1、第2节功和能学 习 目 标知 识 脉 络1.知道机械功的原理，懂得使用任何机械都不能省功(重点)2理解功和能的含义，能举例说明功是能量转化的量度(重点、难点)3知道机械做功的本质是能量转化的过程.机 械 功 的 原 理 1三个基本概念输入功动力对机械所做的功W动，就是总功W总输出功机械克服有用阻力所做的功，即W有用损失功机械克服额外阻力所做的额外功，即W额外2.功的原理使用任何机械时，动力对机械所做的功总是等于机械克服阻力所做的功3公式表达W动W阻W有用W额外或W输入W输出W损失4机械原理使用任何机械都不能省功做一定量的功，要省力就要增大做功时的位移，而要减小做功时的位移就要多用力1使用先进机
2、械能省功，使用一般机械不能省功()2功的原理是机械普遍适用的基本原理()3使用某些机械时可以省力()如图121所示，机械的使用为人类提供了很大的方便人类能否发明既省力，又省功的机械？图121【提示】根据功的原理，不能如图122所示，通过一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组，将一重物匀速提高2 m，已知重物的质量为 100 kg，动滑轮自身的质量为1 kg，绳的质量和摩擦均不计，(g取10 m/s2)图122探讨1：人拉绳子的力是多少？【提示】动滑轮和重物的重力由三根绳子承担，F(G1G2)336.7 N.探讨2：人做的总功，有用功和额外功各是多少？【提示】W总Fs(G1G2)h2 020 JW有
3、G1h2 000 JW额G2h20 J.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输入W输出W损失或W动W阻W有用W额外2“不省功”的含义(1)若机械为理想机械，则使用机械做的功与直接用手所做的功相等(2)若机械为实际机械，则本身都有重力且存在摩擦，这时使用机械做的功比直接用手做的功要多3对功的原理的理解：功的原理是机械的基本原理，是机械做功所遵循的基本规律(1)“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”，这一描述具有普遍性(2)机械克服的阻力包括有用阻力和无用阻力，克服无用阻力做的额外功对完成工作没有任何意义，事实上使用机械都是费功的
4、，因此，机械效率总小于1.1盘山公路总是筑得盘旋曲折，因为() 【导学号：01360005】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】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【答案】C2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
5、座升高了0.5 m斜面长为4 m，若机座与斜面之间的动摩擦因数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FlGhGcos l，又由cos 得cos 故拉力对机座所做的功为W动1060.5 J0.11064 J8.97105 J.【答案】8.97105 J功的原理的三种表述1使用机械时，人们所做的功都等于不用机械而直接用手所做的功(适用于各种理想机械)2使用任何机械时，动力对机械所做的功
6、等于机械克服所有阻力所做的功(适用于各种实际机械)3使用任何机械都不省功做 功 和 能 的 转 化1能的概念一个物体能够对别的物体做功，我们就说这个物体具有能能有各种不同的形式，如动能、内能、风能、势能等2功能关系做功的过程就是能量转化的过程，做了多少功，就有多少能量发生转化即功是能量转化的量度3机械做功的本质做功的机械是传递能量、实现能量转化的装置机械做功只能将能量从一个物体转移到另一个物体或者将一种形式的能量转化为另一种形式的能量1功就是能，功可以转化为能()2做功越多，物体的能就越多()3能量转化过程中做功越多，能量转化越多()12013年举行的F1汽车大奖赛上，某赛车如图123所示，试
7、分析在赛车加速阶段和匀速运动阶段能量转化的情况图123【提示】赛车加速阶段，化学能转化为动能和内能，在赛车匀速运动阶段，化学能转化为内能。探讨：如图124所示是撑杆跳高运动的几个阶段：助跑、撑杆起跳、越横杆你能定性地说明在这几个阶段中能量的转化情况吗？图124【提示】助跑阶段身体的化学能转化为人和杆的动能，起跳阶段身体的化学能转化为人的重力势能、动能和杆的弹性势能，越杆后人的重力势能转化为动能1功与能之间的关系2功和能的区别(1)一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能量能量是表示物体具有做功的本领的大小的物理量能是状态量(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功是
8、过程量两者有着本质的区别，功和能不能相互代替(3)功和能并不等同，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3(多选)(2016三明高一检测)关于功和能，下列说法中正确的是()A如果一个物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量B做功的过程总伴随着能量的改变，做了多少功，能量就改变多少C功就是能，能就是功D功是能量转化的量度【解析】能量是反映物体对外做功本领的物理量，一个物体如果能够对外做功，这个物体就具有能量，选项A正确；功是能量转化的量度和原因，能量改变了多少就必定伴随着力对物体做了多少功，选项B、D正确；功是能量转化过程中的过程量，是能量转化的方式和手段，能量
9、是一状态量，功和能是两个不同的物理量，选项C错误【答案】ABD4(2016吉林高一检测)运动员把原来静止的足球踢出去，使足球获得100 J的动能则在运动员踢球的过程中，运动员消耗的体能() 【导学号：01360006】A等于100 JB大于100 JC小于100 J D无法确定【解析】原来静止的足球获得了100 J的动能，根据功能关系可知，运动员对足球做了100 J的功，有100 J的体内化学能转化成了动能；运动员在踢球过程中，不仅对足球做了功，由于剧烈运动还有一部分自身能量转化为内能散失，因此，踢球过程中运动员消耗的体能大于100 J，选项B正确，其他选项均错误【答案】B5流水从高处落下，对
10、水轮机做了3108 J的功，这句话的正确理解为()A流水在对水轮机做功前，具有3108 J的能量B流水在对水轮机做功时，具有3108 J的能量C流水在对水轮机做功后，具有3108 J的能量D流水在对水轮机做功的过程中，能量减少了3108 J【解析】根据“功是能量转化的量度”可知，流水在对水轮机做功的过程中，有能量参与转化，流水对水轮机做了3108 J的功，则有3108 J的机械能减少了因此，选项D正确，其他选项均指状态量，故错误【答案】D常见的几种形式能量的转化现象能的转化做功子弹射入木块动能热能子弹克服阻力做功灯泡通电电能光能、热能电流通过灯丝做功小球沿光滑斜面向上滚动动能重力势能小球克服重
11、力做功汽车开动化学能动能牵引力对车做功学业分层测评(二)(建议用时：45分钟)学业达标1使用机械时，下列说法正确的是()A一定能省力B一定能省位移C一定能改变力的方向 D一定不能省功【解析】根据功的原理，使用机械可以省力，也可以省位移，但不能同时省力和位移，即使用任何机械都不能省功【答案】D2关于功和能，下列说法正确的是() 【导学号：01360007】A功可以转化为能，能可以转化为功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】功和能是两个不同的概念，功为一个过程量，能是一个状态量，
12、做功的过程是一种形式的能量转化为另一种形式的能量的过程，A错，B对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错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错【答案】B3(多选)关于功的原理，下列说法中正确的是()A如果考虑摩擦力和机械自身的重力，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又省距离【解析】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，如果考虑摩擦力
13、和机械自身的重力，功的原理仍是适用的，故A项错；既省力又省距离的机械是不存在的，故B项错，D项正确；实际中，利用机械所做的功，由于克服摩擦力和机械自身重力做功，因此一定大于不用机械直接用手做的功，故C项正确【答案】CD4如图125所示，把同一物体分别沿BA、CA、DA三个光滑斜面匀速推到同一高度的A点，下列说法中正确的是()图125A沿BA斜面最费力，做的功最多B沿DA斜面最费力，做的功最少C沿三个斜面推力大小都一样，沿DA斜面最省功D沿三个斜面做的功一样多，沿BA斜面最省力【解析】由功的原理知，使用任何机械都不省功，由于斜面光滑，无论沿哪个斜面将物体推上A点，都与不用斜面直接将物体从E点匀速
14、推到A点做的功一样多若推力为F，坡长为l，则有FlGh，l越长，F越小，所以D正确，A、B、C错误【答案】D5(多选)举重运动员把重800 N的杠铃举高2 m，下列说法中正确的是()A人体内有1 600 J的化学能转化为杠铃的势能B人体内消耗的化学能大于1 600 JC人对杠铃做的功大于1 600 JD人克服杠铃重力做的功等于1 600 J【解析】运动员把杠铃举高2 m的过程，需克服重力做功WG8002 J1 600 J，故A、D正确；同时运动员除克服重力做功外，还要克服额外阻力做功，故人体消耗的化学能大于1 600 J，故B正确；其中有1 600 J的化学能通过人对杠铃做功而转化为杠铃的重力
15、势能，故C错误【答案】ABD6如图126所示，甲、乙两种装置将同一物体升高1 m，如果不计摩擦和滑轮重力，那么，拉力F所做的功()图126A甲多B乙多C一样多 D不能比较【解析】由于都是在理想情况下，使用任何机械都不省功，甲、乙两种装置将同一物体升高1 m，不计摩擦力和滑轮重，两个机械拉力F所做的功相等，故选C.【答案】C7.如图127所示，演员正在进行杂技表演由图可估算出他将一只鸡蛋抛出的过程中对鸡蛋所做的功最接近于()图127A0.3 JB3 JC30 J D300 J【解析】一个鸡蛋大约55 g，鸡蛋抛出的高度大约为60 cm，则将一只鸡蛋抛出至最高点的过程中人对鸡蛋做的功等于鸡蛋升高6
16、0 cm的过程中克服鸡蛋重力做的功，即Wmgh551031060102 J0.33 J，故A正确【答案】A8人骑自行车在水平路面上匀速行驶，受摩擦阻力30 N，行驶20 m过程中，人对自行车做功2 000 J，试求此过程中所做的额外功是多少？ 【导学号：01360008】【解析】根据题意W动2 000 J，W输出fs600 J由功的原理W动W输出W额外知W额外1 400 J.【答案】1 400 J能力提升9重为100 N、长1 m的不均匀铁棒平放在水平面上，某人将它一端缓慢竖起，需做功55 J，将它另一端缓慢竖起，需做功()A45 JB55 J C60 JD65 J【解析】将不均匀铁棒缓慢竖起
17、的过程中，根据功的原理，人对铁棒做的功等于铁棒克服自身重力所做的功根据功能关系可知，人对铁棒做55 J的功，铁棒的重心位置升高了0.55 m，若将铁棒另一端缓慢竖起，铁棒的重心位置升高0.45 m，根据功能关系可知，人需要克服铁棒重力对铁棒做45 J的功，选项A正确【答案】A10.如图128所示，小车与货物的质量为50 kg，沿踏板将其匀速推上汽车，设车厢离地面高度为1 m，踏板的长度为4 m若人沿踏板推小车的力为150 N且存在摩擦阻力，求(g取10 m/s2)：图128(1)在此过程中，人做了多少功？(2)在此过程中，人做的有用功与额外功分别是多少？(3)小车与踏板的摩擦力约为多少？【解析
18、】(1)W总Fs1504 J600 J.(2)W有用Ghmgh50101 J500 JW额外W总W有用600 J500 J100 J.(3)由W额外fs得f N25 N.【答案】(1)600 J(2)500 J100 J(3)25 N11如图129所示，绳的一端固定在天花板上，通过一动滑轮将质量m10 kg的物体由静止开始以2 m/s2的加速度提升3 s求绳的另一端拉力F在3 s内所做的功(g取10 m/s2，动滑轮和绳的质量及摩擦均不计) 【导学号：01360009】图129【解析】解法一：物体受到两个力的作用：拉力F和重力mg，由牛顿第二定律得Fmgma所以Fm(ga)10(102) N1
19、20 N则力FF60 N物体从静止开始运动，3 s内的位移为sat2232 m9 m力F作用在绳的端点，而在物体发生9 m位移的过程中，绳的端点的位移为2s18 m，所以力F所做的功为WF2s6018 J1 080 J.解法二：本题还可用等效法求力F所做的功由于动滑轮和绳的质量及摩擦均不计，所以拉力F所做的功和拉力F对物体所做的功相等即WFWFFs1209 J1 080 J.【答案】1 080 J12(2016漳州高一检测)如图1210所示，甲、乙、丙三位建筑工人用三种不同的方法把水泥从一楼运到三楼，根据图中的数据进行分析，这三种方法中：图1210(1)所做的有用功分别是多少？(2)哪种方法所做的总功最多，是多少？哪种方法所做的总功最少，是多少？【解析】(1)甲、乙、丙三位工人都是将重为400 N的水泥运到三楼，有用阻力相同，都为水泥的重力，故三人所做的有用功都为W有用G水泥h4006 J2 400 J.(2)工人甲做的总功为W甲(G水泥G桶G人)h(40020400)6 J4 920 J工人乙做的总功为W乙(G水泥G桶G滑轮)h(4002010)6 J2 580 J工人丙做的总功为W丙(G水泥G口袋G滑轮)h(400510)6 J2 490 J可见工人甲做的总功最多，工人丙做的总功最少【答案】见解析
