功的原理及应用 PPT课件

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活动三:怎样正确计算功？
分析：2000N的重力并没有对车做功。因为重力的方 向是竖直向下的，而车子是在水平方向上移动。
要计算人拉车的力所做的功，就要用拉力的大小乘车 子在拉力的方向上通过的距离。已知车子沿拉力的水 平方向前进了5m，所以还需要知道拉力的大小。
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例题：小明提着重100N的水桶，在水平地面上前进 了10m，再走上高为3m，楼梯长为6m的石阶， 他 克服水桶重力做了多少功？
已知：G＝100N，h＝3m 求：W 解：因为F＝G＝100N，s＝h＝3m 由W＝Fs＝Gh＝100N×3m＝300N·m＝300J 答：小明克服水桶重力做功300J。
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三、功的原理
s
F
F
G
h
G
F=
1 2
G
S=2h
这种机械省一半力但却费一倍距离
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使用动滑轮时手拉绳做功：W=FS=
1 2
G
×
在头顶停留了10s,则在后的10s内，运动员对杠
铃做功是：
（A ）
A0
B 1960J C 490J D 980J
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4、一个小孩用10N的水平力将50N重的物块沿水平移动
10m，一个大人将这个物体匀速举高2m,那么他们做的
功是：
（C）
A、小孩做的功多 B、大人做的功多
C、他俩做功一样多 D、他俩对物体都没有做功
W＝Fs 单位：1J＝1N·m 4、功的原理：使用任何机械都不省功。
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巩固练习： 1、起重机吊着重物水平匀速移动了一 段距离。拉力 对物体是否做功？为什么？
2、把重为100N的箱子沿水平地板推动2m，则推力对
箱子做功为： （ D）

成电路的技术。
光电子学
光电子学是利用光电效应等原 理，实现光信号的转换和传输
。
04 生物功能原理
生物功能原理概述
生物功能原理是研究生物体如何实现 其功能的科学原理，包括细胞、组织 、器官和系统等不同层次的功能原理 。
生物功能原理的研究涉及到多个学科 领域，如生理学、生物化学、分子生 物学、遗传学等，需要跨学科的合作 与交流。
当光照射在物质上时，物质可以吸收 光能并将其转换为电能的现象称为光 电效应。
电子功能原理的应用
01
02
03
04
半导体器件
利用隧道效应和光电效应等原 理，可以制造出半导体器件如
晶体管、太阳能电池等。
集成电路
集成电路是将多个电子器件集 成在一个芯片上，通过电子功 能原理实现各种电路功能。
微电子学
微电子学是利用电子功能原理 制造微小尺寸的电子器件和集
通过深入了解疾病的生物功能原理，可以 制定更为有效的诊断和治疗方法。
生物工程与农业
环境保护与生态修复
利用生物功能原理可以改良农作物品种、 提高农产品产量和品质，同时也可以用于 工业微生物的改造和利用。
通过研究生物在环境中的适应机制和生态 系统的平衡机制，可以制定更为合理的环 境保护和生态修复方案。
05 功能原理的发展趋势
在建筑工程中，机械功能原理 被用于设计和制造各种建筑机
械和施工设备。
在日常生活中，许多常见的工 具和设备也应用了机械功能原 理，如剪刀、扳手和钟表等。
03 电子功能原理
电子功能原理概述
电子功能原理是研究电子在物质 中的行为和作用的科学原理，是 电子工程和物理学的重要基础。
电子功能原理主要涉及电子的运 动状态、相互作用和能量转换等

不同能量形式的转化
△U＝W
热传递是不同物体或同一物体不同部分内能的转移
同种能量形式的转移
△U＝Q
典型例题
例1 、如果铁丝的温度升高了，则（ C ）
A.铁丝一定吸收了热量 B.铁丝一定放出了热量 C.外界可能对铁丝做功 D.外界一定对铁丝做功
典型例题
例题2、一定质量的气体经历一缓慢的绝热膨胀过程。设气体分子间的势能可忽
月24日生于索尔福。他父亲是酿酒 厂的厂主。焦耳从小体弱不能上学， 在家跟父亲学酿酒，并利用空闲时间 自学化学、物理。他很喜欢电学和磁 学，对实验特别感兴趣。后来成为英 国曼彻斯特的一位酿酒师和业余科学 家。焦耳可以说是一位靠自学成才的 杰出的科学家。焦耳最早的工作是电 学和磁学方面的研究，后转向对功热
情景导入
了解下列词语中“功”的含义： • 功劳 立功— 贡献 • 大功告成 事半功倍—— 成效
什么是力学中的“功”呢？
学习目标
1.知道力学中做功的含义， 2.能说出做功包含的两个必要因素，并能判断出力是否对物体做功。 3.能应用公式W=Fs进行简单的计算。
一、力学中的功
功的定义： 通常而言，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，我们就说这个 力对物体做了功.
一、力学中的功
小组讨论： 1.力学里所说的做功，包含的的两个必要是什么？
一、力学中的功
小组讨论： 2.不做功的三种情况分别是哪三种？
一、力学中的功
1.做功的两个必要因素：
作用在物体上的力，物体在这个力的方向上移动的距离。
2.不做功的三种典型情况
人教版物理八年级下册（初中）
第十一章 功和机械能
第一节
功
MENTAL HEALTH COUNSELING PPT

3、额外力W额： 把克服像摩擦力那样无用的阻力所做的功 叫做额外功。
4、三者之间的关系
W总=W有+W额 5、机械效率η
有用功在总功中所占的比例。 机械效率=有用功/总功 η=W有/W总 ×100%
例1
沿长5米,高1米的斜面,把重力1000牛的物 体匀速拉到车上去,做了多少功?
如果所用的拉力为250牛,做的总功是多少? 斜面的机械效率是多少?
功的原理
一、功的原理
1、动力对机械所做的功等于机械克服阻力所 做的功，即使用任何机械都不能省功
W1=FL W2=Gh ∵ W1=W2 ∴ FL=Gh
2、任何机器都遵循功的原理，省功的机械是 不可能制造出来的。
二、机械效率
1 克服重力那样有用的阻力所做的功叫做有 用功。
例2
有一台抽水机在10秒钟内把200牛的水提高 到5米处.已知该抽水机效率为80%,求它的 功率。
6、使用任何机械都必须做额外功，额外功只 能减少，不能避免，所以任何机械的机械 效率总小于1。
7、提高机械效率的关键是减少额外功。
可采取的措施有减少摩擦、降低机械自重、 简化机械结构等。

影响因素不同
做功主要受到力和在力方向上移动距离的影响，而热传递主要受到 物体间温度差和传热介质的影响。
物理意义不同
做功是过程量，表示能量转化的多少，而热传递是状态量，表示热 量转移的状态。
做功与动能的改变关系
动能定理
合外力的功等于物体动能的变化量。
动能与速度的关系
动能与速度的平方成正比，速度越大，动能越大 。
详细描述
功的国际单位是焦耳（J），符号为“J”。在国际单位制中， 功的单位是根据能量转化的定义来确定的。此外，还有一些 常用的单位，如牛顿米（Nm）等。
02
功的计算方法
恒力做功的计算
01
02
03
恒力做功的定义
在力的方向上发生的位移 与力的大小相乘，即$W = Fs$。
单位
在国际单位制中，功的单 位是焦耳（J）。
当汽车发动机工作时，燃料在气缸内燃烧，产生高温高压气体，推动活塞运动，进而通过曲轴、传动轴等机构将 动力传递到车轮上，使汽车前进。这个过程中，发动机所做的功将化学能转化为机械能，使汽车得以行驶。
电梯升降中的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ功
总结词
电梯升降过程中，电动机通过消耗电 能将机械能转化为势能，使电梯上下 运动，这也是做功的一种表现。
实验步骤 1. 选择一段金属丝，测量其长度和直径。
2. 将金属丝接入电路中，测量其两端的电压和电流。
测定金属丝的电阻率实验
3. 根据欧姆定律计算金属丝的电阻 值。
4. 根据电阻率和长度、直径的关系计 算金属丝的电阻率。
05
功的常见误区与纠正
做功与热传递的区别
概念不同
做功是能量转化的过程，而热传递是热量转移的过程。
06
功的深入理解与拓展

k x k L 2F F (3) k
所求L同时满足（1）、（3）式，故其范围为：
F L 3F
k
k
(2)式解为：x1

L,
x2

L

2F k
力学 功和能 动能定理
例1、一链条总长为l ，质量为m ，放在桌面上靠边 处，并使其一端下垂的长度为a ，设链条与桌面间 的滑动摩擦系数为 u，链条由静止开始运动，求（1） 到链条离开桌边的过程中 摩擦力对链条作了多少功?
A
B
k
T
m1
m2
F
u=0
解：设弹簧伸长为x1时，A, B系统 所受合外力为零，即：
F kx1 0, x1 F / k 设T对m2所作的功为WT 2，F对m2所作的功为WF， 木块所受合外力为零时的速度为V，弹簧在此
过程中所作的功为Wk，
对m1, m2系统，由动能定理
WF
Wk

1 2 (m1
2
2
由式（1）、（2)可解出物体B的动量大小为
Mu Mm
2g(H h) (M m)[M (M m)tg 2w]
方向：沿x轴方向
例、两个质量分别为m1 和 m2的木块A和B，用一个质量忽 略不计、倔强系数为K的弹簧联接起来，放置在光滑水平面 上，使A紧靠墙壁，如图所示，用力推木块B使弹簧压缩 x， 然后释放。已知m1=m,m2=3m ，求（1）释放后，A,B两 木块速度相等时的瞬时速度的大小；（2）释放后，弹簧的
m2 )V
2
(1)
对m2
: WF
WT 2

1 2
m2V
2
(1)

F ma 6t
A
6tdx
2 0
6t
3 2
t
2dt
4-2、保守力及其功
一、常见力的功 1.万有引力的功
设质量为m的质点在质量为M的固定质点的万有引力场中运动
,取M为坐标原点
dr
b
分析：
M对m的引力为
F
G
Mm r2
r
变力 微元法
rb
θ
dr
m
元功： dA F d r F d r cos θ
0
3 36t 3dt
0
9t4
3 0
729J
P F v 12t 3t2 288W
三、动能定理 1. 质点的动能定理
F
m dv dt
m
dr
b
P F
a
b
b
b
A
F dr
a
a F dr
a F ds,
b m d v ds a dt
vb va
mvdv
1 2
mvb2
1 2
mva2
4-1 功 动能定理
一、功:
功的定义：力对质点所作的功等于力在质点位移方向
的分量与位移大小的乘积。
即为力与质点位移的点积。
1、恒力直线运动的功：
A F cos | r | F Δr
F
F
θ
Δr
2、变力曲线运动的功
微元法：将 ab 分成许多段微小的位移，每一微小
的位移 dr 中的力看成恒力（大小、方向
元功：dA F d r
k
F
(kxi) (dxi)
x
kxdx
0 xa x xb
A

(取g=10m/s2 )
【解析】 取汽车开始时所在位置为参考平面，应 用物体机械能变化规律W外 = E2 – E1 解题时，要 着重分析清楚重力、弹力以外其它力对物体所做的 功，以及此过程中物体机械能的变化。
牵引力做功为 wF 阻力做功为 w f km gL
上升高度h2
500 2 100
10m
2:作者认为”祖国的西北部那里还很穷,很荒凉,还在 沉睡,但是却充满了生机”,这样说是否前后相矛盾呢?
并不矛盾:贫穷、荒凉的确是客观事实:说它同时”充满 生机”是说西北部有很大的发展潜力,西北部的人民纯朴 热情、渴望发展，饱含了作者对西北部深厚的感情!
3:文章结尾说”我的梦还在继续着”,这 里梦的含义是什么?
刘雨田拍摄了一万多张照片，写下了二百多万字的探险日记…… 为人类自然探险填补了一个又一个空白。
世界八大奇迹
1、吉札金字塔 金字塔是古代埃及王自己修建的陵墓。埃及的吉札金字塔被古代世界七大奇之一。
在埃及的大小金字塔，大多都建築於埃及第三到第六王朝。些有4000多年歷史的金字塔 主要分在首都及尼河上游西岸吉等地。
品读课文第三部分,回答问题；
1:作者为什么说大自然是无情的又是慷慨的?
无情的:在作者长城万里行的两年里，大自然让他充分体 验到了难以想象的艰难困苦，甚至面临着生死考验。
慷慨的:大自然是活生生的教科书。万里长城之行让作者 领略到了万里长城,丝绸之路的文化灵魂，了解了大西北 文明的盛衰和当地的风土人情，并首次发现了一组岩画， 这些都具有特殊的文化意义和文物价值，特别还使作者 意识到了作为一个作家一个中国人的社会感和使命感!
【例题4】
质量m=4.0×103kg的汽车开上一山坡。汽车 沿山坡每前进100m，其高度升高2m。上坡 时汽车速度为V1 = 5m／s，沿山坡行驶 L=500m后速度变为V2 = 10m／s。已知车行 驶中所受阻力大小是车重的k=0．01倍，试求： （1）此过程中汽车所受牵引力做功多少？ （2）汽车所受平均牵引力多大？

A保守内力 EP2 EP1
A外力 A非保守内力 （Ep2 Ep1） Ek2 Ek1
A外力 A非保守内力 （Ek 2 Ek1）（Ep2 -Ep1）
“同状态的量”合并：
A外力＋A非保守内力＝（Ek 2 EP2）（Ek1 EP1）
令 Ek Ep E 称为系统的机械能
A外力 A非保守内力 E2 E1 L L
l
例 :如图所示质量为M的物块A在离平板h的高度处自
由下落，落在质量也是M的平板B上。已知轻质弹簧的
倔强系数为k，物体与平板作完全非弹性碰撞，求碰撞
后弹簧的最大压缩量。
A
解： A自由落体：
0
h
A到B时速度为u1;
x1
u1 2gh (1)
x2
系统: A与B碰撞问题
内力>>重力，竖直方向动量守恒。 A和B碰后速度为u2;
解 由于摩擦力做功的结果，最后使得物体与 小车具有相同的速度，这时物体相对于小车为 静止而不会跌下.在这一过程中，以物体和小 球为一系统，水平方向动量守恒，有
Mv (m M )V
而m相对于M的位移为l，如图2.28所示，则一对摩擦力的功为
mgl 1 (m M )V 2 1 Mv2
2
2
联立以上两式即可解得车顶的最小长度为
而保守内力的功等于系统势能增量的负值。即：
A保守内力 Ep2 Ep1
而非保守内力没有与之 相应的势能改变。
故有：
F1
F21
m2 F2
F12
F23
F32
m1 F13
F31 m3
F3
A外力 A非保内力 [(Ep2 Ep1)] Ek 2 Ek1
A外力 A非保守内力 A保守内力 Ek 2 Ek1

应用动能定理时，需要注意以下几点：首先，要明确物体的初末速度和合外力所做的功；其次 ，要正确分析合外力，包括重力、弹力、摩擦力等；最后，要注意动能定理的矢量性，即功和 速度变化量的方向要一致。
功能原理的理解与应用
功能原理是物理学中的另一个重要原理，它表述了系统所做的功等于系统能量的 变化量。功能原理在解决机械能守恒问题时非常有用。
总结词
功和热量在物理过程中是相互关联的，它们共同参与能量的转化和转移。
详细描述
在物理过程中，当两个物体之间存在温度差时，热量会从温度高的物体传递到温度低的物体。这个过程中，热量 转化为其他形式的能量，如机械能或电能。功和热量是能量转化的两种不同形式，它们在物理过程中相互关联， 共同参与能量的转化和转移。
需要注意的是，这里的力必须是恒力，且物体在力的方 向上发生的位移。
正功与负功的区分
01 正功表示力对物体做正方向的功，使物体的动能
增加。
02
负功表示力对物体做负方向的功，使物体的动能 减少。
02
功的物理意义
能量转化的量度
总结词
功是能量转化的量度，表示力对距离的累积作用。
详细描述
在物理学中，功被定义为力与物体在力的方向上移动的距离的乘积。当力作用在物体上，使物 体在力的方向上发生位移时，力就对物体做了功。功是能量转化的量度，因为力对物体做功的 过程中，能量会从一种形式转化为另一种形式。
起重机做功
总结词
机械做功的代表
详细描述
起重机通过电动机等动力装置驱动，克服重力做 功，将重物提升到高处，是机械做功的代表实例 。
传送带做功
总结词
连续做功的实例
详细描述
传送带在运输物品时，克服摩擦力做功，使物品在传送带上连续移动，是连续 做功的实例。

W i
合力的功为各分力的功的代数和。
4
一对作用力力和反作用力的功 W F1 dr1 F 2dr 2
dr1
1 F1
F2 2
F1F2
W
W
F1dr F1d
1
r1
F
1rd2r
2
r1
r1 r2
dr 2
r2
W F1 dr12
o 参照物
第一物体受的力与其对第二物体相对的元位移点积为元功。
b 沿闭 m合g回路 d的l功为0零。
mg
或
gdl 0
水平地面
称为重力场中的环流定律。
具有上述条件的力为保守力，相应的场为保守力场。因此，重 力是保守力，重力场为保守力场。
如万有引力，静电力等皆为保守力。而摩擦力等为耗散力。
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2 重力势能
特点：
E p mgh
（1）系统性；
（2）相对性，与零势能面的选择有关。选择不同的零势能面， 势能间差一常数。
功的特点同重力功，故弹性力也称保守力 。
引入弹性势能
EP
1 2
kx2
21
弹性势能特点
EP
1 2
kx2
（1）弹性势能零点选在弹簧未伸长处；
x2
（2）弹性势能是形变能；与形变量平方 正比。
（3）弹性势能零点也可选在弹簧拉压变化的任何位置；只是 形式稍复杂，要在上式中附加常数。
（4） 弹性力的功与弹性势能的关系
2y mV 1y p
mV 2mV 1 t
y
p t
40
即
Ft
mV 2
mV 1
p
分量式
F
x
mV
2
x t

如图进行操作，完成表格
一、功的原理
所用 机械 杠杆 动滑 轮 钩码 重 G/N 钩码提升 机械对钩 动力 的高度 码做的功 F/N h/m W1/J 手移动 的距离 s/m 手对机械 做的功 W2/J
比较上述两个实验中手对机械做的功和机械对物 体做的功，他们有什么关系？ 实验表明：使用机械时人们所做的功，都不会少 于不用机械所做的功，任何机械都不省功。这就是功 的原理。
120、人生就像骑单车，想保持平衡就得往前走。 121、成功不是凭梦想和希望，而是凭努力和实践。 122、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有久久不会退去的余香。 123、活在当下，别在怀念过去或者憧憬未来中浪费掉你现在的生活。 124、不为模糊不清的未来担忧，只为清清楚楚的现在努力。 125、出路出路，走出去了，总是会有路的。困难苦难，困在家里就是难。 126、生命不是要超越别人，而是要超越自己。 127、长得漂亮是优势，活得漂亮是本事。 128、如果要飞得高，就该把地平线忘掉。 129、你不要一直不满他人，你应该一直检讨自己才对。 130、生活是一面镜子。你对它笑，它就对你笑；你对它哭，它也对你哭。 131、要改变命运，首先改变自己。 132、人生就像一个动物园，当你以为你在看别人耍猴的时候，却不知自己也是猴子中的一员！ 133、把事情办好的秘密就是行动。成功之路就是有条理思考之后的行动！行动！行动！ 134、人的生命似洪水在奔流，不遇着岛屿、暗礁，难以激起美丽的浪花。 135、没有播种，何来收获；没有辛苦，何来成功；没有磨难，何来荣耀；没有挫折，何来辉煌。——佩恩 136、上天完全是为了坚强你的意志，才在道路上设下重重的障碍。 137、最可怕的敌人，就是没有坚强的信念。 ——罗曼· 罗兰 138、你硬要把单纯的事情看得很严重，那样子你会很痛苦。 139、执着追求并从中得到最大快乐的人，才是成功者。——梭罗 140、就算全世界都否定我，还有我自己相信我。 141、人的缺点就像花园里的杂草，如果不及时清理，很快就会占领整座花园。 142、目标的坚定是性格中最必要的力量源泉之一，也是成功的利器之一。没有它，天才也会在矛盾无定的迷径中徒劳无功。 143、在必要时候需要弯一弯，转一转，因为太坚强容易折断，我们需要更多的柔软，才能战胜挫折。 144、即使行动导致错误，却也带来了学习与成长；不行动则是停滞与萎缩。 145、笑对人生，能穿透迷雾；笑对人生，能坚持到底；笑对人生，能化解危机；笑对人生，能照亮黑暗。 146、什么是天才！我想，天才就是勤奋的结果。——郭沫若 147、还能冲动，表示你还对生活有激情，总是冲动，表示你还不懂生活。 148、现在站在什么地方不重要，重要的是你往什么方向移动。 149、世上只有想不通的人，没有走不通的路。 150、觉得自己做得到和做不到，其实只在一念之间。 151、人的一生就像一篇文章，只有经过多次精心修改，才能不断完善。摘自：读书名言 152、自以为拥有财富的人，其实是被财富所拥有。 153、一个懒惰的少年将来就是一褴褛的老人。 154、坚持最难，但成果也最大。 155、再多一点努力，就多一点成功。 156、生命对某些人来说是美丽的，这些人的一生都为某个目标而奋斗。 157、活着一天，就是有福气，就该珍惜。当我哭泣我没有鞋子穿的时候，我发现有人却没有脚。 158、自己打败自己是最可悲的失败，自己战胜自己是最可贵的胜利。 159、机不可失，时不再来。 160、随随便便浪费的时间，再也不能赢回来。 161、环境永远不会十全十美，消极的人受环境控制，积极的人却控制环境。 162、学的到东西的事情是锻炼，学不到的是磨练。 163、命运就像自己的掌纹，虽然弯弯曲曲，却永远掌握在自己手中。 164、环境不会改变，解决之道在于改变自己。 165、成大事不在于力量多少，而在能坚持多久。 166、只要路是对的，就不怕路远。 167、积极的人在每一次忧患中都看到一个机会，而消极的人则在每个机会都看到某种忧患。 168、你能做到的，比想像的更多。 169、天道酬勤。也许你付出了不一定得到回报，但不付出一定得不到回报。 170、成功不是将来才有的，而是从决定去做的那一刻起，持续累积而成。 171、在生活中，我跌倒过。我在嘲笑声中站起来，虽然衣服脏了，但那是暂时的，它可以洗净。 172、放弃谁都可以，千万不要放弃自己！ 173、尝试去把别人拍过来的砖砌成结实的地基，生活就不会那么辛苦了。 174、如果我们都去做自己能力做得到的事，我们会让自己大吃一惊。 175、每个人都有潜在的能量，只是很容易被习惯所掩盖，被时间所迷离，被惰性所消磨。 176、上帝从不抱怨人们的愚昧，人们却抱怨上帝的不公平。 177、没有所谓幸运或厄运，每件事情有因必有果。

3 、刚体虚功原理
原理：对于具有理想约束的刚体体系，体系所作用的 任意力系，在可能位移上受作的虚功总和为零，是刚体上 所受力系平衡的必要和充分条件。
可能位移：体系发生符合约束条件的无限小位移； 理想约束：约束反力在可能位移上所作的功恒等于零； “虚功”：任意力系与可能位移互不相干； 必要条件：任意力系为平衡力系 → 虚功总合为零； 充分条件：虚功总合为零 → 任意力系为平衡力系；
第三章 静定结构的受力分析
§3-8 刚体虚功原理及其应用
一、刚体虚功原理
1、刚体——在外界因素作用下，不产生变形的物体。
2、功的概念
功：力与位 移的点乘积;
F • S F S cos
FA
α
A S
实功：力在由自身引起的位移上所做的功称为“实功”；
虚功：力在与自身无关的位移上所做的功称为“虚功”。
一、静定结构组成
3、几何不变且无多余约束的必要条件——W=0
4、几何不变且无多余约束的充分条件——四个规则
5 、自由度(S)、多余约束(n)、计算自由度(W)与体系 的几何特征和静力特征 的关系
（1） 静定结构——S=0,n=0,W=0 （2） 超静定结构——S=0, n>0, W<0 （3） 静定可变体系——S>0,n=0, W >0 （4） 超静定可变体系——S>0,n>0, W 可正、可 负、可为零
一、静定结构组成 6、几何组成与平衡方程的关系 几何可变体系——平衡方程无解 有多余约束的几何不变体系——平衡方程无唯一解 几何不变且无多余约束体系——平衡方程有唯一解
二、静定结构的内力分析 1、截面法
（1）脱离体的选取原则； （2）脱离体可以是结点、杆件或杆件体系：