象吗？请举例说明。
没有
如图所示是力对物体没有做功的实例。力对物体为什么没有做功？
扛砖、提袋子、搬纸箱在水平路面上前行时，力没有对物体做功的原因：
砖、袋子、纸箱都是沿着水平方向运动，而力的方向与运动方向垂直，沿竖直方向。
力不做功的原因：
物体受到了 ；但是在力的 上没有移动距离。
力
方向
（2）力学中的功包括两个必要因素：
一是作用在物体上的 ；二是物体在 力的方向上移动的距离。
3. 力对物体不做功的三种情况
（1）有力无距离（劳而无功）
有力作用在物体上，但物体没
动，即物体没有通过 ，力对物体没有做功（力的作用没有成效）。
（2）有距离无力（不劳无功）
物体因为惯性通过一段距离，在运动方向上没有 对物体做功（离开力说功是无意义的）。
力
这个
距离
力
（3）力与运动距离的方向垂直（垂直无功）
物体 了力的作用，也通过了一段距离，但通过的距离与力的方向 ，物体在力的方向上 通过距离，这个力对物体 做功（力的作用没有成效）。
搬箱子水平前行
提篮子水平前行
挑两桶水，水平前行
交警背着老奶奶在水平道路上前行
受到
垂直
没有
没有
视频欣赏：《力不做功的三种情况》
功的计算
1. 功及其计算公式
（1）观察思考
①甲与乙都在做功，怎样比较他们做功的大小呢？
甲把重为500N的石料提到高2m的墙顶上。
乙把重为200N的瓦片提到高6m的屋檐上。
②如图所示，是起重机把每一个重力都相同的货物提高的情景，请你仔细观察，思考下面的问题。
甲与乙两次，哪一次做功多？你判断的理由是什么？
甲与丙两次，哪一次做功多？你判断的理
由是什么？
甲与乙两次，乙做功多。因为力相等，乙通过的距离大。
甲与丙两次，丙做功多。因为通过的距离相等，丙用的力大。
结论：作用在物体上的 越大，物体在力的方向上移动的 越大，力所做的功越多。
（2）功
力学中，功等于力与物体在力的方向上移动的距离的 。
（3）计算公式
功＝力×距离
F 表示力 ，s表示沿力的方向移
动的距离，W 表示功。
W = Fs
（4）功的单位
在国际单位制中：
力F的单位是 （ ），距离s的单位是 （ ） ，则功W的单位是 ；它有一个专门的名称叫做 ，简称 ，符号是 。
力
距离
乘积
牛
N
米
m
牛米
焦耳
焦
J
1J=1N m
想一想：你现在可以比较前面的问题，甲、乙提物体做功的大小了吧？
甲把重为500N的石料提到高2m的墙顶上。
乙把重为200N的瓦片提到高6m的屋檐上。
乙做功W乙= F乙s乙
甲做功W甲 = F甲s甲
=500N×2m=1000J
=200N×6m=1200J
2. 公式的应用
（1）公式变形
由功的计算公式W=Fs可知，已知三个物理量中的任意两个，可求第三个。
①求作用在物体上的力：
②求在力的方向上移动的距离：
F=W/s
s=W/F
式中物理量全部用国际单位制。
（2）F与s具有同时性
即在受力的同时移动了距离，移动距离的同时受了力。
（3）F与s具有同向性
公式W=Fs中的F是使物体沿力F的方向通过距离s的过程中，始终作用在物体上的力，它的大小和方向都是不变的；s是
物体在力F的方向上通过的距离。
例如：某人用100N的力将垒球抛出30m，若用公式W=Fs=100N×30m=3000J
计算，结果是错误的，因为抛垒球的力的作用距离不是20m，要计算运动员对球做的功，关键看脚推动球前进的距离是多少。
（4）F与s具有同体性：即F与s对应同一个研究对象。
3. 关于克服阻力做功
如果物体在力的作用下移动的方向与一个力（阻力）的方向相反，我们就说物体克服这个力做功。
例如，在水平面上推动物体前进时，要克服摩擦力做功；提
高物体时要克服重力做功。
4. 物理学家——焦耳
詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（1818年12月24日—1889年10
月11日），出生于曼彻斯特近郊的沙弗特，英国物理学家，英国皇家学会会员。
焦耳自幼跟随父亲参加酿酒劳动，没有受过正规教育。青年时期，认识了化学家道尔顿。道尔顿教给他数学、哲学和化学方面的知识，为焦耳后来的研究奠定了理论基础。
热功当量：焦耳测出了热功当量，
1卡=4.15焦耳。
焦耳定律：电流通过导体所产生的
主要贡献：
热量与电流的平方成正比，与导体的电阻成正比，与通电时间成正比。
焦耳热：毛细管电泳需要电场做功，有电场做功就会产生热量。
观看视频讲解：《功的计算》
例：目前，我国正在大力推广装配式建筑。这种建筑方式不仅施工效率高，还能大幅降低能耗，避免现场粉尘、泥浆等的污染，实现绿色施工。g取10N/kg。
（1）把质量为1.5 t的构件匀速提升到30 m高的楼顶，竖直向上的拉力做了多少功
（2）依据需要，
又将这个构件沿
水平方向匀速移
动了3m。在水平
运动阶段，竖直
向上的拉力又做
了多少功
解：（1）构件在竖直方向上做匀速直线运动，构件所受的拉力与重力大小相等，即
F=G=mg
构件在竖直方向上移动的距离
s=30m 所以，拉力做的功
=1.5×103kg×10N/kg
=1.5×104N
=4.5×105J
W=Fs=1.5×104N×30m
（2）拉力的方向竖直向上。构件在水平方向上移动了3m，但在竖直方向上没有移动距离，即s'=0。所以，拉力做的功
W'=Fs'=0
在竖直上升阶段，拉力做的功为4.5×105J。在水平运动阶段，拉力做的功为0。
课堂总结（1）
课堂总结（2）
功
力学中的功
功的计算
③力对物体不做功的三种情况：有力无距离；有距离无力；力与运动距离的方向垂直。
①如果一个力作用在物体上，物体在这个力的方向上移动了一段距离，就说这个力对物体做了功。
②力学中的功包括两个必要因素 ：一是作用在物体上的力； 二是物体在这个力的方向上移动了距离。
①功：功等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积。
④公式变形：求作用在物体上的力：F=W/s 求在力的方向上移动的距离：s=W /F
②计算公式：功＝力×距离 W = Fs
③功的单位：焦，符号是 J
课堂练习
1.一枚鸡蛋从10m高处落到地面，重力大约做了多少功 写出你是怎样估算的。
解：1枚鸡蛋的重力约0.5N，则从10m高处落到地面时，重力大约做功 W=FS=Gh=0.5N×10m=5J
我们多关注生活，会估测相关的物理量，体会物理与生活的联系。
2.下列事例中，人对物体做功的是（　　）
A．用300N的力推汽车，汽车没动
B．提着水桶在水平地面上匀速前进
C．扛着米袋慢慢爬上楼梯
D．足球被踢后，在草地上滚动一段距离
C
3.在体育课上，小明看到同学们在做引体向上，他用生活中的测量仪器测出了同学们做引体向上时，身体上升时克服重力所做的功。如图是他测量过程的一部分，请你说出：
（1）该同学用 测量 （用符号表示出该物理量）；
（2）还需要的测量仪器 ，缺少的实验步骤： ；
（3）克服重力所做功的表达式：_______。
刻度尺
身体上升的高度h
电子秤
用电子秤测量他的质量
mgh
下 课
Thanks!
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