初中物理功和机械能知识要点及课外活动建议

《功和机械能》知识要点及课外活动建议 文久江 （沙市区岑河中学 湖北 荆州 434010） 摘要：功是物理学中的基础知识，因为与简单机械密切相关，其综合性较强，功、功率以及机械效率的计算历年来都是中考的一个重点；而机械能是学习各种不同形式能的起点，机械能的转化是中考命题的一个热点内容。本文从五个方面分析本章节知识要点，并对学生的学习活动提出可行性的建议。 关键词：功 机械能 知识要点 活动建议 功是物理学中的基础知识，因为与简单机械密切相关，其综合性较强，功、功率以及机械效率的计算历年来都是中考的一个重点；而机械能是学习各种不同形式能的起点，机械能的转化是中考命题的一个热点内容。 一、知识要点分析： 要点1：功的判断和计算 1．功的定义：一个力作用在物体上，物体这个力作用下通过了一段距离，这个力就有了成效，力学里就说这个力做了功。 2．功的两个必要因素：一是作用在物体上的力，二是物体这个力的方向上通过的距离，二者缺一不可。 说明：“三种不做功”的情况：一是有力作用在物体上，但是物体没有动，即“有劳无功”；二是物体移动虽然移动了距离，但物体在移动距离的方向上没有力的作用，即“不劳无功”！三是虽然有力作用在物体上，物体也移动了距离，但是物体移动的距离跟这个力的方向不一致。 3．功的计算公式：W=Fs 其中F为作用在物体上力，s为物体在“这个力”的方向上通过距离。 例1．一个足球运动员用100N的力踢一个重为5N的足球，球离脚后在水平草地上向前滚动了30m．在球滚动的过程中，运动员对足球做的功为（ ） A．3000J     B．500J     C．150J     D．0J 分析：选项B是用踢力和球的重力的数据相乘得出的数据，选项C是用球的重力乘以水平距离，力和距离的方向是垂直的，故B、C是肯定错误，；选项A是用运动员对球的作用力乘以足球水平移动的距离求出的，当运动员踢球时，足球在这个力的作用下移动的距离非常小，而不是30m，球往前运动30m不是由于踢力，而是由于惯性，当脚不与球接触时，足球在运动30m的过程中就不再受踢力，因此这一段距离踢力对球没有做功。 答案：D 解题指导：计算功的大小时，必须同时考虑两个因素，作用在物体上的力和物体在这个力的方向上通过的距离，特别要注意力与距离要始终“形影相随”，时刻不能分离，一旦力离开了物体，物体运动就是由于惯性造成的了，因此要弄清“不做功”的三种情况。 要点2：功的原理 原理的内容：使用机械时，人们所做的功，都不会少于直接用手做的功，即使用任何机械都不省功。 问题：使用机械不省功，为什么还要使用机械？ 因为使用机械时，有的可以改变力的方向，有的可以省力，有的可以省距离，有的还可以方便完成人们不便于直接完成的工作。 要点3：机械效率 1．有用功：工作时，人们为了达到目的、完成任务对物体做的功，即人们不用任何机械直接用手做的功。如克服物体重力提升物体时，W有用=Gh；克服地面对物体的摩擦使物体前进时，W有用=fs。 2．额外功：对人们无用但又不得不做额外的功。如克服机械摩擦和自身重力等消耗的功。 3．总功：有用功与额外功的和，即W总= W有用+ W额外，也是人们在使用机械时实际做的功，W总=F动s，式中F动表示作用机械上的动力，s表示动力作用点移动的距离。 4．机械效率：有用功跟总功比值。其值总小于1，计算公式为：η=W有用/W总 例2．如图所示，旗杆顶部有一个定滑轮，升旗手通过一根绕过定滑轮的细绳，用25N的力把一面质量为2kg的国旗沿竖直方向匀速拉动上升8m。求：(1)升旗手拉动绳子所做的功；(2)定滑轮的机械效率。(不计细绳重，g=10N／kg) 分析：使用定滑轮只改变力的方向而不省力不省距，拉力已知，国旗上升的高度也是拉力作用点移动的距离，根据公式W总=FS即可求出总功；要求出机械效率，在算出总功的条件下，还应该求出有用功，国旗质量已知，可以根据公式G=mg求出，再根据公式W有=Gh求出有用功；最后根据η＝W有／W总 求出机械效率。 答案：（1）W总=Fs=Fh=25N×8m=200J （2）G=mg=2kg×10N/kg=20N W有=Gh=20N×8m=160J η＝W有／W总 =160J/200J=80％ 解题指导：本题考查的是机械效率基础性的知识，因此对于基本概念要理解，对公式要熟练运用。本题解题关键是弄清拉力作用点移动的距离，对于一些简单机械（如定滑轮、动滑轮、滑轮组）的特性要掌握好。 要点4．功率 1．物理意义：表示物体做功的快慢 2．定义：单位时间内完成的功 3．定义式：P=W/t，可以进一步推导出：P=Fv 例3．小虎同学听到上课铃响了，他一口气从一楼跑到三楼，所用时间为10秒。那么他上楼过程中，克服自己重力做功的功率最接近下面那