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第十一章 机械与功
11.3 课时1 功
学习目标
1.知道力学中的功的含义。
2.能说出做功包含的两个必要因素,能判断出力是否对物体做功;
3.掌握功的计算公式和单位,会用公式进行计算。
新课导入
生活中常常需要把粮食、蔬菜、水果和其他的生活用品从楼下拿到楼上,工厂里常常需要把机器、材料和产品从一个地方运送到另一个地方……这些过程需要推、拉、搬、提等,耗费一定的力气,在物理学中如何来描写这个过程呢?
新知学习
做 功
一
小明和小聪分别用力移动箱子,发生了什么物理现象?
观察 他们的效果相同吗
小明推箱子,虽然费了力气,但箱子没有移动;小聪用力将箱子拉走了。
1. 功的概念:
物理学中规定:如果物体受力且沿受力方向移动一定的距离,就说力对物体做了功。
马拉车
F
s
F
拉力对车做了功
示例
s
F
F
起重机吊起货物
拉力对货物做了功
示例
2. 做功的两个必要因素:
(1)作用在物体上的力
(2)物体在力的方向上移动的距离
有时为了叙述方便,某个力做功往往也说成施力的物体做了功。
如:人推小车,推力做了功,也常说人做了功。
s
F
F
F
s
F
缺一不可
小车在推力的作用下向前运动了一段距离
布袋在绳子的拉力作用下升高
提着滑板在水平路面上前行
搬而未起
做功
未做功
F
移动方向
F
移
动
方
向
F
移动方向
F
没有移动
在图中标注人对物体施加力的方向和物体移动的方向
思考:用什么标准来判断力是否对物体做功?
想想议议
3. 不做功的三种情况:
(1)有力作用在物体上,但物体在力的方向上没有通过距离。
F≠0 s=0 (劳而无功)
举着不动
没抬动
没推动
3. 不做功的三种情况:
(2)有距离,但是和距离同一方向上没有力的作用。
(不劳无功)
冰壶在平滑的冰面上滑行
踢出去的足球在草地上滚动过程中
F =0 s ≠ 0
3. 不做功的三种情况:
(3)有力作用在物体上,也有距离,但是力和距离是垂直的。
F≠ 0 s≠ 0
(垂直无功)
背着书包在水平路面上行走
有力对书包做功吗?
叉车举着货物在水平方向上移动
叉车对货物做功了吗?
思考:做功的多少和什么因素有关系呢?
我觉得功的大小应该与用力
大小有关。把一个重的物体
搬到楼上,就应该比把一个
轻的物体班上楼做功多些!
我觉得功还应该与移动物体的距离有关,因为把同一个物体从一楼搬到二楼和搬到三楼做功也不一样!
a. 比较甲、乙,升高相同高度,_____图拉力做的功多,
比较甲、丙,用相同的拉力,_____图拉力做的功多。
乙
丙
b. 根据以上分析说明做功多少与___________________和
_____________________________有关.
作用在物体上的力
物体在力的方向移动的距离
1m
G
甲
F
乙
2G
1m
F
丙
G
2m
F
做功多少的比较
力学中规定:功等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积。
功=力×距离
W = Fs
2.公式
F
F
s
1.功的大小
F 表示力 ,s 表示沿力的方向移动的距离,W 表示功。
功的计算
二
著名物理学家焦耳
W = Fs
1 J=1 N m
1N的力使物体在力的方向上通过1m的距离时所做的功为1J
3.功的单位
在国际单位制中:力F的单位是牛(N),距离s的单位是米(m) ,则功W的单位是牛 米,它有一个专门的名称叫做焦耳,简称焦,符号是 J。
把1个鸡蛋举高2m,做的功大约是1J
W = Fs
4.力与距离的计算
已知做功多少和物体在力的方向上
移动的距离,可求出力的大小。
已知做功多少和力的大小,可求出
物体在力的方向上移动的距离。
注意:
1.式中物理量全部用国际单位制。
2.力F与距离s具有对应性:即距离s是物体沿受力的方向移动的距离,F与s在同一直线上;
3.F与s具有同体性:即F与s对应同一个物体。
【例题】如图 所示,用 20 N 的水平推力,使重为 100 N 的物体在水平桌面上移动 0.5 m。试求推力和重力对物体做的功。
解:推力 20 N,物体在推力的方向移动距离0.5 m,则推力做功
W = Fs = 20 N×0.5 m=10 J
重力沿竖直方向,而物体在竖直方向上没有发
生移动,所以重力做功为零
如果物体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。
F推力
f摩擦
F拉力
G重力
人在爬楼梯时,要克服自己的重力做功,计算做功的大小时,应该用人的重力G乘以楼梯的竖直高度h。
W=Gh
关于克服阻力做功
重力G
h
功
做功的两个必要因素
不做功的三种情况
功的计算
作用在物体上的力
物体在这个力的方向上移动的距离
有力无距离
无力有距离
力与距离垂直
W=Fs
功的定义: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,我们就说这个力对物体做了功。
课堂小结
【例题】小兰的质量为45kg,书包的质量为5kg,沿着楼梯登上三楼教室,若每层楼梯有15级台阶,每级台阶高20cm,问小兰从地面登上三楼需做多少功?(g=10N/kg)
解:由题意知:
小兰与包的总重力
G=(m人+m包)g =50kg×10N/kg=500N
从地面登上三楼升高的高度
s=15×2×20cm=600cm=6m
则需做功 W=Fs=Gs=500N×6m=3000J
1.下列实例中,力对物体没有做功的是( )
A. 起重机吊起重物
B. 马拉车,车未动
C. 跳水运动员从跳台跳下
D. 举重运动员,将杠铃举起
B
当堂测验
2. 下列所示现象中,力对物体做功的是( )
A.图甲:用力搬石头,没有搬动
B.图乙:用力提着滑板在水平路面上前行
C.图丙:用力将木箱推到斜面的顶端
D.图丁:用力举着杠铃在空中不动
C
3. 如图所示,AC>BC,用相同的推力沿粗糙程度相同的斜面AC和BC分别将同一重物从底部推到顶端,则此过程中( )
A.两次推力做功大小相同
B.两次克服摩擦力做功大小相同
C.两次克服物体重力做功大小相同
D.两个斜面的支持力对物体做功大小不相等
C