第11章 功、功率、机械效率 学案 2021-2022学年苏科版 九年级物理（无答案）

教学内容
功、功率
教学目标
知道功的概念，理解做功的两个必要因素；能够判断力在什么情况下做功及不做功；掌握功的定义、单位；能够用功的定义式进行计算。
知道功率的物理意义；理解功率的定义及其单位；能够用功率的定义式解决相关问题。
理解机械效率定义、大小范围、表示方法、公式、影响因素；知道有用功、额外功、总功关系式；理解机械效率的计算及公式。
重点
理解做功的两个必要因素，能够判断力在什么情况下做功及不做功
知道功率的物理意义，能够用功率的定义式解决相关问题。
理解机械效率的计算及公式
难点
理解做功的两个必要因素，能够判断力在什么情况下做功及不做功
知道功率的物理意义，能够用功率的定义式解决相关问题。
理解机械效率的计算及公式
教学过程
功
【要点梳理】
要点一、什么是功
把力和在力的方向上通过的距离的乘积称为机械功
要点诠释：
1、做功的两个必要因素是：作用在物体上的力；在力的方向上通过的距离。
2、物体在力的方向上通过了一段距离是指距离与力具有同向性和同时性。
3、不做功的三种情况
　
（1）物体受力，但物体没有在力的方向上通过距离，此情况叫“劳而无功”。
　　（2）物体移动了一段距离，但在此运动方向上没有受到力的作用(如物体因惯性而运动)，此情况叫“不劳无功”。
　　（3）物体既受到力，又通过一段距离，但两者方向互相垂直(如起重机吊起货物在空中沿水平方向移动)，此情况叫“垂直无功”。
要点二、功的计算
在物理学中，功等于力和在力的方向上移动距离的乘积
要点诠释：
1、公式
W＝FS，
　　2、单位
焦耳(J)，
3、注意事项
　　（1）有力才有可能做功，没有力根本不做功。
　　（2）F与S的方向应在同一直线上。
（3）做功的多少，由W＝Fs决定，而与物体的运动形式无关。
【典型例题】
类型一、功的概念
1、下列说法中正确的是（　　）
A．抛出手的铅球在空中向前运动的过程中，推力对它做了功
B．提着水桶在路面上水平向前移动一段路程，手的拉力对水桶做了功
C．用手从地面提起水桶，手的拉力对水桶做了功
D．用力推一辆汽车，汽车静止不动，推力在这个过程中对汽车做了功
举一反三：
【变式】如图所示的四种情景中，人对物体做功的是（
）
2、某人用了50N的力，将重30N的铅球抛到7m远处，这个人对铅球做的功为（　　）
A．350J
B．210J
C．0
D．无法计算
举一反三：
【变式】质量相等的甲、乙两物体在空中匀速下落，且下落的高度相等，已知甲下落的速度是2m/s，乙下落的速度是4m/s，则下落过程中，重力对两物体做功的说法正确的是（　　）
A．对甲做的功多
B．对乙做的功多
C．对两物体做的功一样多
D．无法判断
3、小明用100N的力踢一个重5N的足球，球离脚后在水平草地上向前滚动了20m。在球滚动的过程中（　　）
A．小明对足球做功2000J
　
B．重力对足球做功100J
　
C．小明对足球做功2100J
　
D．小明和重力对足球做功都是0J
举一反三：
【变式1】一名普通中学生从地上拿起一个鸡蛋，并把它缓缓举过头顶，此过程中他对鸡蛋做的功约为（　　）
　
A．0.l
J
B．1
J
C．10
J
D．100
J
【变式2】两辆车，大车的重力是小车的2倍，在相同的力作用下沿不同粗糙程度的水平路面通过了相同的路程，则（
）
A.力对大车所做的功比小车多
B.力对小车所做的功多
C.力对两辆车所做的功相同
D.难以判断
4、一只重500N的箱子放在水平地面上，甲学生用100N的水平力将箱子水平移动10m，乙学生把这只箱子匀速提高2m，那么，他们做功的大小是(
)
A．相等
B．甲学生做功多
C．乙学生做功多
D．条件不够，无法确定
类型二、功的计算
5、南宁到广州的高速铁路将开通，全程约为570km，只需3h。若全程为平直轨道，动车组以5×105N的牵引力做匀速直线运动，求：
（1）动车组运动的速度；
（2）动车组受到的阻力；
（3）牵引力在全程做的功。
举一反三：
【变式】如图所示，用10N的水平推力推着重为60N的物体沿水平方向做直线运动。若推力对物体做了60J的功，则在这一过程中（　　）
A.物体一定受到10N的摩擦力
B.重力做的功一定为360J
C.物体一定运动了lm
D.物体一定运动了6m
2.功率
【要点梳理】
小明的教室在五楼，通常他上楼需要1.5min。
有一次，他跑步上楼只花了40s。
因为小明的体重、上升的高度相同，所以小明两次上楼所做的功
相同
，但小明两次做功的快慢不同
。
那么，物理学上用什么物理量来表示物体做功的快慢呢？
要点一、功率
将功与做功所用时间的比，叫作功率。
要点诠释：
（1）物理意义：反映了物体做功的快慢。
（2）要比较不同物体做功的快慢，必须同时考虑两个因素：一个是物体做功的多少；另一个是物体做功所用去的时间。
要点二、功率的计算
1．定义式：
　
2．国际单位：瓦特，简称瓦，符号W；常用单位还有千瓦（kW）、毫瓦（mW）等等。
1kW=1000W，1W=1000mW，1W=1J/s
3．推导公式：
要点诠释：
功率与功是两个不同的物理量，“功”表示做功的“多少”，而“功率”则表示做功的“快慢”，“多少”与“快慢”的意义不一样，只有在做功时间相同时，做功多的做功快；否则做功多不一定做功就快，即“功率”不一定就大，也就是说：功率与功和时间两个因素有关。
【典型例题】
类型一、基本概念
1.
甲、乙两台机器，甲的功率比乙的大，则（　　）
A．甲做的功比乙做的功多
B．甲做功比乙做功快
C．甲做功所用的时间比乙的少
D．以上说法都不对
举一反三：
【变式1】起重机用20s
的时间将重物吊起，整个过程中做的功是20000J，在此过程中起重机的功率是（　　）
A．200W
B．500W
C．1000W
D．2000W
【变式2】关于物体做功的功率，下列说法正确的是（
）
A．物体做功时间越短，功率越大
B．物体做功越多，功率越大
C．物体做功越慢，功率越大
D．物体做功越快，功率越大
2.如图所示是甲、乙两个物体做功与所需时间的关系图象，由上图可知，甲物体的功率P甲与乙物体的功率P乙相比是（　　）
A．P甲＞P乙
B．P甲＜P乙
C．P甲=P乙
D．无法确定
举一反三：
【变式】小明爸爸的质量为70kg、小明的质量为50kg．当父子俩一起从居住楼的一楼同时走上二楼．在此过程中以下判断正确的是（　　）
A．两个人做功的功率相等
B．爸爸做功的功率比小明的大
C．小明做功的功率比爸爸的大
D．无法比较做功的快慢
类型二、功率的计算
3、一个正常人的心脏推动血液流动的功率为1.5W，那么，在考试100min的时间内心脏做的功是多少？利用这些功可以把一个质量为50kg的中学生匀速举高多少m？（g=10N/kg）
4、
一辆轿车以72km/h的速度在水平路面上沿直线匀速行驶10分钟，轿车的质量为1500kg，行驶时所受阻力为车重的0.2倍（g取10N/kg），则牵引力为_____N．此时汽车的功率为_____kW。
举一反三：
【变式】一辆质量为1.5t的小货车，载有质量为1.0t的货物，四个车轮与地面接触的总面积为0.1m2，小货车在平直公路匀速行驶1km，所用时间为50s，小货车受到摩擦阻力为车重的0.1倍。（g取10N/kg）。在这段时间内，求：
（1）小货车受牵引力的大小；
（2）小货车对地面的压强；
（3）牵引力做功的功率。
5、某型号汽车发动机的额定功率为6×104W，在水平路面上匀速行驶时受到的阻力是1500N。在额定功率下，当汽车匀速行驶时，求：
（l）发动机所提供的牵引力大小；
（2）行驶速度的大小；
（3）行驶5min牵引力所做的功。
举一反三：
【变式】
一辆红旗牌轿车在平直的高速公路上以60kw的功率匀速行驶，2min前进了3600m，轿车所做的功是
J，它所受到的阻力是
N。
3.机械效率
【要点梳理】
要点一、有用功、额外功、总功
1、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，也就是使用任何机械都不省功。
　　在理想情况下，使用机械所做的功等于不使用机械所作的功。
　　在实际情况中，使用机械所做的功大于不使用机械所作的功。
2、有用功：为了达到某一目的而必须做的功。如提沙子上楼时对沙子做的功就是有用功。利用机械工作时对工作目的物做的功叫有用功。
3、额外功：对人们完成某件事情来说没有用，但又不得不做的功，如提沙子上楼时对桶、滑轮等做的功就是额外功。
4、总功：使用机械时，动力做的功，例如：用桶从井中打水。由于工作目的是水，所以对水做的功是有用功，对桶做的功是额外功，人在整个提水过程中做的功是总功。
要点诠释：
1、总功是有用功与额外功之和，即W有用+W额外=W总。
2、额外功的产生是因为利用机械做功时，除了对工作目的物做功外，还要克服机械本身的摩擦力或重力做功。
要点二、机械效率
为了表示有用功在总功中所占的比例，物理学中引入了机械效率，它等于有用功W有用与总功W总之比，符号为η。
要点诠释：
1、公式为，式中η表示机械效率，它是一个百分数。η的值越大，表明有用功在总功中所占的比例越大，做功的效率越高。
2、η的值总小于100%，由于机械本身的摩擦力或重力不可能为零，所以额外功总是存在的，即有用功总是小于总功。
3、知道增大机械效率的方法
　　根据公式可知：如果有用功不变，我们可以通过减小额外功来增大机械效率，（例如我们用轻便的塑料桶打水，而不用很重的铁桶打水，就是运用这个道理）；如果额外功不变，我们可以通过增大有用功来提高机械效率；（例如，在研究滑轮组的机械效率时，我们会发现同一个滑轮组，提起的重物越重，机械效率越高，就是这个道理）；当然了，如果能在增大有用功的同时，减小额外功更好。
要点三、机械效率的几个推导公式
求简单机械的机械效率是初中物理教学的重点内容，也是近年来中考的热点问题。由于计算中涉及到总功、有用功、额外功等抽象概念，特别是滑轮组的机械效率题目中，同一滑轮组在不同负载情况下机械效率不同，有用功在具体情况中的形式不同，隐含条件的渗入，以及特殊形式的滑轮组等等，在学习的过程中常感觉困惑，易造成错解。为了解决这类问题，同学们要搞清楚以下几点：
　　要对机械效率公式进行归类细化
　　根据对、、的具体理解，可以将机械效率的定义式进行如下归类：
1）竖直方向匀速提升物体时，滑轮组的机械效率：，
忽略绳重和摩擦，绳子自由端的拉力：，
滑轮组的机械效率：。
（2）水平方向匀速拉物体时如图所示，滑轮组的机械效率：。
（3）斜面的机械效率：，
要点诠释：?
要点诠释：?
1.机械效率是有用功在总功中所占的比例，其大小是由有用功和总功共同决定的，在比较机械效率大小时，可采用控制变量法，相同时，越大，越小；相同时，越大，越大。
2.判断有用功和额外功，必须抓住工作的目的，为达到目的必须做的功就是有用功，但对我们没有用而不得不做的功就是额外功。并要注意工作目改变了，有用功和额外功也要发生变化。
3.提高机械的机械效率的方法：改进机械结构，尽量减小机械自重，合理使用机械，按规定进行保养以减小摩擦。
4.需要注意的几个问题：
（1）机械效率只有大小没有单位；
（2）由于有用功总小于总功，所以机械效率总小于1，通常用百分数表示；
（3）机械效率是标志机械做功性能的好坏的物理量之一，机械效率越高，做的有用功占总功的比例就越大这个机械的做功性能就越好。
【典型例题】
类型一、基础知识
1、下列说法正确的是（　　）
A．效率高的机械，功率一定大
B．做功时间长的机械，功率一定大
C．所有机械的机械效率都小于1
D．功率大的机械做的功一定多
举一反三：
【变式1】某滑轮组经改进后提高了机械效率，若用它把同一物体匀速提到同样的高度，改进后与改进前相比较，下列说法中错误的是（　　）
A．做的有用功增加了
B．做的总功减少了
C．做的额外功减少了
D．做的有用功跟总功的比值增大了
【变式2】关于机械效率，下列说法正确的是
（
）
A.
越省力的的机械，机械效率越高
B.
有用功多的机械，效率越高
C.
额外功少的机械，机械效率高
D.
总功一定时，有用功多的机械的效率高
2、如图，两个滑轮组由每个质量相同的滑轮组成。用它们分别将重物G1、G2提高相同高度（　　）
A．若G1=G2，拉力做的额外功相同
B．若G1=G2，拉力做的总功相同
C．若G1=G2，甲的机械效率大于乙的机械效率
D．用同一个滑轮组提起不同的重物，机械效率不变
举一反三：
3．
用如图装置，在20s内将80N的水桶提升3m，拉力为50N，则拉力的功率为　
　W，该装置的机械效率是　
　%．若不计绳重和摩擦则动滑轮的重力为　
　N。
4、某实验小组探究影响滑轮组机械效率的因素的实验装置如图所示，实验数据如下表。若不计摩擦，比较1和2两次的实验数据，可以看出滑轮组的机械效率与
有关；比较1和3两次的实验数据，可以看出滑轮组的机械效率与
有关。
举一反三：
【变式1】某同学想通过实验来探究“影响滑轮组的机械效率的因素”。他做了如图所示的实验，并测算了各次实验装置的机械效率。关于他的实验过程，下列说法中不正确的是（　　）
A．根据①、②两次实验可知：滑轮组的机械效率与绳子的绕法无关
B．根据②、③两次实验可知：同一滑轮组提起物重越大，机械效率越低
C．根据该同学的探究结论可知，通过适当增大物重可以提高滑轮组的机械效率
D．为使实验的结论更具可靠性，应换用不同的装置进行多次实验归纳得出普遍规律
【变式2】如图所示，在不计绳重和摩擦的情况下，用滑轮在10s内将重为40N的物体匀速提升2m，已知拉力F为25N，则在这个过程中拉力做的功是　
　J，滑轮组的机械效率是　
　，若匀速提升重为80N的物体，则这个滑轮组的机械效率将　
（变大/变小/不变）。
【变式3】小明用如图所示的动滑轮提起140N的水桶，动滑轮重20N（不计绳重和摩擦），小明拉绳子的动力为　
　N；如果向水桶内再加入40N的水，提起时动滑轮的机械效率
　
　（选填“变大”、“变小”或“不变”）。
类型二、知识运用
5、利用如图所示的滑轮组提起重物。（1）当被提起重物的重力是150N时，滑轮组的机械效率为60%，求绳端拉力。（2）若被提起重物的重力为250N时，求重物上升2m时，绳端拉力做的功。（绳的自重和轮轴间摩擦均不计）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
6．用不计绳重和摩擦的滑轮组把重为720N的货物匀速提高10m，所做的总功为12000J，此时滑轮组的机械效率为
，用该滑轮组提升更重的物体，机械效率会
。
（选填“变小”、“不变”或“变大”）
7.如图所示，工人师傅用动滑轮匀速提升重物．使用动滑轮的好处是
．若物体重450N，工人所用拉力为250N，则动滑轮的机械效率为
；用该滑轮匀速提升重600N的物体，若不计绳重和摩擦，则工人所用的拉力为
N．
8、小亮同学想把重100N的物体拉到距地面3m高的地方，用了三种不同的方法：
如图（甲）所示：小亮用竖直向上的力F甲将物体匀速提升3m，求拉力F甲所做的功。
如图（乙）所示：斜面长5m，高3m，拉力F乙=75N,小亮沿斜面匀速拉动物体至斜面顶端。求使用该斜面工作时的机械效率。
（3）如图（丙）所示：小亮站在地面上通过一根绳和两个滑轮匀速提升重物，在2s内将重物匀速提升3m,已知动滑轮的重量为10N。按要求画出滑轮组的绕线，求拉力F丙做功的功率。（每段绳子可承重80N,不计绳重及摩擦）。
甲
乙
丙
9．
工人利用如图所示的滑轮组匀速提升重600N的货物，绳子自由端被竖直拉上6m，额外功为300J．求滑轮组的机械效率
10.
为了改善老旧住宅楼的保温效果，沈阳开展了“暖房子工程”，如图为施工现场使用的提升装置。已知被提升的建筑材料的质量为200kg，动滑轮重力为
500N，拉力F在10s内将重物匀速提升了10m，不计绳重及摩擦。（g=10N/kg）求：
（1）提升装置所做的有用功；
（2）
拉力F
功率；
（3）
该装置的机械效率。
举一反三：
【变式】由两个动滑轮和两个定滑轮组成的滑轮组，把一重为1000N的重物匀速提升1m时，人站在地面上所用拉力为312.5N，若绳重及摩擦不计，则滑轮组的机械效率多大？动滑轮重为多大？若提升的重物变为1500N，绳子自由端的拉力为多大？
11、一辆车开进了泥潭中，司机取来一个动滑轮欲将汽车从泥潭中拉出，如图所示，若司机用750N的拉力在5s内将汽车水平匀速拉动1m，那么司机所做的功是
J，司机做功的功率是
W，若滑轮的机械效率为60%，汽车所受地面的摩擦力是
N。
12.
图甲中用力F1水平拉着重为G的物体在水平路面上匀速移动s的距离。图乙中用动滑轮拉着它也在同一路面上匀速移动s的距离，水平拉力为F2．使用动滑轮的过程中（
）
A.
总功为W总=F2s
B.
有用功为W有=Gs
C.
机械效率为η=
D.
额外功为W额=2F2s﹣F1S
13、沿长10m、高为2m的斜面，将重为500N的物体匀速推到顶端时的机械效率为80%，求：（1）沿斜面向上对物体推力的大小；（2）物体在斜面上运动时受到的摩擦力。
14．
如图，在斜面上将一个重5N的物体匀速拉到顶端。沿斜面向上的拉力为2N，斜面长4m，高1m。则拉力做的有用功为　
　J，斜面的机械效率为　
　。
举一反三：
15．用图所示的装置将浸没在水中、质量为
0.85kg
的物体以
0.1ms
的速度匀速提升
0.2m，弹簧测力计的示数为
3N，不计绳子和滑轮的重及摩擦，假设物体始终未露出水面。
（g
取
10N/kg，p水=1.0×103kg/m3）求：
物体受到的浮力;（2）物体的密度;（3）拉力的功率。
15、工人借助如图所示的装置，在20s时间内将700N重的货物匀速提升了4m，已知他对绳子的拉力为该过程中，工人所用装置的机械效率为______，工人对绳子拉力的功率为______W。
16．
某同学“测量滑轮组的机械效率”的实验装置如图所示。
实验时把更72N的物体吊在滑轮上，向上缓慢拉动弹簧测力计，测出物体上升高度和绳端移动距离分别为0．lm和0.3m。图小弹簧测力计示数为　
　N，滑轮组机械效率为　
　%．如果用此滑轮组提升另一重为10N的物体，它的机械效率　
　（填“变大”、“变小”或“不变”）。
17．如图所示，物体重180N，动滑轮重IO
N．小明用100
N的拉力（方向不变）将物体匀速提升2m，用了l0s，则此过程中有用功是
J，额外功是
J，拉力的功率是
W，滑轮组的机械效率是
．
18.
如图甲所示，拉力F通过滑轮组，将正方体
金属块从水中匀速拉出至水面上方一定高度处。
图乙是拉力F随时间厂变化的关系图像。不计动
滑轮的重力、摩擦及水和空气对金属块的阻力，
g=10
N/kg，求：
（1）金属块完全浸没在水中时受到的浮力大小；
（2）金属块的密度；
（3）如果直接将金属块平放在水平地面上，它对地面的压强大小。