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第十四章功和机械能一、单元复习目的1、知识与技能目标：（1）使学生深刻理解功的概念，明确功的公式，掌握功的计算。（2）知道什么是机械功以及怎样量度机械功的大小。会理解和计算机械功功率.（3）知道什么是机械效率,它的大小与那哪些因素有关。（4）知道动能和势能的初步概念以及决定它们大小的因素。了解动能和势能如何转化的。2、过程与方法目标：（1）通过师生互动，让学生理解做功的两个必要因素，理解功的计算公式，知道功的原理和功率的概念。（2）培养学生的观察能力。3、情感、态度与价值观目标：（1）培养学生严谨的科学态度。（2）培养学生的科学世界观。二、复习的重点和难点重点：功和功率的概念；机械功和机械能的概念；机械效率的计算和怎样提高机械效率；动能和势能的相互转化。难点：做功的两个因素；结合实际理解功率的概念。三、知识梳理做功的两个必要因素功(N)公式W＝FS单位：1焦耳＝1牛米表示做功快慢的量概念定义：单位时间完成的功叫功率功和功率功率(P)公式PWtPFv单位：瓦焦秒11/有用功：机械对物体做的功。机械工作时额外功：机械克服自重和摩擦做的功机械效率()总功：动力对机械做的功。机械效率WW有总m机动能V重力势能m械势能h弹性势能——形变程度能转化：动能势能四、教学课时：三课时第一课时一、基础练习1、力学里所说的功包括两个必要因素：一是作用在物体上的力；二是物体在力的方向上通过的距离。2、功的原理：使用机械时，人们所做的功，都不会少于直接用手所做的功；即：使用任何机械都不省功。公式：W=FS3、功率：单位时间内所做的功，它是表示物体做功快慢的物理量。公式P=W/t二、复习内容1、功：（1）力学里所说的功包括两个必要因素：一是作用在物体上的力；二是物体在力的方向上通过的距离。（2）不做功的三种情况：有力无距离、有距离无力、力和距离垂直。即物体受力没有移动；是物体沿力方向通过的距离；物体凭惯性运动。巩固：☆某同学踢足球，球离脚后飞出10m远，足球飞出10m的过程中人不做功。（原因是足球靠惯性飞出）。（3）力学里规定：功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。公式：W=FS（4）功的单位：焦耳，1J=1N·m。把一个鸡蛋举高1m，做的功大约是0.5J。（5）应用功的公式注意：①分清哪个力对物体做功，计算时F就是这个力。②公式中S一定是在力的方向上通过的距离，强调对应。③功的单位“焦”（牛·米=焦），不要和力和力臂的乘积（牛·米，不能写成“焦”）单位搞混。2、功的原理：（1）内容：使用机械时，人们所做的功，都不会少于直接用手所做的功；即：使用任何机械都不省功。力的大小（F）移动距离（s）做功多少（W）手提升GGhGh动滑轮提升GG/22hGh结论1、W=Fs；2、使用任何机械都不能省功（2）说明：（请注意理想情况功的原理可以如何表述？）①功的原理是一个普遍的结论，对于任何机械都适用。②功的原理告诉我们：使用机械要省力必须费距离，要省距离必须费力，既省力又省距离的机械是没有的。③使用机械虽然不能省功，但人类仍然使用，是因为使用机械或者可以省力、或者可以省距离、也可以改变力的方向，给人类工作带来很多方便。④我们做题遇到的多是理想机械（忽略摩擦和机械本身的重力）理想机械：使用机械时，人们所做的功（FS）=直接用手对重物所做的功（Gh）（3）应用：斜面①理想斜面：斜面光滑理想斜面遵从功的原理；②理想斜面公式：FL=Gh其中：F：沿斜面方向的推力；L：斜面长；G：物重；h：斜面高度。如果斜面与物体间的摩擦为f，则：FL=fL+Gh；这样F做功就大于直接对物体做功Gh。3、功率：（1）定义：单位时间里完成的功（2）物理意义：表示做功快慢的物理量。（3）公式：=Fv根据功率的导出式：P＝Fv可知功率一定时，要增大F，必须减小v，即汽车上坡时要换低速档。（4）单位：主单位W常用单位kW、mW、马力换算：1kW=103W1mW=106W1马力=735W某小轿车功率66kW，它表示：小轿车１s内做功66000J（5）比较功率大小方法a、做功时间相同，比较做功的多少，在时间相同时，做功越多功率越大。b、做功相同时，比较做功时间长短，在做相同多的功，用时越短，功率越大三、复习过程例1：(06北京)如图5所示的四种情景中，人对物体做功的是PWt=例2：.(06广州)下列关于力做功的说法，正确的是A．人提着箱子站在地面不动，手的拉力对箱子没有做功B．人把箱子从二楼提到三楼，手的拉力对箱子没有做功C．汽车在水平公路上匀速行驶，汽车所受重力对汽车有做功D．过山车向下运动过程中，车上乘客所受重力对乘客没有做功例3：（06黄岗）如图是一种开瓶器。使用时将螺旋钻头旋进软木塞，再用双手按压把即可将瓶塞拔出。钻头做得尖细是为了，压把相当于。王哲在5s内将瓶塞拔出，若瓶塞长5㎝，瓶塞受到的平均阻力为200N，则王哲克服瓶塞阻力做了J功，其做功的功率为W。例4(06泰州)你思考过“人在水平路面上前进时是否要克服重力做功”这个问题吗？小文同学对此进行了研究．她通过查阅资料得知，人体的重心大约位于肚脐上方2寸、脊椎前1寸处，人只要走路，其重心就必然会发生上下位置的变化，重心升高就需要克服重力做功．小文假设人在正常走路时，重心在人体中的位置近似不变，她行走了100m，有关测量数据如下表（表中的步距是指跨出每一步两脚之间的距离）：质量m/kg步距S/m腿长l/m时间t/s500．500．65100（1）小文同学注意到，当自己的前脚跨出时重心会下降，而后脚收起时重心会升高，则她每走一步，自己的重心会下降或升高多少米？（2）小文行走100m需要克服重力做多少功？克服重力做功的功率多大？（3）通过分析，你认为人在水平路面上通过走路来进行锻炼时，哪些因素会影响人的锻炼效果？例5（06昆明）请你设计一个测量两位同学从一楼上到三楼做功快慢的实验。（1）已提供的器材是秒表和皮尺，还需要的器材是_______________；（2）实验需要测量的物理量是__________、__________和__________。（3）请写出比较两位同学做功快慢的方法。四、堂上练习1、（06无锡）下列过程中，人对物体做功的是()2、06荷泽）下列关于功率和机械效率的说法中，正确的是（）A．功率大的机械，做功一定多B．做功快的机械，功率一定大B．效率高的机械，功率一定大压把螺旋钻头压把D．做功多的机械，效率一定高3、（06攀枝花）以下几种情况中，力对物体做功的有(B)A．人用力提杠铃，没有提起来B．沿着斜面把汽油桶推上车厢C．用力提着水桶水平移动2米，水桶离地面高度不变D．物体在光滑水平面上匀速前进二米4、图4是中国科学家在建造的世界上第一个全超导核聚变“人造太阳”。在组装时，需要用如图4所示的滑轮把重为1000牛的物体匀速提升12米，则作用在滑轮上的拉力F为______牛，绳子对重物所做的功为________焦，若提升重物所用的时间为1分钟，则绳子对重物做功的功率为________瓦。5、（06广东）一质量为3000kg的汽车沿着长为5.4km的盘山公路匀速行驶，当它从山脚行驶到高为0.5km的山顶时，耗时15min，汽车发动机的牵引力为4000N。求：（1）汽车行驶的速度。（2）汽车发动机牵引力做的功。（3）汽车发动机牵引力的功率。6、(06韶关)如图小明同学体重为50kg，背着重为60N的书包，书包带与小明的肩部接触的总面积为300cm2．求：(1)书包带对小明肩部的压强.(2)小明背着书包走到了三楼的课室，在这过程中他做的功．(3)此过程小明用了20s．他做功的功率是多少．五、教学反思第二课时一、基础练习1、有用功：定义：对人们有用的功。公式：W有用＝Gh（提升重物）2、额外功：定义：并非我们需要但又不得不做的功；公式：W额=W总－W有用3、总功：定义：有用功加额外功或动力所做的功；公式：W总=W有用＋W额=FS4、机械效率：定义：有用功跟总功的比值。公式：二、复习内容1、机械效率：（1）有用功：定义：对人们有用的功。公式：W有用＝Gh（提升重物）=W总－W额=ηW总斜面：W有用=Gh（2）额外功：定义：并非我们需要但又不得不做的功公式：W额=W总－W有用=G动h（忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组）斜面：W额=fL（3）总功：定义：有用功加额外功或动力所做的功ηW有用W总=公式：W总=W有用＋W额=FS=W有用／η斜面：W总=fL+Gh=FL（4）机械效率：①定义：有用功跟总功的比值。②公式：斜面：定滑轮：动滑轮：滑轮组③有用功总小于总功，所以机械效率总小于1。通常用百分数表示。某滑轮机械效率为60%表示有用功占总功的60%。④提高机械效率的方法：减小机械自重、减小机件间的摩擦。通常是减少额外功，如搞好润滑，减轻机械自重；在无法减小额外功的情况下，采用增大有用功来提高机械效率。例如，在用滑轮组提高重物（不计摩擦）时：WWGhGhWWGhGhGhGG有总额额轮轮111111为提高机械效率，在机械结构一定的情况下，可以采取增加提升物重的办法来实现。（5）机械效率的测量：原理：应测物理量：钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离S器材：除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需刻度尺、弹簧测力计。步骤：必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高，目的：保证测力计示数大小不变。结论：影响滑轮组机械效率高低的主要因素有：①动滑轮越重，个数越多则额外功相对就多。②提升重物越重，做的有用功相对就多。③摩擦，若各种摩擦越大做的额外功就多。④绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。2、机械效率和功率的区别：功率和机械效率是两个不同的概念。功率表示做功的快慢，即单位时间内完成的功；机械效率表示机械做功的效率，即所做的总功中有多大比例的有用功。三、复习过程例1：（（06南宁）图16是工厂车间里用来吊运物体的天车及其滑轮组示意图，钢丝绳用2000N的力将重为6000N的物体匀速吊起．若在1min内，货物ηW有用W总=ηGhFL=ηGhFS=GhFh=GF=ηGhFS=GhF2h=G2F=ηGhFS=GhFnh=GnF=ηW有用W总=GhFS=从地面被提升到6m高处，求：（1）钢丝绳提升货物时所做的有用功和有用功率；（2）滑轮组的机械效率；（3）要提高滑轮组的机械效率，可采用哪些方法？（答出2种方法即可）例2：（06吉林）如图6所示，将体积为2.０×l０-3m3的松木块，沿斜面匀速上拉时弹簧测力计的示数为4N．松木块沿斜面移动lm，上升的高度为30cm．求：(1)松木块的重力．(2)斜面的机械效率．(g=10N／kgρ木=0.5×lO3kg／m3。)例3：（06南昌）瑞瑞同学家住楼上，最近正在装修房子，需要搬运装修材料，但有些材料由于楼道过窄不方便搬运，于是瑞瑞建议采用如图19所示的滑轮组，这样站在地上就可以把材料运上楼．若某次搬运的材料重765N，被提升的高度为10m，人所用的拉力为450N．求：(1)请你帮助瑞瑞画出滑轮组的绕线示意图．(2)用滑轮组提升材料时做的有用功是多少?(3)该滑轮组的机械效率是多少?(4)随后，瑞瑞同学查阅了有关机械效率知识的资料，看到右表中的一组数据，请你找出这些机械设备效率的共同特点．例4（06湖州）在某次升国旗的仪式上，小强同学通过滑轮组将—质量为0．8千克的国旗缓缓匀速升高15米，如图所示。问：(1)小强匀速拉绳的力为多少?(2)此过程巾，小强对旗做了多少功?(3)如果升旗用了50秒的时间，则小强做功的功率为多大?(不计滑轮与绳的摩擦，滑轮、绳的质量忽略不汁，取g=10牛／千克)例5（06长沙）如图是小红同学探究影响斜面机械效率因素的实验装置。实验准备的器材有：三个质量不同的木块A；三条粗糙程度不同的长木板B；三个高度不同的长方体铁块C；刻度尺。（1）实验还需补充的器材有____________；（2）下面是小红探究斜面机械效率与物重的关系时记录的有关数据。测量次数斜面粗糙程度物重G(N)斜面高h(m)沿斜面的拉力F(N)斜面长L(m)有用功W有(J)总功W总