11.3 功（教学课件）-【上好课】九年级物理上册同步高效课堂（苏科版）

江苏凤凰科学技术出版社 九年级物理 上册 义务教育教科书 第十一章 简单机械和功 从我们吃饭用的筷子 到航天器使用的机械臂 机械已深入到人类生活的方方面面 无论多么复杂的机械都是由简单机械组成的 我们在叹服于机械的神奇和人类伟大智慧的同时 不禁产生许多遐想…… 这些机械是依据什么原理工作的呢？ 致老师、同学 说明 ppt使用高质量视频，资源比较大，本ppt约90MB. 本ppt共有58张、4段视频，可根据需要选择点播. 本ppt使用PowerPoint制作，建议使用PowerPoint播放. 视频 资源 ①视频讲解——《物理学中的功》 ②视频讲解——《功的计算》 ③视频讲解——《不做功的三种情况》 ④课堂总结——《功》 免责 声明 ppt中的部分视频来源于自有媒体，其版权归原作者所有，如涉及版权问题，请及时联系我们删除。 导入新课 请同学们观察事例 事例一：甲、乙两和尚现在要把建筑材料提到屋顶上去，结果甲提上去了；乙虽然也用了力，但是没有提上去。 想一想：他们的工作成效一样吗？ 甲 乙 导入新课 第三节 功 事例二：想一想，他们的工作成效一样吗？ 甲把重为500N的石料提到高2m的墙顶上 乙把重为200N的瓦片提到高6m的屋檐上 学习目标 1 知道机械功的概念，能用生活中的实例解释机械功的含义。 2 理解机械功的计算公式、单位，会用功的公式解题。 3 3 知道做机械功的两个必要条件。 4 了解利用斜面可以省力；了解功的原理。 实践与练习 03 学习新课 01 课堂总结 02 综合提升训练 04 目录导航 01 学习新课 第三节 功 知识一 什么是功 1. 什么是功 （1）问题探究 探究一：观察图甲、乙所示的两种情况，他们正在做什么？找找他们活动中的共同点。 甲 乙 活动中的共同点：都对其他物体施加了力的作用，并且物体在力的方向上都移动了一段距离，力的作用都有了成效。 知识一 什么是功 探究二： 起重机把货物提高的过程中，货物受到哪些力的作用？哪个力对物体的向上移动有贡献？ 货物受到的力有：重力G、钢丝绳竖直向上的拉力F。 拉力F对物体的向上移动有贡献。 F拉 G 知识一 什么是功 F支 G F F支 G f ②用力F 拉水平面上的小车前进，则小车受到几个力的作用？ 探究三： ①静止在水平面上的小车，小车受到几个力的作用？ 重力G和地面的支持力F支 重力G、地面的支持力 F支、拉力F、摩擦力f ③哪个力对小车的运动有贡献？ 拉力F对小车的运动有贡献。 知识一 什么是功 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，在物理学中就说这个力对物体做了功。 物理学中的功包含一种“贡献”和“成效”的含义，如果某个力对物体的移动做出了贡献，就说这个力对物体做了功。 （2）功的概念 视频欣赏——《物理学中的功》 知识一 什么是功 2. 功的大小 （1）观察思考 ①甲与乙都在做功，怎样比较他们做功的大小呢？ 知识一 什么是功 甲把重为500N的石料提到高2m的墙顶上 乙把重为200N的瓦片提到高6m的屋檐上 甲 乙 丙 ②如图所示，是起重机把每一个重力都相同的货物提高的情景，请你仔细观察，思考下面的问题。 甲与乙两次，哪一次做功多？你判断的理由是什么？ 甲与丙两次，哪一次做功多？你判断的理由是什么？ 知识一 什么是功 甲 乙 丙 分析：甲与乙两次，乙做功多。因为力相等，乙通过的距离大。 甲与丙两次，丙做功多。因为通过的距离相等，丙用的力大。 结论： 作用在物体上的力越大，物体在力的方向上移动的距离越大，力所做的功越多。 知识一 什么是功 （2）功的大小 物理学中，把力与物体在力的方向上通过的距离的乘积称为机械功，简称功。 （3）计算公式 功＝力×距离 W = Fs F 表示力，s 表示沿力的方向移动的距离，W 表示功。 F F s 知识一 什么是功 （4）功的单位 在国际单位制中：力F的单位是牛（N），距离s的单位是米（m） ，则功W的单位是牛•米；它有一个专门的名称叫做焦耳，简称焦，符号是 J。 1J=1N•m 从地上拿起一个约 50 g 的鸡蛋，并把它缓缓举过头顶，在此过程中你对鸡蛋做的功大约为1J 知识一 什么是功 甲做功W甲 = F甲s甲=500N×2m=1000J 乙做功W乙 = F乙s乙=200N×6m=1200J 想一想：你现在可以比较他们做功的大小了吧？ 乙做功多. 知识一 什么是功 甲把重为500N的石料提到高2m的墙顶上 乙把重为200N的瓦片提到高6m的屋檐上 由功的计算公式W=Fs可知，已知三个物理量中的任意两个，可求第三个。 ①求作用在物体上的力： ②求在力的方向上移动的距离： 式中物理量全部用国际单位制。 （5）计算力与距离 知识一 什么是功 ①F与s具有同时性：即在受力的同时移动了距离，移动距离的同时受了力。公式W=Fs中的F是使物体沿力F的方向通过距离s的过程中，始终作用在物体上的力，它的大小和方向都是不变的。 ②F与s具有同向性：公式W=Fs中的F是作用在物体上的力，s是物体在力F的方向上通过的距离。 例如：运动员用500N的力将足球踢出20m，若计算出W=Fs =500N×20m=10000J，则结果是错误的，因为踢球的力的作用距离不是20m，要计算运动员对球做的功，关键看脚推动球前进的距离是多少。 ③F与s具有同体性：即F与s对应同一个研究对象。 知识一 什么是功 （6）公式的应用问题 3. 关于克服阻力做功 如果物体在力的作用下移动的方向与一个力（阻力）的方向相反，我们就说物体克服这个力做功。 例如，在水平面上推动物体前进时，要克服摩擦力做功；提高物体时要克服重力做功。 F拉力 G 人在爬楼梯时，要克服自己的重力做功，计算做功的大小时，应该用人的重力G乘以楼梯的竖直高度h。W=Gh F推力 f摩擦 G h F支持力 知识一 什么是功 4. 物理学家——焦耳 介绍 经历 主要成就 詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（1818年12月24日—1889年10月11日），出生于曼彻斯特近郊的沙弗特，英国物理学家，英国皇家学会会员。 焦耳自幼跟随父亲参加酿酒劳动，没有受过正规教育。青年时期，认识了化学家道尔顿。道尔顿教给他数学、哲学和化学方面的知识，为焦耳后来的研究奠定了理论基础。 热功当量：焦耳测出了热功当量，1卡=4.15焦耳。 焦耳定律：电流通过导体所产生的热量与电流的平方成正比，与导体的电阻成正比，与通电时间成正比。 焦耳热：毛细管电泳需要电场做功，有电场做功就会产生热量。 知识一 什么是功 视频讲解——《功的计算》 知识一 什么是功 【例题1】小明将质量为10kg的水桶从离井口3m的深处匀速提到井口，如图所示。在这一过程中，小明对水桶做了多少功? 小明对水桶的拉力F=G=mg=10 kg×9.8 N/kg=98N 水桶在拉力方向上移动的距离 s=3m 根据功的公式，小明对水桶做的功W=Fs=98N×3m=294 J 知识一 什么是功 分析：求拉力对水桶所做的功，需要知道拉力的大小和水桶被提升的高度(即在拉力方向上移动的距离)。由于水桶匀速上升，根据二力平衡条件，可知小明对水桶的拉力与水桶的重力大小相等。 【例题2】小兰的质量为45kg，书包的质量为5kg，沿着楼梯登上三楼教室，若每层楼梯有15级台阶，每级台阶高20cm，问小兰从地面登上三楼需做多少功？（g=10N/kg） 由题意知：小兰与包的总重力 G=（m人+m包）g =50kg×10N/kg=500N 从地面登上三楼升高的高度 s=15×2×20cm=600cm=6m 则需做功 W=Fs=Gs=500N×6m=3000J 知识一 什么是功 知识二 做功了吗 1. 做功的两个必要因素 （1）现象分析 如图所示是力对物体做功的两个实例。这些做功的实例有什么共同点？ 小车在推力的作用下向前移动了一段距离 F拉力 物体在绳子拉力的作用下升高了一段距离 物体受到了力；在力的方向上移动了距离。 如图所示是力对物体没有做功的两个实例。力对物体为什么没有做功？ 提着滑板在水平路面上前行 F 人搬而未起 F 这些力不做功的原因： 物体受到了力；但是在力的方向上没有移动距离。 知识二 做功了吗 一是对物体要有力的作用，二是物体要在力的方向上通过一定的距离. （2）力学中的功包括两个必要因素 知识二 做功了吗 2. 力对物体不做功的三种情况 （1）有力无距离（劳而无功） 有力作用在物体上，但物体没动，即物体没有通过距离，力对物体没有做功（力的作用没有成效）。 人用力推车没有推动 F 人搬而未起 F 知识二 做功了吗 （2）有距离无力（不劳无功） 物体因为惯性通过一段距离，运动方向上没有力对物体做功（离开力说功是无意义的）。 冰壶在平滑的冰面上滑行、球在空中飞行时，是由于惯性，在运动方向上没有力做功。 知识二 做功了吗 （3）力与运动距离的方向垂直（垂直无功） 物体受到了力的作用，也通过了一段距离，但通过的距离与力的方向垂直，物体在力的方向上没有通过距离，这个力对物体没有做功（力的作用没有成效）。 服务员托着食品盘送菜 托力F 距离s 提着滑板在水平路面上前行 物体通过的距离与力的方向垂直，力不做功。 ∟ 拉力F 知识二 做功了吗 用力但没有搬起石头，对石头没有做功 冰球在地面上滚动，人对冰球没有做功 总结：力不做功的三种情况 ①有力无距离 有力作用在物体上，但物体没动，即没有通过距离，也叫“劳而无功”。 ②有距离无力 物体在运动方向上没有受到力的作用，即没有力做功，也称“不劳无功”。 ③力与距离垂直 物体受到力的作用，也通过了距离，但通过的距离与受力方向垂直，即“垂直无功” 。 足球在地面上滚动，重力与支持力对足球没有做功 知识二 做功了吗 视频欣赏——《力不做功的三种情况》 知识二 做功了吗 如果一个物体在力的作用下，并且在这个力的方向上移动了距离，力对物体才能做功。A、B、C选项中都不符合做功的两个必要因素，所以是错误的。 D选项中，有力作用在物体上，物体又在该力的方向上移动了距离，所以该力就一定做功。 【例题3】下列关于功的各种说法中，正确的是（ ） A. 只要有力作用在物体上，就一定做了功 B. 只要物体移动了距离，就一定做了功 C. 只要有力作用在物体上，物体又移动了距离，就一定做了功 D. 只要有力作用在物体上，物体又在该力的方向上移动了距离，就一定做了功 D 所以选D 知识二 做功了吗 【例题4】如图所示的四种情形中，对力是否做功判断正确的是（　　） A．甲图中人提着滑板在平直的路上匀速行走，人对滑板做了功 B．乙图中人推着车在平直的道路上匀速行走，人对货车做了功 C．丙图中人用力搬石头但石头未被搬动，人对石头做了功 D．丁图中足球离开脚后继续在空中飞行时，人对足球做了功 B 知识二 做功了吗 A．甲图人提着滑板在平直的路面上匀速行走，人对滑板施加了竖直向上的力的作用，但滑板没有在力的方向上通过距离，所以人对滑板不做功，故A错误； B．乙图中人推着货车在平直的道路上匀速行走，货车沿着推力的方向通过了距离，所以人对货车做了功，故B正确； C．丙图中人用力搬石头但石头仍保持静止，人对石头施加了力，石头没有在力的方向上通过距离，所以人对石头没有做功，故C错误； D．丁图中足球离开脚后由于惯性继续在空中飞行的过程中，足球不再受人的踢力，所以人对足球没有做功，故D错误。 所以选B. 知识二 做功了吗 1. 测量提升物体所做的功 【进行实验】 （1）如图所示，用弹簧测力计沿斜面匀速拉动小车至高度h处，测量并计算拉力F对小车所做的功W1. （2）沿竖直方向匀速提升小车，使之上升高度h，测量并计算拉力F所做的功W2。 （3）把测量的数据记录在自己设计的表格中。分析得到的数据，看看利用斜面是否省力、是否省功。 知识三 功的原理 沿斜面提升小车 ③改变斜面的倾斜程度，重复上述步骤两次。将相关的实验数据记录于下面的表格中，并进行相关的计算. 实验序号 1 2 3 斜面倾斜程度 较缓 较陡 最陡 沿斜面的拉力F/N 1.3 1.5 1.7 小车沿斜面移动距离s/m 0.80 0.50 0.35 拉力F 对小车所做的功W1/J 1.04 0.75 0.60 小车的重力G/N 2.0 2.0 2.0 提升的高度h/m 0.20 0.20 0.20 拉力F' 对小车所做的功W2/J 0.40 0.40 0.40 知识三 功的原理 （2）实验结论 实验结果表明，利用斜面（它也是一种简单机械）提升物体不省功，但可以省力，且斜面越缓越省力。 2. 功的原理 大量的实验和探究表明，利用任何机械做功时，动力对机械所做的功等于机械克服所有阻力所做的功。也就是说，使用任何机械都不省功，这个结论叫功的原理。 知识三 功的原理 3. 斜面 如图（a）所示，在一些建筑物的入口处设置了供轮椅上下的斜坡（物理学中称之为斜面，它也是一种简单机械），将轮椅沿着这种斜坡推上去比直接提上去要省力，体现了社会对残疾人的关怀。如图（b）所示，高山上的公路修得弯弯曲曲，宛如盘龙，也是利用了同样的道理。 知识三 功的原理 （a）供轮椅通行的斜坡（右侧） （b）盘山公路 【例题5】甲图是我国政府为缓解山区人民出行难的问题而修建的盘山公路，汽车沿着盘山公路可以驶上高耸入云的山峰，盘山公路相当于 ________（选填“斜面”或““轮轴”），乙图是用螺丝刀将螺纹钉旋进木板的情景，手柄_____（选填“粗”或“细”）一些的螺丝刀用起来更省力，任何机械都______ （选填“能”或“不能”）省功。 不能 知识三 功的原理 斜面 粗 盘山公路相当于简单机械中的斜面，加长了通向山顶的距离，但是可以在物体向上运动时省力。所以盘山公路修成了斜面，这样车辆在行驶或运送货物时就会更省力。 螺丝刀的手柄是轮轴，其实质是省力杠杆，轴半径是阻力臂，轮半径是动力臂，轴半径一定时，轮半径越大越省力，即手柄粗一些的螺丝刀用起来更省力。 根据功的原理可知，任何机械都不能省功，例如，即使我们使用了一个省力的机械，我们仍然需要消耗同样多的能量来完成同样的任务。这是因为功是力和距离的乘积，即使力减小了，但距离增加了，所以总的功并没有改变。 知识三 功的原理 02 课堂总结 第三节 功 课堂总结（1） ①功：功等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积。 ②公式：功＝力×距离 W = Fs ③单位：焦，符号是 J ④公式变形：求作用在物体上的力：F=W/s 求在力的方向上移动的距离：s=W /F ①功包括两个必要因素 ：一是作用在物体上的力； 二是物体在这个力的方向上移动了距离。 ②力对物体不做功的三种情况：有力无距离；有距离无力； 力与运动距离的方向垂直。 使用任何机械都不省功，这个结论叫功的原理。 功的概念 做功的因素 功的原理 功 课堂总结（2） 视频总结——《功》 03 实践与练习 第三节 功 1. 一个质量为80g的皮球从高处下落了5m，重力对它做了多少功（g取10N/kg）? 已知: m =80g=0.08 kg，s =5 m 求: W. 解: F=G=mg=0.08kgx10N/kg=0.8N W=Fs=0.8Nx5m=4J. 实践与练习 实践与练习 2. 若你的教室在三楼，试估算你从一楼走到三楼要做多少功。 人的体重取G=500N， F=G=500N 楼房高度 s=h=6m 从一楼走到三楼要做多少功 W=Fs=500N×6m=3000J 实践与练习 3. 2021年7月28日，在东京奥运会男子举重73 kg级比赛中，中国名将石智勇不负众望，以 364 kg 的总成绩（抓举156 kg、挺举198 kg）夺冠，并打破世界纪录。试根据以上报道，估算出石智勇在抓举成功的过程中对杠铃所做的功。 抓举杠铃的质量m=156kg 石智勇用力F=G=mg=156kg×10N/kg=1560 N 抓举的高度大约s=1.8m 石智勇在抓举成功的过程中对杠铃所做的功 W=Fs=1560N×1.8m=2808J 04 综合提升训练 第三节 功 综合提升训练 1．下列情况下，小明对物理课本做了功的是 （ ） A. 阅读静止在桌面上的物理课本 B. 水平推物理课本，但未推动 C. 物理课本自由下落的过程 D. 将物理课本从地面捡起的过程 D　 A. 阅读桌面上的课本，人没有施加力，课本也没有移动距离，所以小明对课本没有做功，故A不符合题意； B. 水平推课本，课本没有移动距离，对课本没有做功，故B不符题意； C. 物理课本自由下落的过程中，受到重力的作用，课本在重力的方向上通过了距离，重力对课本做了功，但小明对课本没有做功，故C不符合题意； D. 将物理课本从地面捡起的过程中，人对课本有力的作用，课本在力的方向上移动了距离，所以小明对课本做了功。 故D符合题意。 故选D。 综合提升训练 子弹在枪膛中受火药爆炸后产生气体的作用力而运动的距离为枪膛长度，即s=50 cm=0.5 m，子弹离开枪膛后就不再受火药爆炸产生的气体推力，气体推力不再做功。 所以气体对子弹做功: W=Fs=700 N×0.5 m=350 J 2．质量是20 g的子弹从枪膛中水平射出，子弹在枪膛中受火药爆炸后产生气体的平均作用力是700 N，枪膛长50 cm，子弹从枪膛射出后飞行1 000 m，气体对子弹做的功为多少J？ 综合提升训练 3. 一人用同样大小的力F 将质量为m的物体分别在光滑水平面、粗糙水平面和粗糙斜面上沿力的方向移动相同的距离s，该力在这三个过程中所做的功分别为W1、W2、W3，则它们之间的关系正确的是（　 ） A. W1＜W2＜W3 B. W1＜W2 = W3 C. W1 = W2 = W3 D. W1= W2＜W3 C 在这三个过程中，人先后用的力F大小相等，沿力的方向移动相同的距离也相等，根据W=FS可知：在这三个过程中力所做的功相等。 这三个过程中外力所做的功与物体的运动状态、受力情况都无关。 所以选C. 综合提升训练 4．如图所示，甲、乙两同学各用水平推力推一相同的木箱，甲推的木箱下面有轮子，乙推的木箱直接放在同样的水平地面上，若甲、乙都把木箱匀速向前推了1m的距离，则甲、乙两同学做的功 （ ） 因为甲木箱下面有轮子，摩擦力小，甲对物体的作用力小；乙推的木箱直接放在同样的水平地面上，乙对物体的作用力大，F乙＞F甲 甲、乙都把木箱匀速向前推了1m的距离，根据功的计算公式W=Fs可知，乙对物体所做的功多。 A．甲做的功多 B．乙做的功多 C．甲、乙做的功一样多 D．无法确定 所以选B。 B　 5．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）先开始跳绳。如果小雨的质量是60kg，他每次起跳高度约是5cm，那么他每跳一次需克服重力做功大约多少焦？ （2）在中考的“1分钟跳绳”测试中，小雨同学跳了160次，而小明同学跳了100次。试问：测试中，成绩好的同学做功一定多吗？说出你的理由。 综合提升训练 （1）小雨的重力 G=mg=60kg×10N/kg=600N 他每跳一次需克服重力做的功 W=Fs=600N×5×10-2m=30J （2）相同时间内做功多少与重力大小、跳起高度、跳起次数有关，而本题中只明确了次数关系，重力和高度的关系都不明确，无法得出明确结论，所以得分高的同学做的功不一定多。 综合提升训练 综合提升训练 6．钓鱼岛自古以来就是中国国有领土，早在明朝1373年我国渔民就已经发现了钓鱼岛．如图所示是我国一艘装备精良的现代化综合公务船正在钓鱼岛巡航的示意图（海水密度取1.02×103kg/m3，g取10N/kg） （1）该船满载时排水量为3400t，则船受到的重力和浮力各为多少？ （2）当该公务船以45km/h的速度匀速 航行6h，若航行时受到阻力为船重的0.05倍， 则这一过程中动力所做的功是多少？ 综合提升训练 （1）已知m排=3400t=3.4×106kg 根据阿基米德原理，公务船所受到的浮力： F浮=G排=m排g=3.4×106kg×10N/kg=3.4×107N 由于船处于漂浮，浮力与重力是平衡力，所以 G=F浮=3.4×107N； （2）船通过的路程为：s=vt=45km/h×6h=270km=2.7×105m 由于船匀速行驶，则船受到的动力 F=f=0.05G=0.05×3.4×107N=1.7×106N 动力所做的功：W=Fs=1.7×106N×2.7×105m=4.59×1011J Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 $$