第二部分 第3章 功 和 能-2023年初升高物理衔接教材

第 二 部 分 物 理 基 础 知 识 第3章 功 和 能 本章在初中阶段已经学过的知识点有:功、功率、机械效率、测定滑轮组的机械效率、动能、 重力势能、弹性势能及其影响因素、动能和势能的相互转化、机械能与内能的相互转化等.在高 中阶段,本章将学习以下知识点:功、功率、正功和负功、功率与能量、动能定理、重力做功与重 力势能改变的联系、弹性势能、机械能守恒定律、功和能的关系等.其中,关于功在初中只要求 计算力F 和物体移动的距离s方向相同时所做的功,在高中教材中拓展到物体受到的力F 与 发生的位移s互成角度时功的计算;功率方面,在初中功率概念的基础上,导出公式P=Fv, 并提出瞬时功率的概念;对于动能和重力势能,在初中只需知道影响物体动能和重力势能大小 的因素,在高中则给出了计算物体动能大小的公式:Ek= mv2 2 和计算物体重力势能大小的公式 Ep=mgh;另外,高中教材在初中教材中所讲的“动能和势能可以相互转化”的基础上,提出了 机械能守恒定律,在初中讲了“能”的概念和“能的转化”的基础上,总结了功和能的关系. 第1节 功 1.功的概念:力与物体在力的方向上通 过的距离的乘积是一个有物理意义的量,物理 学中称为机械功,简称功. 2.做功的两个必要因素:一是作用在物 体上的力F,一是物体在力的方向上通过的距 离s. 3.几种不做功的情况: (1)劳而无功:施力但没移动距离不做功, 如推车没推动、搬石头没搬起. (2)不劳无功:有距离没力也不做功,如物 体在光滑冰面上移动. (3)有力也有距离,但力和距离垂直也不 做功,如举着沉重的杠铃沿水平路面行走. (4)有力也有距离,但力和距离不同时也 不做功,如足球被踢出后在空中飞行时,踢力 不做功;子弹离开枪膛后,火药爆炸产生的推 力也不做功. 4.功的计算公式:W=Fs. W 表示功,F 表示力,s表示物体在力的 方向上通过的距离. 5.在国际单位制中,功的单位:焦耳,符 号:J,1J=1N·m,从地上拿起一只约50g 的鸡蛋,并把它缓缓举过头顶,做功大约1J. 功的单位是为了纪念英国物理学家焦耳 在物理学中的贡献而命名的. 【例1】 下列实例中,人对物体做功的是 ( ) A.学生背着书包在水平路面上匀速前进 B.人推车,车未动 C.足球被踢后,在草地上滚动一段距离 D.举重运动员将杠铃举起 【解析】 做功的两个必要因素:作用在物体上 54 第 二 部 分 物 理 基 础 知 识 的力;物体在力的方向上通过的距离;二者缺 一不可.学生背着书包在水平路面上匀速前 进,有力存在,但在力的方向上无移动的距离, 不符合做功的两个必要因素,故A错误;人推 车,车未动,有力无距离,不符合做功的两个必 要因素,故B错误;足球被踢后,由于惯性在 草地上滚动一段距离,此时人没有力作用在足 球上,所以人没有对足球做功,不符合做功的 两个必要因素,故C错误;D.将杠铃举起,有 力有距离,并且力和距离相互对应,所以符合 题意,故D正确. 【答案】 D 【例2】 水平地面上一静止木箱重800N,某 人用50N的水平推力推动木箱前进10m,撤 去推力后木箱又继续前进了2m,全过程中, 水平推力做的功是 J,重力做的功是 J. 【解析】 找好对应关系是解本题的关键.推 力做的功等于推力与在推力方向上移动距离 的乘积,即 W=Fs=50N×10m=500J;重 力做的功等于重力与在重力方向上移动距离 的乘积,木箱重800N,但在重力方向上没有 移动距离,所以重力没有做功. 【答案】 500 0 【例3】 如图所示,物体A 的质量m=12kg, 在拉力F 的作用下,物体A 以0.1m/s的速 度在水平面上做匀速直线运动,弹簧测力计的 示数为12N,忽略滑轮与绳子的摩擦力以及 滑轮、弹簧测力计和绳子所受的重力,并且绳 子足够长.求: (1)物体A 与水平面间摩擦力f 的大小. (2)拉力F 的大小. (3)物体A 运动10s的过程中,拉力F 所做的功. 【解析】 (1)根据二力平衡可知,物体A 与水 平面间的摩擦力等于绳子的拉力,即弹簧测力 计的示数. (2)拉力F 作用在动滑轮的轴上,其大小 等于弹簧测力计示数的2倍. (3)物体A 运动10s,通过的路程是1m, 拉力移动的距离是它的一半即0.5m,利用功 的计算公式可方便求解. 【答案】 (1)因做匀速直线运动,则:f=F示 =12N. (2)如图所示,作用在动滑轮轴上的 拉力:F=2f=2×12N=24N. (3)W=Fs =24N×0.1m/s×10s× 1 2=12J. 【例4】 为了在中考的体育测试中取得好成 绩,小雨同学每天都进行体育锻炼. (1)他先沿着200m长的跑道慢跑锻炼, 从6:00到6:10共跑了12圈.他的平均速