1.2 功和能 课件 (3)

课件61张PPT。第2节 功 和 能1.知道机械功的原理，懂得使用任何机械都不能省功.
2.理解功和能的含义，能举例说明功是能量转化的量度.
3.知道机械做功的本质是能量转化的过程. 重点：1.机械功的原理.
2.理解功能关系，即功是能量转化的量度和原因.
难点：在具体的问题中分析得出能量的具体转化情况，并能应
用做功来定量地反映这种能量的转化. 一、机械功的原理
1.内容
使用任何机械时，_____对机械所做的功总是等于机械_____
_____所做的功.
2.表达式
W动=W阻=____________或写成W输入=W输出+______
3.结论
功的原理是机械的基本原理，是______做功所遵循的基本规律.
实际上，使用任何机械都不能_______，反而费功.动力克服阻力W有用+W额外W损失机械省功【想一想】如图所示，人们利用斜面将重物推上货车，这是为
了省功还是为了省力？
提示：当货物很重时，人们很难将重物直接搬上货车，利用斜
面就可以轻松将货物推上货车.这样做是利用斜面机械的省力原
理，但并不省功. 二、做功和能的转化
1.能的概念
如果一个物体能够对别的物体_______，我们就说这个物体具有
_______.
2.功和能之间的关系
做功的过程就是______转化的过程.做了多少功，就表示有多少
能从一种______转化为另一种形式.因此，功是______转化的量
度.做功能量能量形式能量3.机械做功的本质
做功的机械是传递能量、实现_________的装置.机械做功，只
能将能量从一个物体______到另一个物体，或者将一种形式的
能量______为另一种形式的能量.能量转化转移转化【判一判】
(1)能够做功的物体具有能量.( )
(2)机械能够对外做功是因为机械能够产生能量.( )
(3)能量的转化并不一定需要做功来完成.( )
提示：根据能的概念可知，判定物体是否具有能量的标准是看
物体能否具有对外做功的本领，(1)正确.机械能够对外做功是
因为人们给机械输入了能量，并不是机械能够产生能量，(2)错
误.根据功能关系可知，做功是能量转化的原因和量度，能量转
化离不开做功，(3)错误.　　　　　对机械功的原理的理解
【探究导引】
观察图片，思考以下问题：
(1)钓鱼活动中钓竿应用杠杆原理，是为了省力还是为了省距
离？
(2)哪一种机械是为了省力？
(3)哪一种机械的应用能省功？ 【要点整合】
1.功的原理的表达式
(1)不使用机械时:W输入=W输出(或W动=W阻).
(2)使用机械时：W动=W阻=W有用+W额外(或W输入=W输出+W损失).
(3)功的意义：
①W动=W总表示动力对机械做的功；
②W阻表示机械克服所有阻力做的功；
③W有用=W输出表示机械克服有用阻力做的功；
④W额外=W损失表示机械克服额外阻力做的功. 2.不能省功的含义
“不省功”是功的原理的核心.“不省功”有两层含义：
(1)等于(即理想机械)，是指使用机械做的功与不使用机械而直
接用手所做的功是相等的.
(2)大于，即费功(即非理想机械)，是指使用机械做的功比不使
用机械而直接用手所做的功多.对于使用非理想机械多做的那一
部分功，就是克服机械自身重力和摩擦力所做的功.它对完成工
作没有意义，所以又把它叫做无用功或额外功. 使用机械时，人们所做的功，都不少于不用机械而直接用手做的
功，也就是说，使用任何机械都不省功.也可以进一步表述为：
使用任何机械时，动力对机械所做的功等于机械克服阻力所做
的功.这里克服的阻力是指克服所有的阻力，包括有用阻力和无
用阻力(或额外阻力). 3.机械在生活中的应用
(1)省力机械：千斤顶、螺丝刀、斜面、钳子、扳手、开瓶器等.
(2)省位移的机械：自行车、理发剪、筷子、鱼竿等.
(3)不省力也不省位移，只改变工作方式的机械：定滑轮、等臂
杠杆等. 【特别提醒】(1)使用机械可以省力或省位移，但不能省功.
(2)由于克服额外阻力所做的额外功的存在，实际上使用任何机
械总是费功的. 【典例1】工人在劳动中为了方便，利用一个斜面将一个重为
106 N的机座升高了0.5 m.斜面长为4 m，若不计摩擦阻力，机
座被缓慢地拉上斜面，求对机座的拉力有多大？
【思路点拨】使用机械不能省功.斜面的长度大于高度，是一个
省力机械，合力做的功等于零，根据重力做的功可求出对机座
的拉力.
【规范解答】物体在运动过程中拉力对物体所做的功等于物体
克服重力所做的功，根据功的原理可得Fl=Gh
代入数值得
答案：1.25×105 N【互动探究】若机座与斜面之间的滑动摩擦因数为μ=0.1，则
对机座的拉力所做的功为多大？
【解析】在斜面上对机座的拉力是动力，故拉力所做的功是总
功，机座的重力沿斜面向下的分力和斜面对机座的摩擦力都是
阻力，做负功；克服重力所做的功是有用功，克服摩擦力所做
的功是额外功.根据机械功的原理可得W动=W阻=W有用+W额外
即 得
故拉力对机座所做的功为
答案：8.97×105 J 【总结提升】应用机械功的原理解题应注意的问题
(1)通过对研究对象的受力分析，确定动力和阻力，区分有用阻
力和无用阻力(或额外阻力).
(2)通过过程的分析或效果的分析确定各力作用下的位移.
(3)根据功的定义式求解各力所做的功，根据机械功的原理列方
程求解.【变式备选】(2012·漳州高一检测)盘山公路总是筑得盘旋曲折,因为( )
A.盘山公路盘旋曲折会延长爬坡的距离,根据斜面的原理,斜面
越长越省功
B.盘山公路盘旋曲折显得雄伟壮观
C.盘山公路盘旋曲折会延长爬坡长度,斜面的原理告诉我们,高
度一定,斜面越长越省力
D.盘山公路盘旋曲折是为了减小坡度,增加车辆的稳度【解析】选C.盘山公路应用了斜面的机械原理，车辆爬坡过程
中克服的阻力是重力沿斜面向下的分力和摩擦阻力，在斜面上
运动时的阻力小于物体的重力，斜面能够省力，高度一定的情
况下，斜面越长越省力.但斜面不省功，选项C正确，其他选项
均错.　　　　　 对能的概念的理解
【探究导引】观察图片，思考以下问题：
(1)炽热的太阳、龙卷风、瀑布都具有能量吗？
(2)它们的能量形式是否相同？
(3)通过什么方式判定物体是否具有能量？ 【要点整合】
1.能量的概念
能量是标量，也是状态量，由物体的状态决定，物体处于一定
的状态就对应一定的能量.一个物体能够对外做功(具有对外做
功的本领)，就说这个物体具有能量.例如，运动的物体具有
能，被举高的物体具有能，发生弹性形变的弹簧具有能.能是反
映物体具有做功本领的物理量.2.能量的形式
能量的形式有多种，物体不同的运动形式和状态对应不同的能量
形式.
3.能量的性质
能量具有转化或转移的性质. 【特别提醒】(1)不论什么形式的能量，都必须是物体在某种状
态下的能量，与某一时刻或某一位置相对应.
(2)不同的能量形式之间可以相互转化. 【典例2】伽利略斜面实验反映了一个重要的事实：如果空气阻
力和摩擦力小到可以忽略，小球必将准确地终止于同它开始点
相同高度的点，决不会更高一点，也不会更低一点，这说明，
小球在运动过程中有一个“量”是不变的，这个“量”应是
( )
A.弹力 B.势能 C.速度 D.能量 【思路点拨】分析本题时应该注意：
关键点
(1)分析小球的受力情况及运动情况.
(2)明确能量的含义.
【解析】通过斜面实验的事实描述可知，小球受到的弹力方向
发生变化，运动速度也不断变化，选项A、C均错；根据所学知
识可知小球的势能与小球的高度有关，在运动过程中小球高度
不断变化，其势能不断变化，选项B错误；伽利略发现的这个不
变的“量”应该是能量，故D正确.
答案：D 【变式训练】对于功、能的认识，下列说法正确的是( )
A.功就是能，功可以转化为能
B.做功越多，物体的能就越多
C.能量转化过程中做功越多，能量转化越多
D.功是物体能量转化的量度
【解析】选C、D.功和能是不同的物理量.能是表征物体运动状
态的物理量，物体运动状态发生变化，物体运动形式发生变
化，物体的能都相应随之变化；做功是使物体能量发生变化的
一种方式，物体能量的变化可以用相应的力做功来量度.因此，
选项A、B错误，而选项C、D正确. 功能关系
【探究导引】观察图片，思考以下问题：
(1)这几幅图片反映的情况中，都是什么形式的能之间的转化？
(2)不同能量之间的转化需要做功吗？
(3)能量转化的多少与什么因素有关？ 【要点整合】
1.功与能之间的关系 具有做功本领实现能量转化2.功与能的区别
(1)能量是表征物体具有做功本领的物理量，是状态量.
(2)功描述了力的作用效果在空间上的累积，反映了物体受力并
运动的效果，是过程量. 3.对功能关系的理解
(1)做功的过程就是能量转化的过程,能量转化的过程也就是做
功的过程.
(2)做功与能量转化的数值相等，即做了多少功，就有多少能量
发生了转化.因此，可以用做功的多少来量度能量转化的多少，
反之，也可用能量转化的多少来计算做功的多少.
(3)功与能并不等同，功只是反映了能量转化的多少，但不能认
为物体对外做的功等于物体具有的能量. 【特别提醒】在通过做功计算物体的能量转化时，应注意：
(1)外界对物体做功还是物体对外界做功.
(2)做功时是什么形式的能量发生了转化.【典例3】(2012·泉州高一检测)质量约为0.5 kg的足球被脚踢出后，在水平地面上沿直线向前运动约50 m后停止.假定运动员踢球时脚对球的平均作用力为300 N，足球在地面运动过程中所受阻力恒为其重力的0.06倍，则运动员踢球时脚对足球做的功为(g＝10 m/s2)( )
A.0.5 J B.15 J
C.250 J D.15 000 J 【思路点拨】解答本题时应该注意以下三点：
关键点
(1)注意分析足球的运动状态的变化，确定能量是否发生变化.
(2)根据功能关系确定合外力做的功，最后求出运动员对足球做
的功.
(3)要注意有效条件的应用.不知运动员作用力的位移，运动员
对足球的作用力属于无效条件. 【解题流程】足球能量变化量为零ΔE=0
合外力对足球做的功等于零 WF+Wf阻=0
WF=-Wf阻=0.06×0.5×10×50 J=15 J
答案：B 功能关系【总结提升】应用功能关系分析问题的方法
(1)正确分析物体的运动状态，确定物体的不同形式能量之间的
变化情况，判断是否有能量变化以及怎样变化.
(2)分析物体的受力情况，确定哪些力做功，哪些力不做功，哪
些力做正功以及哪些力做负功.
(3)根据功能关系列方程，结合已知条件求解某些力做的功或某
种能量的变化.【变式训练】(2012·长春高一检测)一个物体从斜面上高h处由静止滑下并紧接着在水平面上滑行一段距离后停止，测量得停止处与开始运动处的水平距离为s，如图，不考虑物体滑至斜面底端的碰撞作用，并设斜面与水平面对物体的摩擦因数相同.求摩擦因数μ. 【解析】设该斜面倾角为α，斜坡长为l，则物体沿斜面下滑时，
重力和摩擦力在斜面上的功分别为
WG=mgl·sinα=mgh，Wf1=-μmgl·cosα
物体在平面上滑行时仅有摩擦力做功，设平面上滑行距离为s2，
则Wf2=-μmgs2
物体的初、末状态相同，初、末状态下的速度均为零.对物体在
全过程中应用功能关系，则WG+Wf1+Wf2=0.
即mgl·sinα-μmgl·cosα-μmgs2=0
得h-μs1-μs2=0.式中s1为斜面底端与物体初位置间的水平距离.
故
答案：【变式备选】(2012·成都高一检测)
如图所示，木块A放在木板B左端，用
恒力F将A拉至B的右端.第一次，将B固
定在地面上，F做功为W1，生热为Q1；
第二次，B可以在光滑的地面上自由地滑动，这次F做的功为W2，生热为Q2，则应有( )
A.W1C.W1W1=Fl，根据功能关系可知Q1=μmgl；第二次，B可以在光滑的地
面上自由地滑动，木板在地面上运动了一段位移s，力F所做的
功为W2=F·(l+s)>W1，由功能关系得Q2=μmgl，故选项A正确，其
他选项均错. 【温馨提示】功能关系是解决能量问题的重要规律和依据，在
高考中有着非常重要的地位，在每年的高考试题中都会有所考
查.利用功能关系可以分析能量的转化方向和多少，反过来应用
功能关系也可根据能量的变化分析变力或未知力的做功情况.【典例】一质量均匀的不可伸长的绳索，重为G，A、B两端固定在天花板上，如图所示，今在最低点C施加一竖直向下的力将绳索拉至D点，则在此过程中，绳索AB的重心位置将( )
A.逐渐升高
B.逐渐降低
C.先降低后升高
D.始终不变 【思路点拨】可按下列思路进行分析：
外力做正功 → 绳索重力势能增加 → 绳索重心升高
【规范解答】设拉动绳索的过程极其缓慢，即绳索的动能不
变，则由功能关系可知，拉力所做的功应等于绳索克服重力所
做的功.当用力将绳索的最低点C拉至D点的过程中，拉力对绳索
做正功，又由于绳索的动能不变，则拉力做的功必定使绳索的
重力势能增加，绳索的重力势能增加了，其重心位置一定是逐
渐升高的.
答案：A 摩擦力做功与能量转化问题
1.静摩擦力做功与能量转化规律
(1)相互摩擦的系统内，一对静摩擦力所做的功的总和等于零.
(2)在静摩擦力做功的过程中，只有机械能的相互转移(静摩擦
力起着传递机械能的作用)，而没有机械能转化为其他形式的
能. 2.滑动摩擦力做功与能量转化规律
(1)相互摩擦的系统内，一对滑动摩擦力所做的功总是负值，
其绝对值等于滑动摩擦力与相对位移的乘积，即恰好等于系统
损失的机械能.
(2)一对滑动摩擦力做功的过程中，能量的变化有两个方向：
一是相互摩擦的物体之间机械能的转移；二是机械能转化为内
能，转化为内能的量值等于滑动摩擦力与相对位移的乘积. 【案例展示】如图所示，MNP为竖直
面内一固定轨道，其圆弧段MN与水
平段NP相切于N，P端固定一竖直挡
板.M相对于N的高度为h，NP长度为s.
一木块自M端从静止开始沿轨道下滑，与挡板发生一次完全弹
性碰撞(完全弹性碰撞过程中没有能量损失)后停止在水平轨道
上某处.若在MN段的摩擦可忽略不计，物块与NP段轨道间的滑
动摩擦因数为μ，求物块停止的地方与N点距离的可能值. 【规范解答】根据功能原理，在物块从开始下滑到静止的过程
中，物块重力势能减小(即重力做的功)的数值ΔEp与物块克服
摩擦力所做功的数值W相等，
即ΔEp=W. ①
设物块质量为m，在水平轨道上滑行的总路程为s′，
则ΔEp=mgh ②
W=μmgs′ ③
设物块在水平轨道上停止的地方与N点的距离为d.若物块在与P
碰撞后，在到达圆弧形轨道前停止，则s′=2s-d ④ 联立①②③④式得 ⑤
此结果在 时有效.
若 则物块与P碰撞后，可再一次滑上圆弧形轨道，滑下
后在水平轨道上停止，此时有s′=2s+d ⑥
联立①②③⑥式得
答案：【名师点评】(1)解答本题时应该重点关注物体的初、末位
置，准确计算出全过程中重力所做的功，用以判定重力势能的
变化量.根据功能关系确定摩擦力做的功.
(2)注意全面分析物块与竖直挡板完全弹性碰撞后的运动情
况，讨论物块能否向左滑上光滑圆弧轨道的情况，以免漏解，
造成解题错误.1.关于功的原理，下列说法中正确的是( )
A.如果考虑摩擦和机械自身的重力，功的原理就不适用了
B.如果一个机械省力，另一个机械省距离，把这两个机械组合
起来的装置可以既省力又省距离
C.实际中，利用机械所做的功，一定大于不用机械直接用手做
的功
D.使用任何机械都不能既省力同时又省距离 【解析】选C、D.功的原理是一个普遍原理，不仅适用于理想
机械，也适用于实际机械，如果考虑摩擦和机械自身的重力，
功的原理仍然是适用的，故A项错误；既省力又省距离的机械
是不存在的，故B项错误，D项正确；实际中，利用机械所做的
功，由于克服摩擦和机械自身重力做功，故一定大于不用机械
直接用手做的功，故C项正确.2.关于功和能，下列说法中正确的是( )
A.不通过做功，能量也可以发生转化
B.做了多少功，一定有多少能发生了转化
C.能量从一种形式转化为另一种形式时，可以不通过做功这一
过程
D.人在平地上步行时，没有做功，但消耗了能量 【解析】选B.做功的过程是一个能量转化的过程，能量的转化
必须通过做功来实现，A项错误，B项正确.能量从一种形式转
化为另一种形式时，必须通过做功来实现，C项错误.人在走路
时重心有时上升，有时下降，人也要克服重力和阻力(包括空
气阻力、关节内的摩擦等)做功，同时消耗能量，D项错误.3.水流从高处落下，对水轮机做了3×108 J的功，这句话的正
确理解为( )
A.水流在对水轮机做功前，具有3×108 J的能量
B.水流在对水轮机做功时，具有3×108 J的能量
C.水流在对水轮机做功后，具有3×108 J的能量
D.水流在对水轮机做功的过程中，能量减少了3×108 J【解析】选D.根据“功是能量转化的量度”可知，水流在对水
轮机做功的过程中，有能量参与转化，水流对水轮机做了
3×108 J的功，则有3×108 J的机械能减少了.因此，选项D正
确，其他选项均错. 4.如图所示，滑雪者由静止开始沿斜坡从A点自由下滑，然后
在水平面上前进至B点后停止，已知斜坡、水平面与滑雪板之
间的动摩擦因数皆为μ，滑雪者(包括滑雪板)的质量为m，A、
B两点间的水平距离为L.在滑雪者经过AB段的过程中，摩擦力
做的功( )
A.大于μmgL
B.小于μmgL
C.等于μmgL
D.以上三种情况都有可能 【解析】选C.设水平部分的长度为s1，斜坡的长度为s2，斜坡
与水平面的夹角为θ，则下滑的过程中摩擦力做功为
W=μmgs1+μmgs2cosθ=μmg(s1+s2cosθ)=μmgL，选项C正
确，其他选项均错. 5.在一次小学生课外活动中，老师要求学生将一捆重20 kg的
书放到高2 m的台子上，必须是每个同学单独完成，让同学们
想办法完成任务.经过思考，某同学用长为4 m的光滑搭板将书
缓慢地推了上去，求：
(1)这一过程中该同学的推力为多大？
(2)他做了多少功？
(3)老师直接将书放上去做了多少功？(不计摩擦阻力，g取
10 m/s2) 【解析】(1)设搭板与水平面的夹角为α，
则 根据平衡条件可知，推力
(2)根据功的定义计算得，推力所做的功为
W1=Fs=100×4 J=400 J
(3)若老师直接将书放上去，所做的功为
W2=mgh=20×10×2 J=400 J
答案：(1)100 N (2)400 J (3)400 J