沪粤版九年级上册物理全册 教案 九年级物理教案 初中物理教案

第十一章机械功与机械能全章概述2.培养学生的科学世界观.教材分析本章教材的编写思路是:按照初中生的认知规律和知识的内在联系,先探究“机械功”的基本知识,进而研究“机械能”.本章的前三节主要讨论“机械功”:第一节介绍“怎样才叫做功”,建立功的概念,给出功的公式和单位,学习测算功的大小;第二节研究“怎样比较做功的快慢”,从而建立功率的概念,给出功率的公式和单位,并运用公式测量功率;第三节通过分析机械做功的实例,认识有用功和额外功,由此建立机械效率的概念,学习测算简单机械的机械效率.第四节则主要介绍“机械能”:先以功的概念为基础,提出“物体具有做功的本领,即具有能”,然后安排了两个活动,让学生通过观察实验,分析两种形式的机械能——动能和势能的大小分别跟什么因素有关,最后指出动能和势能是可以相互转化的,做功的过程就是能量相互转化的过程.本章框架11.1 怎样才叫做功1.学会从物理现象中归纳简单的规律,知道功的概念.2.知道做功的两个必要因素.3.理解功的计算公式W=Fs,知道功的单位,能用功的公式进行有关计算.【重点难点】重点:经历建立机械功概念的过程,学会用公式对功进行简单的计算.难点:理解功的概念,会用功的两个必要因素判断力对物体是否做功.【新课导入】导入1:图片导入多媒体出示四幅图片,人用了力,很累,做了工,但从物理学角度说有的人做功,有的人没有做功,究竟是为什么?引入本节内容,怎样才叫做了功?导入2:问题导入马水平拉货车前进,拉力、重力对货车有没有做功?为什么?如何计算拉力对货车做功的多少?导入3:情景导入北京时间8月10日,在2016里约奥运会男子举重69公斤级比赛中,中国举重运动员石智勇以抓举162公斤,挺举190公斤,总成绩352公斤,夺得金牌.在石智勇稳稳的把杠铃挺举过头顶时,现场爆发出阵阵的喝彩声,请问当石智勇举着杠铃静止站立时,他有没有对杠铃做功,为什么?【课堂探究】1.怎样才叫做功阅读教材,依据图112找出两者的共同点:共同点: 物体在作用力的方向上移动了一段距离.物理学中关于功的概念,学生阅读教材后完成.(1)物理学中规定, 作用在物体上的力,使物体在力的方向上移动一段距离,就说这个力对物体做了机械功,简称做了功.做功的两个必要因素是: 作用在物体上的力和物体在力的方向上通过的距离.(2)图113的几种情形中人都做功了吗?说明理由.(学生依据课本图交流、讨论)2.怎样测算功请学生阅读教材后完成:(1)定义: 力对物体做的功等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积;(2)公式: W=Fs ;式中W 表示功,其单位是焦耳(J) ; F 表示力,其单位是牛顿(N) ;s表示物体在力的方向上通过的距离,其单位是米(m).(3)1 J的功有多大?(4)例题分析:(1)P5例题.(请学生看书)(5)常见的三种情况力不做功:第一:①当你端着一盆水不动时,你累吗?你做功了吗?为什么?②用力推讲台,讲台没有动,人累吗?人做功了吗?分析: F≠0,s=0.(劳而无功) ;第二: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?分析: F=0,s≠0.(不劳无功) ;第三:①人推着木箱前进时,箱子的重力和支持力做功了吗?为什么?②人提一桶水沿水平方向前进,提力做功了吗?分析: F≠0,s≠0.(垂直无功) .3.机械功原理学生阅读教材后填写.用机械工作时,有时可以省力,有时可以省距离,但省力必然费距离,省距离则一定费力,既省力又省距离是不可能的.也就是说使用任何机械都不能省功.这个结论叫做机械功原理.1.在以下四种情境中,人对物体做功的是(A.提着水桶在水平地面上匀速前进B.扛着米袋慢慢爬上楼梯C.用力推汽车,汽车没动D.举着杠铃原地不动2.人们在使用机械时(A.一定省力B.一定省距离C.一定省功D.可能省力或省距离3.某同学沿教学楼楼梯,从一楼匀速上到三楼,该同学上楼做的功最接近(A.30 JB.300 JC.3 000 JD.30 000 J4.起重机将一个重为2×104 N的箱子匀速提高2 m.在这个过程中起重机的拉力做的功为4×104J,若又将箱子平移3 m,在这段距离内拉力做功0 J.5.图中是一个两面光滑的斜面,∠β大于∠α,同一个物体分别在AC和BC斜面受拉力匀速运动到C点,所需拉力分别为F A,F B,所做功分别为W A,W B,则(A.F A=F B,W A=W BB.F A<F B,W A=W BC.F A<F B,W A<W BD.F A>F B,W A>W B6.小明用20 N的水平推力使重200 N的自行车在水平路面上匀速前进5 m,则小明对自行车做功为100 J,重力做功为0 J.7.斜面长5 m,高1 m,工人用沿斜面方向400 N的力把重1 600 N的集装箱匀速推到车上,推力对集装箱做的功是多少?(2 000 J)1.焦耳小时候的故事英国著名科学家焦耳从小就很喜爱物理学,他常常自己动手做一些关于电、热之类的实验.有一年放假,焦耳和哥哥一起到郊外旅游.聪明好学的焦耳就是在玩耍的时候,也没有忘记做他的物理实验.他找了一匹瘸腿的马,由他哥哥牵着,自己悄悄躲在后面,用伏达电池将电流通到马身上,想试一试动物在受到电流刺激后的反应.结果,他想看到的反应出现了,马受到电击后狂跳起来,差一点把哥哥踢伤.尽管已经出现了危险,但这丝毫没有影响到爱做实验的小焦耳的情绪.他和哥哥又划着船来到群山环绕的湖上,焦耳想在这里试一试回声有多大.他们在火枪里塞满了火药,然后扣动扳机.谁知“砰”的一声,从枪口里喷出一条长长的火苗,烧光了焦耳的眉毛,还险些把哥哥吓得掉进湖里.2.焦耳提出功的公式19世纪的德国医生梅耶(Julius Mayer)看到一匹马拉着重物上坡时大汗淋漓,他认为马儿热得满身大汗不是因为跑得快,而是因为做很吃力的工作,因此他将施力于一个物体时所要付出的东西称为功,而且功与热有关系:功可以转成热,热可以转为功.不过,梅耶并未为功下一个量化的定义.真正为机械功下定义的是物理学家焦耳(James Prescott Joule),他将梅耶所提出的功这个概念,决定为只与施于物体的力及该物体移动的距离有关,也就是说:功=力×位移,这个关于功的公式是由焦耳提出并确定的.11.2 怎样比较做功的快慢1.知道功率的概念,知道功率的计算式、单位及物理意义.2.会计算有关功率的简单问题.3.通过比较做功的快慢学习用比值法研究物理问题.4.通过实例说明功率的含义,认识功率在实际应用中的重要价值.【重点难点】重点:功率的概念和物理意义.难点:设计实验测功率.【新课导入】导入1:情景导入问题1:有一堆沙子约1 t,要送到七楼上去,一种方法是把它们装在桶里,一桶一桶的抬上去;另一种方法是使用小型塔吊一次吊到七楼.你认为两种情况下,对沙子做功是否相同?说出你的理由.问题2:小明的教室在四楼,通常上楼需要1 min,一次他跑步上楼只用了30 s,请问:(1)小明在两种情况下,做的功是否相同?(2)你认为这两种上楼方法从物理学的角度思考,有什么不同?导入2:图片导入如图所示的(甲)、(乙)图片中,如何比较做功的快慢,你分别采取了哪种方法比较?导入3:问题导入提问:(1)什么是机械功?怎样才算做功?(2)怎样计算功?(3)如何比较物体做功快慢?物理学中用什么量表示物体做功快慢?功率是如何定义的?【课堂探究】1.比较做功的快慢阅读教材,依据图1110自学并填写.不同物体做相同的功,时间短的做功较快,时间长的做功较慢.方法一: 做相同的功比较时间的长短.不同物体做功的时间相同,做功多的物体做功较快,做功少的物体做功较慢.由此可见物体做功有快慢之分,这跟物体的运动也有快慢之分是一样的.方法二: 相同时间比较做功的多少.2.认识功率阅读教材内容,学习功率的概念、计算公式、单位及物理意义.(1)功率是表示做功快慢的物理量; 把做功的多少与所用时间的比叫做功率.(2)计算公式是:P=,其中W表示功,单位是焦耳(J) ,t表示时间,单位是秒(s) ,P表示功率,根据公式写出的功率的单位是N/s,专用单位是瓦特,简称瓦,符号是W,两个单位之间的关系是 1 W=1 N/s .工程技术上还常用千瓦(kW) 做单位,1 kW= 1 000 W.(3)某物体的功率是1 000 W,它的物理意义是该物体在1 s内完成的功为1 000 J .(4)功率的推导公式:P=Fv.(F的单位是N,v的单位是m/s)实践探究:比一比,谁登楼的功率大?姓名体重G/N登楼的高度h/m登楼的时间t/s登楼做的功W/J功率P/W1.关于功率,下列说法正确的是(A.做功多的机器,功率一定大B.做功时间短的,功率一定大C.做相同的功,所用时间短的,功率一定大D.以上说法都不对2.体重相同的甲、乙两同学,同时开始登山,甲同学先到山顶,乙同学后到山顶,则(A.甲同学比乙同学做的功多,甲同学比乙同学的功率大B.甲同学比乙同学做的功少,甲同学比乙同学的功率大C.甲同学与乙同学做的功相等,他们的功率也相等D.甲同学与乙同学做的功相等,甲同学比乙同学的功率大3.小华骑着一辆普通自行车,在平直公路上以某一速度匀速行驶,若小华和车所受的阻力为20 N,则通常情况下,小华骑车所消耗的功率最接近(A.1 WB.10 WC.100 WD.1 000 W4.小军同学用10 N的水平力推着超市购物车,在0.5 min内沿水平方向前进15 m.小军所做的功为150 J,功率为 5 W .5.一名举重运动员在3 s内把质量为100 kg的杠铃举高1.8 m,则此过程该运动员做功的功率是600 W.(g取10 N/kg)1.马力——功率的一种单位在车辆中,常用“马力”来表示汽车的发动机的大小.“马力”是功率的单位,它是工程技术上常用的一种计量功率的单位,是指米制马力而不是英制马力,英国、美国等一些国家采用的是英制马力.1英制马力等于550英尺·磅/秒,等于745.7瓦特.在18世纪后期,英国物理学家瓦特为了测定新制造出来的蒸汽机的功率,他把马力的定义规定为在1分钟内把1 000磅的重物升高33英尺的功,这就是英制马力,用字母HP表示.米制马力,它的规定完全是人为的,它取了一个非常接近英制马力的值.规定1米制马力是在1秒钟内完成75千克力·米的功.即1米制马力=75千克力·米/秒=735瓦特.1英制马力=1.013 9米制马力.米制马力没有专门的字母表示,1米制马力的值和1英制马力的值也是不同的.马力在我国法定计量单位中已废除.1马力=735 W,这个单位我们在物理上一般不用,只是在日常生活中用.2.瓦特与蒸汽机瓦特并不是第一个发明蒸汽机的人.世界上第一台蒸汽机是由古希腊数学家亚历山大里亚的希罗于1世纪发明的汽转球,汽转球是已知最早以水蒸气转变成动力的机器,主要是由一个空心的球和一个装有水的密闭锅子以两个空心管子连接在一起,而在锅底加热使水沸腾然后变成水蒸气然后由管子进入到球中,最后水蒸气会由球体的两旁喷出并使得球体转动.汽转球只是单纯是一种新奇的玩物,并未予以任何实际应用.但是,希罗所发明的汽转球,是有文献记载以来的第一部蒸汽机.1764年,学校请瓦特修理一台纽可门式蒸汽机,在修理的过程中,瓦特熟悉了蒸汽机的构造和原理,并且发现了这种蒸汽机的两大缺点:活塞动作不连续而且慢;蒸汽利用率低,浪费原料.以后,瓦特开始思考改进的办法.1765年的春天,瓦特所做的第一项重大革新就是增加一个独立的凝汽室,这种新的蒸汽机的热效率将是纽可门式蒸汽机的三倍,于1769年获得专利权.1781年底,瓦特以发明带有齿轮和拉杆的机械联动装置获得第二个专利.瓦特的这种蒸汽机才真正成为了能带动一切工作机的动力机.11.3 如何提高机械效率1.知道有用功、额外功和总功的含义,以及它们之间的关系.2.理解机械效率,会用机械效率的公式进行简单的计算.3.会测算滑轮组的机械效率.4.知道机械效率总小于1,知道提高机械效率的方法和意义.【重点难点】重点:有用功、额外功、总功及机械效率.难点:同一机械的效率是可变的.【新课导入】导入1:情景导入某小区一户住宅正在装修中,现在需把1 000 kg的沙子运到6 m高的楼上.想想看,下面两种方法哪种更好?为什么?导入2:图片导入在如图所示的两种机械做功的图片中,你能分辨哪些功是我们需要的功,哪些是不需要但又不得不做的功吗?我们为什么利用机械做功,利用机械做功省功吗?导入3:复习导入(1)什么是功?做功的两个必要因素是什么?(2)将重20 N的重物匀速举高2 m,人需做多少功?【课堂探究】1.什么是有用功与额外功认真阅读课本内容,回答下列问题.(1)在利用滑轮组把重物向上提的过程中,对哪些物体做了功?答: 对重物、动滑轮(细线)做了功,还克服了摩擦力做功.(2)有目的且有需要的功是对什么做功?答: 重物.(3)不需要但又不得不做的功是什么?答: 对动滑轮(细线)及克服摩擦力做的功.(4)有用功、额外功和总功分别是什么?有用功是我们需要的、有价值的功,用符号W有用表示;额外功是对人们既无利用价值又不得不做的功,用符号W额外表示;总功是有用功与额外功之和,用符号W总表示.三者的关系式:W总=W有用+W额外,由于W额外> 0,因此总功必定大于有用功.2.什么是机械效率(1)使用任何机械都不可避免地要做额外功,而我们希望所做的额外功越少越好,即有用功占总功的比例越大越好,这就是我们所说的机械效率.(2) 把有用功W有用与总功W总的比值叫机械效率,用字母η表示,公式: η=×100% ,η<1 或η<100% .(3)你认为机械效率有单位吗?为什么?答: 没有;机械效率是有用功和总功的比值,它只是一个百分数.(4)有没有机械效率等于100%的机械?为什么?答: 没有;使用任何机械都要做一部分额外功,有用功不可能等于总功,且由于有用功总是小于总功,机械效率总小于1 .(5)分组实验,完成下表.弹簧测力计示数F/N 提升重物的高度h/m绳子自由端移动的距离s/m动力对滑轮组做功W总/J(W总=Fs)滑轮组对重物做功W有用/J(W有用=Gh)机械效率η(η=×100%)1 2 341.如图,用一个动滑轮将重500 N的重物匀速提高0.5 m,不计滑轮与轴之间的摩擦及绳重,在绳子自由端所用的拉力是300 N,则W总= 300 J,W有用= 250 J,机械效率η= 83.3% .2.起重机在20 s内把重物匀速提到楼顶,起重机所做的总功是4×104 J,额外功是1.6×104 J,则起重机的总功率是 2 000 W,机械效率是60% .3.如图所示,建筑工人用滑轮组提升重为220 N的泥桶,动滑轮重为20 N,不计滑轮与轴之间的摩擦及绳重.若工人在5 s内将绳子匀速向上拉6 m,则泥桶上升 2 m,手拉绳子的力为80 N,拉力的功率为96 W,滑轮组的机械效率为91.7% .4.一名工人用如图所示的滑轮组提起450 N的重物,绳自由端的拉力为200 N,重物在5 s内匀速上升了1 m.不计滑轮与轴之间的摩擦及绳重,则拉力的功率是120 W,滑轮组的机械效率是75% .5.如图所示,在大小为500 N的拉力F作用下,滑轮组将800 N的重物提升了1 m.在此过程中(A.做的有用功是500 JB.做的总功是800 JC.滑轮组的机械效率是62.5%D.滑轮组的机械效率是80%6.关于机械效率,下列说法正确的是(A.有用功越大,机械的效率就越高B.额外功越大,机械的效率就越低C.总功越大,机械的效率就越低D.有用功与总功的比值越大,机械的效率就越高7.下列说法中正确的是(A.机械的功率越大,做功一定越多B.使用任何简单机械都不能省功C.效率低的机械做功少D.提高滑轮组的机械效率的办法是增加滑轮的个数8.如图是某工人用滑轮组提升重物,工人用360 N拉力将重为600 N的重物匀速提升10 m,需要时间50 s.求:(1)有用功;(6 000 J)(2)总功;(7 200 J)(3)额外功;(1 200 J)(4)机械效率;(83.3%)(5)工人做功的功率.(144 W)1.常见的几种效率喷气推进系统:16%~24%起重机:40%~50%内燃机(汽油发动机):22%~27%柴油发动机:28%~30%涡轮水泵:60%~80%滑轮组:50%~70%电动机:70%火箭:49%~52%2.滑轮组机械效率影响因素滑轮组的机械效率,影响它的最主要的因素是物重,其次才是滑轮重、绳重和摩擦.无论你用同一滑轮组吊起一根绣花针或一个重量远远大于动滑轮的重物,你都需要把动滑轮举上去,还要克服绳重与摩擦,前者额外功远远大于有用功,其机械效率几乎为零,后者额外功在总功中占的比值就小得多,所以物重越大,机械效率就越高.主要因素:物体重力一定时,动滑轮越重,机械效率越低,动滑轮重一定时,物体重力越大,机械效率越高.绕线方法和重物提升高度不影响滑轮组的机械效率.11.4 认识动能和势能1.知道什么是动能、重力势能、弹性势能、机械能.2.知道动能、重力势能、弹性势能分别与哪些因素有关.3.知道动能、重力势能、弹性势能可以相互转化.4.能解释自然界中机械能相互转化的现象.【重点难点】重点:建立动能和势能的概念,理解影响动能和势能大小的因素.难点:影响动能、势能大小的因素.【新课导入】导入1:故事导入某飞行员驾驶歼击机,在训练结束下降途中撞到飞鸟.在生死攸关的16 s里,他看到飞机下方密集的村庄和人群,决定改跳伞为迫降,先后三次放弃跳伞机会而不幸殉职.据了解,小鸟一直是飞行员的“心头大患”,历史上曾有多次因飞鸟撞击而造成机毁人亡的恶性事件.一只小小的飞鸟,为什么会造成如此严重的事故呢?导入2:图片导入你知道风车、水磨是以什么作为动力的吗?为什么要在滚滚长江上修建三峡大坝?要揭开其中的奥秘,今天我们一同走进“认识动能和势能”.导入3:游戏导入教师利用事先准备好的演示器材,请两个同学配合,指导他们完成一个小游戏,让同学们认真观察并思考游戏里面的科学道理.器材:细线、小钢球、铁架台.演示过程:将小钢球机固定在细线的一端,细线的另一端系在铁架台上,使小球与细线形成一个摆,让一个同学靠近铁架台,头稍低,另一同学把小球由该同学的鼻子处释放,小球摆动过程中能否碰到该同学的鼻子,提醒注意安全,并思考里面的科学道理.【课堂探究】1.什么是能做功的生活实例: 流水能推动竹排;在这个事例中做功的主体是流水,它对竹排做功,我们通过竹排在流水中行进现象来判断流水做功的多少.(1)请同学们观察图1119四幅图完成下面的对应习题.①被压弯的跳板可以弹起运动员:在这个事例中,做功的主体是形变的跳板,它对运动员做功,我们通过运动员被弹起的高度现象来判断跳板做功的多少.②被拉开的弓能使箭射出:在这个事例中做功的主体是拉开的弓,它对箭做功,我们通过箭被射出的远近现象来判断做功的多少,③升高的重锤能将桩打入土中:在这个事例中做功的主体是升高的重锤,它对桩做功,我们通过桩被打入土中的深浅现象来判断重锤做功的多少.④流动的水能推动水轮发电机发电:在这个事例中做功的主体是流动的水,它对水轮机做功,我们通过水轮发电机发电的多少现象来判断流水做功的多少.(2)同学们交流讨论能的定义并填写.①通过以上现象可知:物体能够对别的物体做功,我们就说这个物体具有能量或能.物体能够做的功越多,它具有的能量就越多.②能的单位就是功的单位,在国际单位制中,功的单位是焦(J) ,能的单位也是焦(J) .2.动能的大小跟哪些因素有关认真阅读课本P15~16的内容,关注“运动、速度、质量、同一小球、同一高度”等关键词.完成“活动1”的内容得出实验结论并填写.物体由于运动具有的能叫做动能;质量相同时,速度越大的物体能做的功越多,表明它具有的动能越大;速度相同时,质量越大的物体能做的功越多,这表明它具有的动能越大;通过以上实验知道:物体的动能跟质量和速度有关, 速度越大, 质量越大,它具有的动能就越大.3.势能的大小跟哪些因素有关认真阅读课本P17~18页的内容,带着“高度、质量”等关键词仔细观察“活动2”中的图文得出实验结论并填写.(1)物理学中把被举高的物体具有的能叫做重力势能;物体的位置越高,质量越大,它具有的重力势能就越大.(2)物体发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能;弹性物体的弹性越强,形变越大,它具有的弹性势能就越大.4.机械能的转化阅读P18~19页的内容,仔细观察“活动3”中的图文,分析各图中动能和势能的转化,学生之间交流、填写.(1)请你列举一个物体既具有动能,又具有势能,再给出机械能的定义.空中飞行的战斗机; 物体的动能和势能统称为机械能;(2)请你按照下面提供的思路分析摆球的动能和势能是可以转化的.①从最高点A到中间最低点C过程中势能和动能的变化情况怎样: 重力势能增大,动能减小;②从中间最低点C到最高点B的过程中势能和动能的变化情况怎样: 动能增大,重力势能减小;③这说明:物体具有的动能和势能是可以相互转化的.④单摆每次反复时上升的高度比前一次低些,为什么?单摆在动能与重力势能相互转化的过程中受到空气阻力的作用.通过大量实验事实归纳一个结论:物体的动能与势能是可以互相转化的;有摩擦等阻力时,在动能与势能的相互转化中,机械能会减小.1.下列物体中具有弹性势能的是( D )A.海面上航行的轮船B.空中飞行的子弹C.吊在天花板上的电灯D.拉长的橡皮筋2.一个充满氢气的气球在空中匀速上升,在此过程中它的动能不变,它的重力势能增大.3.当飞机在某一高度水平匀速飞行,喷洒农药的过程中,飞机的动能减小,重力势能减小.4.修拦河大坝是为了提高上游水的高度,增加水的重力势能,使水下落时可以获得更多的动能.1.永动机永动机是一类所谓不需外界输入能源、能量或在仅有一个热源的条件下便能够不断运动并且对外做功的机械.不消耗能量而能永远对外做功的机器,它违反了能量守恒定律,故称为“第一类永动机”.在没有温度差的情况下,从自然界中的海水或空气中不断吸取热量而使之连续地转变为机械能的机器,它违反了热力学第二定律,故称为“第二类永动机”.这两类永动机都是违反当前客观科学规律的概念,是永远不能够被制造出来的.能量从一种形式转变为另一种形式时,绝对不可能100%转变成这种形式.比如物质之间相互摩擦产。