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第十一章 功和机械能
第1节 功
哪个力对小车向前运动有“成效”?有“贡献”呢?
F 对小车做了功
F支
G
F
F支
G
F阻
小车静止在桌面上时受到几个力的作用?
小车向右匀速前进一段距离,小车受到几个力的作用?
叉车举高货物
F
s
物理学中的功主要是吸收了“贡献”的意思。如果某个力对物体的移动做出了贡献,取得了成效,说这个力对物体作了功。
一、力学中的功
1.功:
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,这个力对物体做了功。
马拉车
F
s
F
拉力对车做了功
s
F
F
起重机吊起货物
拉力对货物做了功
(作用在物体上的力)
(物体在这个力的方向上移动了距离)
F
二者缺一不可。
必要因素
s
你知道用什么标准来判断是否做功吗?
s
F
F
F
s
F
为了叙述方便,有时某个力做功往往也说成施力的物体做功
没有做功(劳而无功)
人用力推大石头而没推动
无距离 s=0
有力 F≠0
分 析
议一议
当你抱着一摞书不动时,你累吗?你对书做功了吗?为什么?
没有做功(不劳无功)
分 析
s ≠ 0
F = 0
冰壶在平滑的冰面上滑行
议一议
用脚踢出足球,球在地面上滚动,滚动过程中,人对球做功了吗?
没有做功(垂直无功)
提箱子在水平路面上行走
分 析
F≠ 0
s≠ 0
力的方向与运动方向垂直
学生背着书包,
水平运动
F
力F对书包没做功
(1)F ≠ 0,s = 0,有力无距;劳而无功
3.三种不做功的情况
(2)F = 0,s ≠ 0,有距无力;不劳无功
(3)F ≠ 0,s ≠ 0,F⊥s,力距垂直。垂直无功
一、力学中的功
力学中的功的大小怎样计算呢?
②根据以上说明做功多少与_ _________________和
____________________________ _有关。
①比较甲、乙,___做的功多;比较甲、丙,___做的功多。
乙
丙
作用在物体上的力大小
物体在力的方向上移动距离的远近
功=力×距离
二、功的计算
1.功等于力和物体在力的方向上通过的距离的乘积。
W = Fs
公 式
2.功的单位和物理意义。
牛(N)
米 (m)
焦耳(J)
即:1 J=1 N · m
二、功的计算
W = Fs
意义:1 N的力使物体在力的方向上通过1 m的距离所做的功为1 J。
单位:焦耳
例 小明用50 N的水平推力推重100 N的箱子,水平匀速前进了10 m,小明做了多少功?
解:W= Fs =50 N×10 m=500 J
答:他推箱子做功500 J。
W=Gs=100 N×10 m=1 000 J
×
练一练
50 N
100 N
10 m
思考:水平向前推箱子时,重力做了多少功?
拓展 关于克服阻力做功
当力和物体在力的方向上通过的距离相反时,我们说物体克服这个力做功。
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拉力
G
F推力
f摩擦
克服摩擦力做功 W =fs
克服重力做功W =Gh
物理上的“功”指什么?
功的单位是什么?
怎样判断力对物体做功了?
本课小结
功如何计算?
1.小勇用25 N的水平力,将重10 N的足球沿水平地面踢出,踢出后足球在地面上滚了30 m才停下来。在足球滚动过程中,脚对足球所做的功为( )。
A.750 J B.300 J
C.450 J D.0
D
随堂练习
2. 如图 所示,三个物体在大小相同的力F的作用下沿力的方向移动的距离均为s,力F对物体做的功分别为 W1、W2 、W3 ,则W1、W2 、W3的关系为( )
A. W1=W2 =W3
B. W1>W2 > W3
C. W1<W2 < W3
D. W1<W3 < W2
解析:功的计算公式:W=Fs可知,功的大小取决于F与s的乘积,上面三种情况下F与s都一样,所以三次力对物体做的功是一样大的。
A
随堂练习
3. 2021年5月15日,“祝融号”火星车(如图甲所示)在火星上留下了属于中国的第一道印记。发射前,火星车在水平地面上进行测试时,受到的摩擦力为200 N,其速度v与时间t的关系图像如图乙所示。(空气阻力忽略不计,g取10 N/kg)
求:火星车做匀速直线运动
时,牵引力做的功。
随堂练习
此阶段的速度为:v=20 cm/s=0.2 m/s,
所以匀速行驶30 s的路程:s=vt=0.2 m/s×30 s=6 m,
随堂练习
解析:由图乙可知,火星车在10~40 s内做匀速直线运动,牵引力:F牵= f = 200 N。
故,牵引力做的功:
W=F牵s =200 N×6 m=1.2×103 J 。
物理学家——焦耳
介绍
主要成就
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。
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。