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(共66张PPT)
模块三　能量
第11课时　功和机械能
[课标要求]
1．结合实例，认识功的概念．知道做功的过程就是能量转化或转移的过程．
2．知道动能、势能和机械能．通过实验，了解动能和势能的相互转化．
3．知道机械功和功率．用生活中的实例说明机械功和功率的含义．
知识梳理 夯实基础
一
一、功
1．定义：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，就说这个力做了功．
2．做功的两个必要因素
(1)作用在物体上的____；
(2)物体在________________上移动的距离．
3．功的计算公式：W＝____．
4．功的单位：______，简称焦，符号是____.1 J＝____N·m.
力
这个力的方向
Fs
焦耳
　J
　1
注意：在利用W＝Fs计算功时，每个物理量的单位必须选取国际单位，力F的单位用牛(N)，距离s的单位用米(m)，功W的单位用焦(J).
二、功率
1．概念：____与做功所用的______之比叫做功率．
2．意义：表示物体__________的物理量，它只反映做功的快慢，不反映做功的多少．
3．公式：________；变形式：求功W＝____，求时间t＝______．
4．单位：______，简称瓦，符号是W；其他单位：千瓦，符号是kW.
单位换算：1 W＝1 J/s；1 kW＝______W.
功　
时间
做功快慢
Pt
瓦特
1 000
Fv
三、动能和势能
定义 影响因素
动能 物体由于运动而具有的能 运动速度：质量相同的物体，运动速度越____，动能越大；
质量：运动速度相同的物体，质量越____，动能越大
大　
大
定义 影响因素
势能 重力势能 物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能 质量：当物体所处的位置一定时，物体的质量越____，它具有的重力势能越大；
所处位置的高度：当物体的质量一定时，物体所处的位置越高，它具有的重力势能越大
弹性势能 物体由于发生__________而具有的能 弹性形变的大小：物体的弹性形变越____，它具有的弹性势能就越大
　大
弹性形变
大
四、机械能及其转化
1．机械能：动能、______势能和______势能统称为机械能．
2．动能与势能的相互转化
重力
　弹性
增大　
减小　
增大　
减小
3．机械能守恒：如果只有动能和势能相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但机械能的总和____________，或者说，机械能是守恒的．
保持不变
1．功、功率的计算
如图所示，举重运动员在2 s内把1 500 N 的杠铃匀速举高 2 m，在空中停留了3 s，运动员对杠铃做了______J的功，做功的功率是______W.
3 000　
1 500
2．机械能及其转化、参照物的选取
如图所示，小普同学到游乐场乘坐过山车，当过山车向下俯冲时，________能转化为____能，过山车快速运动时，小普感到天旋地转，他是以________为参照物的．
重力势　
动　
过山车
3．机械能及其转化
如图所示，把一个铁锁用绳子悬挂起来，将铁锁拉到自己的鼻子附近，稳定后松手，铁锁向前摆去．铁锁摆回时_____(选填“会”或“不会”)打到自己的鼻子，你判断的理由是______________________________________
__________________________________________________.
不会
铁锁在摆动的过程中有一部分机械能转化
为内能，摆回后的高度不会高于原来松开的高度
4．动能、重力势能的影响因素及信息的传递
如图所示，人造卫星沿椭圆形轨道绕地球运行，当它由近地点向远地点运行时，卫星的动能_____，重力势能______(均选填“增大”“减小”或“不变”)，地面控制中心是通过________与卫星实现数据传输的．
减小
增大　
电磁波
二
考点突破 讲练互动
判断物体是否做功
[例1]　一名举重运动员做挺举连续动作时的几个状态图如图所示．下列说法中正确的是(　　)
A．从发力到上拉的过程中，
运动员对杠铃不做功
B．从上拉到翻站的过程中，运动员对杠铃不做功
C．从翻站到上挺的过程中，运动员对杠铃不做功
D．举着杠铃稳定站立的过程中，运动员对杠铃不做功
D
举着杠铃稳定站立的过程中，运动员施加了力，但杠铃没有移动距离，所以运动员对杠铃不做功，故D正确．
规律方法　
1．若力的方向与物体运动的方向不垂直，则此力一定做功；若力的方向与物体运动的方向垂直，则该力一定不做功．
2．踢足球、掷铅球时，球在飞行的过程中，人不做功；但人在“踢”“掷”的过程中，一定做功．
【跟踪练习】
1. 如图所示是台球比赛中球杆击球后两球相撞的场景，此现象说明力能改变物体的____________，台球在桌面上滚动的过程中，球杆对台球________(选填“做功”或“不做功”).
运动状态　
不做功
由题图知两球相撞后，打出的球运动方向发生改变，运动状态发生变化，被打的小球由静止变为运动，运动状态发生变化，此现象说明力能改变物体的运动状态；台球在桌面上滚动的过程中，球杆对台球不再有力的作用，所以球杆对台球不做功．
[例2]　(2023·上饶模拟)甲、乙两同学用相同的时间从教学楼一楼登上三楼，甲同学的质量比乙同学大，这一过程中，他们做的功分别为W甲、W乙，做功的功率分别为P甲、P乙，则W甲______W乙，P甲______P乙．(均选填“>”“＝”或“＜”)
功和功率的大小比较
>　
>
规律方法　物体做功及功率大小的比较方法
【跟踪练习】
2．(2022·齐齐哈尔)如图甲所示，在水平地面上的物体在水平推力F的作用下做直线运动．当水平推力为F1时，物体运动的路程与时间关系如图乙所示；当水平推力为F2时，物体运动的速度与时间关系如图丙所示，则F1________F2.若两次推力的功率分别为P1、P2，则P1________P2.(两空均选填“大于”“等于”或“小于”)
等于　
小于
功、功率的相关计算(重点)
[例3]　(2019·江西)如图所示是根据王爷爷驾驶汽车在某段平直高速公路上行驶时记录的数据描绘出的s t图像．请你根据图像：
(1)求20～40 min时间段内汽车的速度；
[答案]　(1)80 km/h
(2)求0～50 min时间段内汽车的平均速度；
[答案] (2)96 km/h
规律方法　功的计算需满足力(F)与距离(s)的关系
1．同一物体：F与s必须对应同一个物体．
2．时间同一性：物体的运动必须是在力(F)的作用下同时进行的，如果撤去力之后物体仍在运动，此时撤掉的力(F)不做功．
3．方向一致性：物体在这个力作用下移动的距离(s)要与这个力(F)的方向是一致的．
【跟踪练习】
3．(多选)(2017·江西)如图所示是跳伞运动员在匀速下落过程中，下落的速度v、下落的路程s、重力做的功W和重力做功的功率P随时间t变化规律的图像，其中正确的是(　　)
AD
跳伞运动员在匀速下落过程中做匀速直线运动，v不随时间变化，故v-t图像为平行于时间轴的直线，s-t图像为倾斜的直线，A正确，B错误；W＝Gh＝Gvt，其中重力G、速度v是一定值，重力做的功W与时间t成正比，W-t图像为倾斜的直线，C错误；P＝Fv＝Gv，其中重力G、速度v是一定值，故功率P也为一定值，P-t图像为平行于时间轴的直线，D正确．
4．(2022·江西)如图所示是某同学陪奶奶去超市买的一桶
食用油，奶奶说这桶里的油有10斤．已知食用油的密
度为0.92×103 kg/m3，1 L＝1 dm3.
(1)请通过计算判断奶奶说的话是否正确；(1千克等于2斤)
答案：(1)见解析　
(1)由题图知，一桶食用油的体积V＝5 L＝5 dm3＝5×10-3 m3，一桶食用油的质量m＝ρV＝0.92×103 kg/m3×5×10-3 m3＝4.6 kg＝9.2斤，所以奶奶的话是错误的．
(3)该同学提油时感觉到很勒手，请你提出一种解决该问题的方法，并简述其中所运用的物理知识．
答案：(2)0 J
(2)提着这桶油在水平路面上走的时候，人对油桶的拉力的方向竖直向上，这桶油没有在拉力的方向上通过距离，所以此过程中拉力对油不做功，即做功为零．
(2)该同学提着这桶油在水平路面上走了10 m，求此过程中拉力对油做的功；
答案：(3)见解析
(3)提油时感觉到很勒手，说明油桶对手的压强大，在压力一定时，可以在手上垫上毛巾，以增大受力面积，从而减小对手的压强．
机械能及其转化(重点)
[例4] 2022年2月15日，中国选手夺得北京2022年冬奥会单板滑雪男子大跳台冠军，实现了中国单板滑雪在冬奥会上金牌“零的突破”．如图，在助滑区从起点A由静止开始加速下滑到最低点的过程中，运动员的
(　　)
A．动能和重力势能都增大
B．减小的重力势能全部转化为动能
C．重力势能减小，机械能也在减小
D．机械能可能保持不变
C
运动员从斜坡飞速下滑，运动员的质量不变，高度变小，重力势能变小；质量不变，速度变大，动能变大；在下滑的过程中，要克服摩擦消耗能量，因此人的一部分机械能转化为内能，机械能的总量减小，减小的重力势能没有全部转化为动能，故C正确．
规律方法　判断机械能在转化中是否守恒的方法
1．根据有无摩擦力等外力(重力除外)做功判断．
2．根据两个动能为零位置的高度是否相同判断．
3．若动能、势能同时增大或同时减小，则机械能不守恒．
【跟踪练习】
5．(2023·江西)我国无人机技术世界领先，应用广泛．如图所示，送快递的无人机匀速下降时，机械能 ________(选填“增大”“减小”或
“不变”).
减小
无人机匀速下降时，质量不变，速度不变，动能不变，高度不断减小，重力势能减小，故它的机械能减小．
6．(2021·江西)如图所示是物理爱好者小明同学在实验时观察到的情景，则下列分析正确的是(　　)
A．小球在水平桌面上受到的摩擦是滑动摩擦
B．小球从斜面滚下的过程中，动能转化为势能
C．小球在水平桌面上运动时，竖直方向受到平衡力的作用
D．小球在水平桌面上做曲线运动，说明力可以改变物体的形状
C
小球在水平桌面上滚动，与水平桌面之间的摩擦是滚动摩擦，A错误；小球从斜面滚下的过程中，质量不变，高度减小，故重力势能减小，同时速度变大，动能增加，所以是将重力势能转化为动能的过程，B错误；小球在水平桌面上运动时，竖直方向受到的重力和支持力是一对平衡力，大小相等，C正确；小球在水平桌面上做曲线运动，运动状态发生了变化，说明力可以改变物体的运动状态，D错误．
7.(2019·江西)如图所示，悬挂着的两个静止的易拉罐，一个装满湿沙子，另一个是空的．用一个较大的力推装满湿沙子的易拉罐，使它来回摆动起来，假如易拉罐摆动到最高位置的瞬间，绳子突然断了，此刻，易拉罐具有哪种形式的机械能？
答案： 当易拉罐达到最高位置时，速度为0，物体受到竖直向下的重力和绳子对其的拉力，绳子断开后，拉力为0，只受到竖直向下的重力，综上，易拉罐只具有重力势能．
8.(2017·江西)如图所示是承承在乒乓球比赛中，高抛发球时的情景，不计空气阻力，在乒乓球上升的过程中，乒乓球的能量是如何转化的？其机械能如何变化？
答案： 在乒乓球上升的过程中，乒乓球的质量不变，速度变小，动能减小，同时高度升高，重力势能变大，动能转化为重力势能；机械能为动能和势能之和，不计空气阻力，故机械能大小不变．
1．(2023·连云港)下列有关功的说法正确的是(　　)
A．用力推车没有推动，人对车也做了功
B．足球在水平地面上滚动时重力对足球没有做功
C.运动员举起杠铃在空中静止不动时对杠铃做了功
D.学生背着书包在水平路面匀速前进时对书包做了功
B
足球在水平地面上滚动时，重力方向竖直向下，运动方向是水平的，两个方向垂直，重力对足球没有做功，B符合题意．
2．(2023·绥化)如图，斜面长L＝5 m，高h＝2 m．小华用平行于斜面向上的拉力F，用10 s将重为150 N的物体从斜面底端匀速拉到斜面顶端，物体沿斜面匀速向上运动时所受摩擦阻力恒为20 N，则拉力所做的功为________J，拉力的功率为________W.
400　
40
3．(2022·南充)如图所示，某工人师傅用平行于斜面向上、大小为500 N的推力，把木箱从长4 m的斜面底端推到顶端用时10 s，整个过程木箱的平均速度为________m/s，推力的平均功率为________W.
0.4　
200
三
实验探究 提升技能
实验　探究物体的动能与哪些因素有关
[猜想与假设]
1．物体动能的大小可能与物体的质量、运动速度有关．
[设计与进行实验]
2．实验装置
3．实验方法
(1)转换法：通过木块被撞击后____________反映钢球动能的大小．
(2)控制变量法．
移动的距离
4．进行实验
(1)探究动能的大小与物体的质量是否有关
控制__________________不变，改变________________，观察木块被撞击后移动的距离．
小球运动的速度
小球的质量
(2)探究动能的大小与物体的运动速度是否有关

控制__________不变，改变______________，观察木块被撞击后移动的距离．
小球质量
小球运动的速度
[分析数据与结论]
5．实验结论：物体动能的大小与物体的质量和速度有关．
(1)质量相同的物体，运动速度______，它的动能越大．
(2)物体的运动速度相同，物体的质量______，它的动能越大．
[交流与反思]
6．钢球在水平面上不能立即停下，是因为钢球具有______，木块在水平面上最终会停下来，是因为受到________________的作用．
越大
越大
惯性
阻力(或摩擦力)
7．实验结论在生活中的应用：超速、超载的危害．
[例5]　“探究物体的动能大小与物体的质量、速度的关系”的示意图如图甲所示．
【设计实验与进行实验】
(1)本实验研究的是________(选填“木块”或“钢球”)的动能与它的质量、速度的关系．
(2)实验中通过观察__________________来比较动能的大小，这种方法是________(填物理方法)，实验中钢球的动能是由________________转化而来的．
钢球
木块移动的距离　
转换法　
钢球的重力势能
(3)在探究动能与速度的关系时，要保持钢球的________不变，让钢球从________(选填“相同”或“不同”)的高度滚下，以不同的速度推动木块移动．该项实验得出的结论是________________________________
_________________.
质量　
不同
质量相同时，钢球的速度越大，
动能越大
(4)在探究动能与物体质量的关系时，要选择两个质量_______(选填“相同”或“不同”)的钢球，并让它们分别从同一斜面的______(选填“相同”或“不同”)高度滚下．该实验得出的结论是__________________
___________________________.
不同
相同
速度相同时，钢球
的质量越大，动能越大
【分析与论证】
(5)物理研究方法有许多，如等效替代法、类比法、控制变量法等．本实验运用了两种研究方法：一是________法；二是转换法．
(6)本实验装置的水平面如果绝对光滑，还能得出结论吗？________；理由是______________________________________________________
_____________________.
控制变量
不能
木块在水平方向不受力，将一直匀速运动下去，无法比较
木块移动的距离
【补充设问】
(7)若不用木块，在水平木板上铺一条毛巾，________(选填“可以”或“不可以”)用钢球在毛巾表面滚动的距离来体现小球动能的大小．
(8)钢球在水平面上不能立即停下，是因为钢球具有______．木块最终会停下来是因为受到________的作用．
可以
惯性　
阻力
(9)做完该实验后，小明结合图乙明白了同样的道路上不同车型的限制速度不一样的原因是___________________________________________
_______________________________________________.
速度相同时，车的质量越大，动能越大，行驶时危险性越大，所以要设置不同的限制速度

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