第20课时 功和功率 机械能

力和距离的单位分别为N，m时，得出功的单位 才是J
4.易错注意
F和s具有同向性 克服力做功
功率
功率的概念 功率的基本公式 功和功率综合
功率的定义 功率是表示做功快慢的物理量
P=W/t P=Fv 估测人引体向上、跳绳、爬楼、爬山时的功率
机械能
定义：物体能够对外做功，我们就说这个物体具 有能量，简称能
单位：焦耳J
拓展公式
定义：在地球表面附近，物体由于受到重力并处 在一定高度是所具有的能
重力势能
影响因素：质量和高度
拓展公式
定义：物体由于发生弹性形变而具有的能
弹性势能
物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能越大
拓展公式
动能、重力势能和弹性势能统称为计息鞥
机械能之间可以互相转化，机械能和其他能量之 间也可以互相转化
机械能及其转化
机械能守恒：如果只有动能和势能相互转化，则 机械能的总和保持不变
绕地卫星
蹦极蹦床模型
注意：特别关注题目中给出的“不计空气阻力”和“ 表面光滑”等条件
能量
功和能的关系：物体做功的过程伴随能量转化， 因此能量和功的单位相同
注意：物体能够对外做功说明物体具有能量，但 是物体具有能量不一定会对外做功
定义：物体由于运动而具有的能
影响因素：质量和速度，但是速度对动能的影响 更大
动能
一切运动的物体都有动能
注意：物体由于运动而具有的能叫动能，但是运 动的物体不一定只有动能
功和机械能
1.功：如果一个力作用在物体上，物体在力的方 向上移动了一段距离，就说这个力对物体做了 功。
功的概念
2.功的两个因素：（1）力，（2）在力的方向上 移动的距离
3.不做功的三种情况：不劳无功 劳而无功 垂直 无功

综合能力提升练
拓展探究突破练
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2.如图所示的四种情景中,人对物体做功的是( B )
第十一章
知识要点基础练
综合能力提升练
拓展探究突破练
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知识点2 功的计算 3.“塔吊”是建筑工地上普遍使用的起重设备。“塔吊”将8000 N的钢材先竖直匀速向上吊起8 m,在此上升过程中,“塔吊”对钢材所做的功W1= 6.4×104 J;然后又沿水平方向移动3 m,在 水平移动的过程中,“塔吊”对钢材做功W2= 0 J。 4.在水平地面上,用50 N的拉力沿水平方向拉着重为200 N的小车前进4 m,撤掉拉力后,物体 仍向前滑行了1 m,整个过程中拉力做功 200 J,重力做功 0 J。 5.小聪同学将掉在地上的物理课本捡回桌面,所做的功最接近( C )
第十一章
知识要点基础练
综合能力提升练
拓展探究突破练
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10.下列有关力做功的说法中,正确的是( C ) A.把水桶从一楼提到二楼,提水桶的力对水桶没有做功 B.提着水桶站在水平路面上,提水桶的力对水桶做了功 C.推着自行车沿水平方向前进,推车的力对车做了功 D.投出去的篮球在空中飞行的过程中,手的推力对篮球做了功 11.在台球比赛中,选手推动球杆撞击白球,白球运动,然后碰撞其他球,下列说法正确的是
知识要点基础练
综合能力提升练
拓展探究突破练
15.如图所示,沿不同的方向用大小相等的拉力 F 使物体在粗糙程度 相同的表面上运动相同的路程 s,则下列关于拉力做功的判断中正 确的是( D )
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A.甲图中的拉力做功最少 B.乙图中的拉力做功最少 C.丙图中的拉力做功最多 D.甲、乙、丙三种情况下拉力做功一样多
第十一章 功和机械能

2024年《功率》功和机械能优秀课件一、教学内容二、教学目标1. 理解并掌握功和功率的基本概念，能够运用相关公式进行计算。

2. 掌握机械能的转换与守恒原理，并能够应用于实际问题分析。

3. 能够通过实际案例，理解功率在生活中的应用，提高学生的实践操作能力。

三、教学难点与重点教学难点：功率的计算及应用、机械能的转换与守恒。

教学重点：功和功率的概念及其在实际问题中的应用。

四、教具与学具准备1. 教具：多媒体课件、实物模型、计算器。

2. 学具：教材、《物理学导论》第四章第二节、练习本、计算器。

五、教学过程1. 导入：通过展示运动员举重、跑步等实际场景，引导学生思考什么是功率，以及功率在实际生活中的重要性。

2. 新课导入：详细讲解功和功率的概念，介绍相关公式，并通过例题进行演示。

3. 例题讲解：以一道关于功率计算的例题为例，引导学生逐步分析并解决问题。

4. 随堂练习：布置相关练习题，让学生及时巩固所学知识，并针对学生遇到的问题进行解答。

5. 实践情景引入：以实际机械能转换案例为背景，让学生了解机械能的转换与守恒原理。

六、板书设计1. 功和功率的概念及公式。

2. 机械能的转换与守恒原理。

3. 例题及解答步骤。

七、作业设计1. 作业题目：（1）计算一个物体在力的作用下，移动一段距离所做的功。

（2）分析一个实际问题，判断其中机械能的转换与守恒情况。

2. 答案：（1）根据 W=Fs 公式，计算得出物体所做的功。

（2）根据机械能转换与守恒原理，分析出能量的转换过程。

八、课后反思及拓展延伸1. 反思：本节课学生对功和功率的概念掌握程度较好，但在机械能转换与守恒部分存在一定困难，需要在课后加强巩固。

2. 拓展延伸：引导学生关注生活中的功率问题，了解新型能源转换技术，提高学生的科学素养。

重点和难点解析1. 功和功率的基本概念及其公式的理解和应用。

2. 机械能转换与守恒原理在实际问题中的分析。

3. 教学过程中的例题讲解和随堂练习的设计。

第20课时机械能守恒定律能的转化和守恒定律doc高中物理1.图5－3－15如图5－3－15所示，质量相等的甲、乙两小球从一光滑直角斜面的顶端同时由静止开释，甲小球沿斜面下滑通过a 点，乙小球竖直下落通过b 点，a 、b 两点在同一水平面上，不计空气阻力，以下讲法中正确的选项是( )A ．甲小球在a 点的速率等于乙小球在b 点的速率B ．甲小球到达a 点的时刻等于乙小球到达b 点的时刻C ．甲小球在a 点的机械能等于乙小球在b 点的机械能(相对同一个零势能参考面)D ．甲小球在a 点时重力的功率等于乙小球在b 点时重力的功率解析：由机械能守恒得两小球到达a 、b 两处的速度大小相等，A 、C 正确；设斜面的倾角为α，甲小球在斜面上运动的加速度为a ＝g sin α，乙小球下落的加速度为a ＝g ，由t ＝va可知t 甲＞t 乙，B 错误；甲小球在a 点时重力的功率P 甲＝mgv sin α，乙小球在b 点时重力的功率P 乙＝mgv ，D 错误．答案：AC2．图5－3－16一根质量为M 的链条一半放在光滑的水平桌面上，另一半挂在桌边，如图5－3－16(a)所示．将链条由静止开释，链条刚离开桌面时的速度为v 1.假设在链条两端各系一个质量均为m 的小球，把链条一半和一个小球放在光滑的水平桌面上，另一半和另一个小球挂在桌边，如图5－3－16(b)所示．再次将链条由静止开释，链条刚离开桌面时的速度为v 2，以下判定中正确的选项是( )A ．假设M ＝2m ，那么v 1＝v 2B ．假设M ＞2m ，那么v 1＜v 2C ．假设M ＜2m ，那么v 1＞v 2D ．不论M 和m 大小关系如何，均有v 1＞v 2答案：D 3.图5－3－17在奥运竞赛项目中，高台跳水是我国运动员的强项．质量为m 的跳水运动员进入水中后受到水的阻力而做减速运动，设水对他的阻力大小恒为F ，那么在他减速下降高度为h 的过程中，以下讲法正确的选项是(g 为当地的重力加速度)( )A ．他的动能减少了FhB ．他的重力势能增加了mghC ．他的机械能减少了(F －mg )hD ．他的机械能减少了Fh 解析：由动能定理，ΔE k ＝mgh －Fh ，动能减少了Fh －mgh ，A 选项不正确；他的重力势能减少了mgh ，B 选项错误；他的机械能减少了ΔE ＝Fh ，C 选项错误，D 选项正确． 答案：D4．图5－3－18如图5－3－18所示，静止放在水平桌面上的纸带，其上有一质量为m ＝0.1 kg 的铁块，它与纸带右端的距离为L ＝0.5 m ，铁块与纸带间、纸带与桌面间动摩擦因数均为μ＝0.1.现用力F 水平向左将纸带从铁块下抽出，当纸带全部抽出时铁块恰好到达桌面边缘，铁块抛出后落地点离抛出点的水平距离为s ＝0.8 m ．g ＝10 m/s 2，桌面高度为H ＝0.8 m ，不计纸带质量，不计铁块大小，铁块不滚动．求：(1)铁块抛出时速度大小；(2)纸带从铁块下抽出所用时刻t 1；(3)纸带抽出过程产生的内能E .解析：(1)水平方向：s ＝vt ①竖直方向：H ＝12gt 2②由①②联立解得：v ＝2 m/s.(2)设铁块的加速度为a 1，由牛顿第二定律，得μmg ＝ma 1③纸带抽出时，铁块的速度v ＝a 1t 1④③④联立解得t 1＝2 s.(3)铁块的位移s 1＝12a 1t 21⑤ 设纸带的位移为s 2；由题意知，s 2－s 1＝L ⑥由功能关系可得E ＝μmgs 2＋μmg (s 2－s 1)⑦由③④⑤⑥⑦联立解得E ＝0.3 J.答案：(1)2 m/s (2)2 s (3)0.3 J5.图5－3－19(2018·成都市摸底测试)如图5－3－19所示为某同学设计的节能运输系统．斜面轨道的倾角为37°，木箱与轨道之间的动摩擦因数μ＝0.25.设计要求：木箱在轨道顶端时，自动装货装置将质量m ＝2 kg 的物资装入木箱，木箱载着物资沿轨道无初速滑下，当轻弹簧被压缩至最短时，自动装货装置赶忙将物资御下，然后木箱恰好被弹回到轨道顶端，接着再重复上述过程．假设g 取10 m/s 2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8.求：(1)离开弹簧后，木箱沿轨道上滑的过程中的加速度大小；(2)满足设计要求的木箱质量．解析：(1)设木箱质量为m ′，对木箱的上滑过程，由牛顿第二定律有： m ′g sin 37°＋μm ′g cos 37°＝m ′a代入数据解得：a ＝8 m/s 2.(2)设木箱沿轨道下滑的最大距离为L ，弹簧被压缩至最短时的弹性势能为E p ，依照能量守恒定律：物资和木箱下滑过程中有：(m ′＋m )g sin 37°L ＝μ(m ′＋m )g cos 37°L ＋E p木箱上滑过程中有E p ＝m ′g sin 37°L ＋μm ′g cos 37°L联立代入数据解得：m ′＝m ＝2 kg.答案：(1)8 m/s 2(2)2 kg1.图5－3－20如图5－3－20所示，一个质量为m 的小铁块沿半径为R 的固定半圆轨道上边缘由静止滑下，到半圆底部时，轨道所受压力为铁块重力的1.5倍，那么此过程中铁块缺失的机械能为( ) A.18mgR B.14mgR C.12mgR D.34mgR 解析：设铁块在圆轨道底部的速度为v ，那么1.5mg －mg ＝m v 2R，由能量守恒有：mgR －ΔE ＝12mv 2，因此ΔE ＝34mgR . 答案：D2.图5－3－21如图5－3－21所示，斜面置于光滑水平地面上，其光滑斜面上有一物体由静止下滑，在物体下滑过程中，以下讲法正确的选项是( )A ．物体的重力势能减少，动能增加B ．斜面的机械能不变C ．斜面对物体的作用力垂直于接触面，不对物体做功D ．物体和斜面组成的系统机械能守恒解析：物体下滑过程中，由于物体与斜面相互间有垂直于斜面的作用力，使斜面加速运动，斜面的动能增加；物体沿斜面下滑时，既沿斜面向下运动，又随斜面向右运动，其合速度方向与弹力方向不垂直，且夹角大于90°，因此物体克服相互作用力做功，物体的机械能减少，但动能增加，重力势能减少，故A 项正确，B 、C 项错误．对物体与斜面组成的系统内，只有动能和重力势能之间的转化，故系统机械能守恒，D 项正确． 答案：AD3.图5－3－22如图5－3－22所示，一根跨过光滑定滑轮的轻绳，两端各有一杂技演员(可视为质点)，演员a 站于地面，演员b 从图示的位置由静止开始向下摆，运动过程中绳始终处于伸直状态，当演员b 摆至最低点时，演员a 刚好对地面无压力，那么演员a 与演员b 质量之比为( )A ．1∶1B ．2∶1C ．3∶1D ．4∶1解析：由机械能守恒定律求出演员b 下落至最低点时的速度大小为v . 12mv 2＝mgl (1－cos 60°)，v 2＝2gl (1－cos 60°)＝gl .现在绳的拉力为T ＝mg ＋m v 2l ＝2mg ，演员a 刚好对地压力为0.那么m a g ＝T ＝2mg .故m a ∶m ＝2∶1.答案：B4.图5－3－23如图5－3－23所示，一专门长的、不可伸长的柔软轻绳跨过光滑定滑轮，绳两端各系一小球a 和b .a 球质量为m ，静置于地面；b 球质量为3m ，用手托住，高度为h ，现在轻绳刚好拉紧．从静止开始开释b 后，a 可能达到的最大高度为( )A ．hB ．1.5hC ．2hD ．2.5h解析：考查机械能守恒定律．在b 球落地前，a 、b 球组成的系统机械能守恒，且a 、b两球速度大小相等，依照机械能守恒定律可知：3mgh －mgh ＝12(m ＋3m )v 2，v ＝gh ，b 球落地时，a 球高度为h ，之后a 球向上做竖直上抛运动，在那个过程中机械能守恒，12mv 2＝mg Δh ，Δh ＝v 22g ＝h 2，因此a 球可能达到的最大高度为1.5h ，B 项正确． 答案：B5.图5－3－24如图5－3－24所示，在动摩擦因数为0.2的水平面上有一质量为3 kg的物体被一个劲度系数为120 N/m的压缩轻质弹簧突然弹开，物体离开弹簧后在水平面上连续滑行了1.3 m才停下来，以下讲法正确的选项是(g取10 m/s2)( )A．物体开始运动时弹簧的弹性势能E p＝7.8 JB．物体的最大动能为7.8 JC．当弹簧复原原长时物体的速度最大D．当物体速度最大时弹簧的压缩量为x＝0.05 m解析：物体离开弹簧后的动能设为E k，由功能关系可得：E k＝μmgx1＝7.8 J，设弹簧开始的压缩量为x0，那么弹簧开始的弹性势能E p0＝μmg(x0＋x1)＝7.8 J＋μmgx0＞7.8 J，A错误；当弹簧的弹力kx2＝μmg时，物体的速度最大，得x2＝0.05 m，D正确，C错误；物体在x2＝0.05 m到弹簧的压缩量x2＝0的过程做减速运动，故最大动能一定大于7.8 J，故B错误．答案：D6.图5－3－25如图5－3－25所示，电梯由质量为1×103 kg的轿厢、质量为8×102 kg的配重、定滑轮和钢缆组成，轿厢和配重分不系在一根绕过定滑轮的钢缆两端，在与定滑轮同轴的电动机驱动下电梯正常工作，定滑轮与钢缆的质量可忽略不计，重力加速度g＝10 m/s2.在轿厢由静止开始以2 m/s2的加速度向上运行1 s的过程中，电动机对电梯共做功为( )A．2.4×103 J B．5.6×103 JC．1.84×104 J D．2.16×104 J解析：电动机做功：W＝(M－m)gh＋12(M＋m)v2＝(1 000－800)×10×1＋12(1 000＋800)×22＝5 600 J.答案：B7.图5－3－26来自福建省体操队的运动员黄珊汕是第一位在奥运会上获得蹦床奖牌的中国选手．蹦床是一项好看又危险的运动，如图5－3－26所示为运动员在蹦床运动中完成某个动作的示意图，图中虚线PQ是弹性蹦床的原始位置，A为运动员抵达的最高点，B为运动员刚抵达蹦床时的位置，C为运动员抵达的最低点．不考虑空气阻力和运动员与蹦床作用时的机械能缺失，A、B、C三个位置运动员的速度分不是v A、v B、v C，机械能分不是E A、E B、E C，那么它们的大小关系是( )A．v A<v B，v B>v C B．v A>v B，v B<v CC．E A＝E B，E B>E C D．E A>E B，E B＝E CA机械能守恒，E A＝E B，B→A机械能守恒，E A＝E B，B→C弹力对人做负功，机械能减小，E B>E C.答案：AC8.图5－3－27如图5－3－27所示，小球从A点以初速度v0沿粗糙斜面向上运动，到达最高点B后返回A，C为AB的中点．以下讲法中正确的选项是( )A．小球从A动身到返回A的过程中，位移为零，合外力做功为零B．小球从A到C过程与从C到B过程，减少的动能相等C．小球从A到B过程与从B到A过程，缺失的机械能相等D．小球从A到C过程与从C到B过程，速度的变化量相等解析：小球从A动身到返回A的过程中，位移为零，重力做功为零，支持力不做功，摩擦力做负功，因此A选项错误；从A到B的过程与从B到A的过程中，位移大小相等，方向相反，缺失的机械能等于克服摩擦力做的功，因此C选项正确；小球从A到C过程与从C到B过程，位移相等，合外力也相等，方向与运动方向相反，因此合外力做负功，大小相等，因此减少的动能相等，因此，B选项正确；小球从A到C过程与从C到B过程中，减少的动能相等，而动能的大小与质量成正比，与速度的平方成正比，因此D错误．答案：BC9.图5－3－28在2018北京奥运会上，俄罗斯闻名撑杆跳运动员伊辛巴耶娃以5.05 m 的成绩第24次打破世界记录．图5－3－28为她在竞赛中的几个画面，以下讲法中正确的选项是( )A ．运动员过最高点时的速度为零B ．撑杆复原形变时，弹性势能完全转化为动能C ．运动员要成功跃过横杆，其重心必须高于横杆D ．运动员在上升过程中对杆先做正功后做负功解析：撑杆跳运动员过最高点时竖直速度为零，水平速度不为零，选项A 错误；当运动员到达最高点杆复原形变时，弹性势能转化为运动员的重力势能和动能，选项B 错误；运动员能够背跃式跃过横杆，其重心可能低于横杆，选项C 错误；运动员在上升过程中对杆先做正功转化为杆的弹性势能后做负功，杆的弹性势能转化为运动员的重力势能和动能，选项D 正确．答案：D 10.图5－3－29(2018·泰州市联考)如图5－3－29所示，半径为R 的竖直光滑圆轨道内侧底部静止着一个光滑小球，现给小球一个冲击使其在瞬时得到一个水平初速度v 0，假设v 0大小不同，那么小球能够上升到的最大高度(距离底部)也不同．以下讲法中正确的选项是( )A ．假如v 0＝gR ，那么小球能够上升的最大高度为R 2B ．假如v 0＝2gR ，那么小球能够上升的最大高度为R 2C ．假如v 0＝3gR ，那么小球能够上升的最大高度为3R 2D ．假如v 0＝5gR ，那么小球能够上升的最大高度为2R解析：依照机械能守恒定律，当速度为v 0＝gR ，由mgh ＝12mv 20解出h ＝R 2，A 项正确，B 项错误；当v 0＝5gR ，小球正好运动到最高点，D 项正确；当v 0＝3gR 时小球运动到最高点以下，假设C 项成立，讲明小球现在向心力为0，这是不可能的．答案：AD11．图5－3－30如图5－3－30所示，AB 为半径R ＝0.8 m 的1/4光滑圆弧轨道，下端B 恰与小车右端平滑对接．小车质量M ＝3 kg ，车长L ＝2.06 m ，车内表面距地面的高度h ＝0.2 m ．现有一质量m ＝1 kg 的滑块，由轨道顶端无初速开释，滑到B 端后冲上小车．地面光滑，滑块与小车内表面间的动摩擦因数μ＝0.3，当车运行了1.5 s 时，车被地面装置锁定．(g ＝10 m/s 2)试求：(1)滑块到达B 端时，轨道对它支持力的大小；(2)车被锁定时，车右端距轨道B 端的距离；(3)从车开始运动到被锁定的过程中，滑块与车面间由于摩擦而产生的内能大小；(4)滑块落地点离车左端的水平距离．解析：(1)设滑块到达B 端时速度为v ，由动能定理，得mgR ＝12mv 2 由牛顿第二定律，得F N －mg ＝m v 2R联立两式，代入数值得轨道对滑块的支持力：F N ＝3mg ＝30 N.(2)当滑块滑上小车后，由牛顿第二定律，得对滑块有：－μmg ＝ma 1对小车有：μmg ＝Ma 2设经时刻t 两者达到共同速度，那么有：v ＋a 1t ＝a 2t解得t ＝1 s ．由于1 s ＜1.5 s ，现在小车还未被锁定，两者的共同速度：v ′＝a 2t ＝1 m/s因此，车被锁定时，车右端距轨道B 端的距离：x ＝12a 2t 2＋v ′t ′＝1 m. (3)从车开始运动到被锁定的过程中，滑块相对小车滑动的距离Δx ＝v ＋v ′2t －12a 2t 2＝2 m因此产生的内能：E ＝μmg Δx ＝6 J.(4)对滑块由动能定理，得－μmg (L －Δx )＝12mv ″2－12mv ′2滑块脱离小车后，在竖直方向有：h ＝12gt ″2 因此，滑块落地点离车左端的水平距离：x ′＝v ″t ″＝0.16 m.答案：(1)30 N (2)1 m (3)6 J (4)0.16 m12．图5－3－31 10只相同的小圆轮并排水平紧密排列，圆心分不为O 1、O 2、O 3、…、O 10，O 1O 10＝3.6 m ，水平转轴通过圆心，圆轮绕轴顺时针转动的转速均为4πr/s.现将一根长0.8 m 、质量为2.0 kg 的匀质木板平放在这些轮子的左端，木板左端恰好与O 1竖直对齐，如图5－3－31所示，木板与轮缘间的动摩擦因数为0.16，不计轴与轮间的摩擦，g 取10 m/s 2.试求：(1)轮缘的线速度大小；(2)木板在轮子上水平移动的总时刻；(3)轮在传送木板过程中所消耗的机械能． 解析：(1)轮缘转动的线速度：v ＝2πnr ＝1.6 m/s.(2)板运动的加速度：a ＝μg ＝0.16×10 m/s 2＝1.6 m/s 2 板在轮上做匀加速运动的时刻：t ＝v a ＝1.6 m/s 1.6 m/s 2＝1 s 板在做匀加速运动中所发生的位移：x 1＝12at 2＝12×1.6×12 m ＝0.8 m 板在做匀速运动的全过程中其重心平动发生的位移为：x 2＝3.6 m －0.8 m －0.4 m ＝2.4 m因此，板运动的总时刻为：t ＝t 1＋s 2v ＝1 s ＋2.41.6s ＝2.5 s. (3)由功能关系知：轮子在传送木板的过程中所消耗的机械能一部分转化成了木板的动能，另一部分因克服摩擦力做功转化成了内能，即：木板获得的动能：E k ＝12mv 2，摩擦力做功产生的内能：Q ＝F f ·Δx 加速过程木板与轮子间的相对位移：Δs ＝v ·t －0＋v 2·t ，消耗的机械能：ΔE ＝E k ＋Q 联立上述四个方程解得：ΔE ＝mv 2＝2×1.62 J ＝5.12 J.答案：(1)1.6 m/s (2)2.5 s (3)5.12 J。