3.3 能量转化的量度（第1课时）（教学课件）-【上好课】九年级科学上册同步高效课堂（浙教版）

3.3 能量转化的量度 （第1课时） 第3章 能量的转化与守恒 科学浙教版 九年级上册 学习目录 功 功的计算 学习目标 知道功的概念及物理意义； 知道做功的必要因素及不做功的情况； 了解功的计算方法及运用公式计算。 课堂导入 举重运动员举起杠铃时，将体内储存的化学能转化为杠铃的势能；起重机提升重物时，将电能转化为重物的动能和势能。那么到底有多少能量发生了转化呢？ PART 01 功 一、功 将10kg的石头抬高1米，有多少化学能转化为石头的重力势能？ 将小车向左推行50米，消耗了多少化学能？ 为了量度能量转化的多少，我们需要学习功的相关知识 一、功 从科学的角度来看，当运动员举着杠铃不动时，虽然要用很大的力，但此时运动员并没有对杠铃做功。那么，怎样理解做功的含义？ 一、功 读图： （1）下图是物体在力的作用下做功的实例。想一想，在这两个实例中有什么共同特点？ 叉车把货物从地面抬升到一定高度 人推小车在水平路面上通过一段路程 F S F S 共同的特点：①货物和小车都受到了力的作用； ②并且都在力的方向上运动了一段距离。 一、功 （2）下图是物体在力的作用下没有做功的实例。想一想，在这两个实例中有什么共同特点？ F F S 人用力搬石头，没有搬动 人提书包在水平路面上匀速通过一段距离 有力无距离 力的方向与距离方向垂直 共同的特点：都受到了力的作用但没有在力的方向上运动一段距离 一、功 力做功也常说成物体做功，如人的推力对小车做功，也可以说成人对小车做功。 功的概念 在科学上，如果物体受到力的作用，并且在这个力的方向上通过了一段距离，我们就说这个力对物体做了功。 石头虽然受到人对它向上力的作用，但没有在这个力的方向上通过一段距离，因此这个力没有做功。 书包受到人的提力的方向是竖直向上的，而书包是在水平方向通过一段距离，在提力方向上没有通过一段距离，因此提力也没有做功。 一、功 功的两个必要因素 作用在物体上的力 物体在力的方向上通过一段距离 F S 两因素必须同时具备，力才对物体做功 判断力是否做功的方法之一 一、功 力对物体不做功的三种情况 （1）有距离无力 物体没有受到力的作用。如踢足球，足球离脚后不再受脚的力，由于具有惯性向前运动，故人对足球没有做功。 （2）有力无距离 物体受到了力但没有移动距离。如用力推车而车不动，推力没有做功。 （3）力的方向与距离的方向垂直 物体受到了力同时也移动了一段距离，但力的方向始终跟运动方向垂直。如手提水桶水平移动，提水桶的力没有做功。 一、功 克服某力做功 当物体运动方向与受力方向相反时，我们常说克服该力做功。 例如，当物体竖直向上运动时，重力的方向与运动方向相反，此时我们常说“克服重力做功”。 此时，拉力F做正功，重力做负功。 一、功 思考与讨论 （1）做功跟我们日常所说的“做工”或“工作”一样吗？ 不一样。物理学中的“做功”是指物体受到力的作用，并且在这个力的方向上通过了一段距离，我们就说这个力对物体做了功。做功的两个必要因素是：力、在力的方向上移动的距离；‌日常生活中的“做工”或“工作”泛指一切消耗脑力和体力的过程。例如，农民种地、工程技术人员伏案设计等都是“做工”的例子，生活中的“做工”并不一定满足物理学中做功的两个必要条件。 一、功 思考与讨论 （2）塔式起重机下挂着重物，在重物静止不动、匀速向上运动、沿水平方向匀速移动三种情形中，钢索的拉力是否都对重物做了功？ 静止不动：有力无距离，不做功 匀速向上运动：有力有距离，做功 沿水平方向匀速移动：力与距离方向垂直，不做功 PART 02 功的计算 二、功的计算 我们知道功的量度能量转化的多少的物理量，做了多少功，就有多少能量发生了转化。那么怎样计算功的大小呢？功的大小与做功的两个必要因素有什么关系呢？ 叉车抬起的货物越重，作用的力越大，它做的功就越多；叉车把货物从地面上抬升的高度越高，它做的功也越多。 二、功的计算 科学上规定：功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。即： 如果用F表示力，s表示物体在力的方向上通过的距离，W表示功，则功的计算公式可表示为： 在国际单位制中，功的单位是焦耳，简称为焦，单位符号为J。它是为了纪念英国科学家焦耳而命名的。                   二、功的计算 思考与讨论： 1焦耳有多大呢？ 一只鸡蛋约50g， 重力=0.5N； 举高2米所做的功。 将一只鸡蛋举高2米所做的功大约为1焦耳。 二、功的计算 例.如图所示，有一物体重100牛，把该物体从地面匀速举到高为1米的桌面上，做了多少功？ 解：匀速提升物体所用的向上的力： 物体在力的方向上通过的距离： 所以，力所做的功为： 答：举高物体做功100焦。 二、功的计算 如果将这个物体用30牛的力沿水平地面匀速拖动10米，做了多少功？ 解：拖动物体所用的水平拉力： 物体在力的方向上通过的距离： 所以，力所做的功为： 答：拖动物体做功300焦。 二、功的计算 思考与讨论 结合举重和人推车等事例，谈谈能量的转化与做功的关系。 举重运动员具有能量才能对杠铃做功，做功时消耗的能量转化为杠铃的重力势能；推车的人有能量才能对车做功，做功时消耗的能量转化为车的动能以及由于摩擦而产生的热能。 物体具有做功的本领，是因为它具有能量。做功的过程实质上就是能量转化的过程，力对物体做多少功，就有多少能量发生了转化。因此，可以用功来量度能量转化的多少，能量的单位与功的单位一样，都是焦耳。 二、功的计算 焦 耳 焦耳（1818~1889）是英国著名的实验物理学家。他从小就对实验着迷，在家里做起了各种实验，后来成为一名业余科学家。1840年，焦耳通过对电流的热效应的研究，得出了著名的焦耳定律。焦耳定律给出了电能向热能转化的定量关系。（我们将在本章第6节中学习该定律。） 焦耳特别热衷于热功当量的实验测量。1847年，他完成了热 功当量测量的经典实验：先是测量一桶水的温度，然后把铜制的 翼轮放入水中，用下落的砝码带动翼轮转动来搅动水，使水的温 度升高。焦耳测量了翼轮所做的功和水温的升高，从而计算出多 少机械能产生多少热，这个值被称为“热功当量”。 焦耳从1843年开始测量热功当量，直到1878年最后一次发表实验结果，先后做实验不下四百余次，并且采用了原理不同的各种方法，测量了他能想到的各种过程所产生的热—包括机械的、电的、磁的，获得了大量的实验数据。他以极其精确的数据，为热和功的相当性提供了可靠的证据。人们为了表达对他的敬意，将功和能量的单位叫做焦耳。 课堂练习 例1.王刚同学在体育活动中用60N的力将重为5N的足球踢出，足球沿运动场运动60m后才停下来。则王刚同学踢球的过程中对足球所做的功是（ ） A.0J B.3600J C.300J D.无法确定 D 【解析】足球沿水平场地向前运动的距离已知，但这个距离是在力的作用下移动的距离还是滚动的距离不得而知，在力的作用下移动的距离是多少不知道，滚动时不做功，所以无法判断运动员对足球做功的多少，故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 例2.杭州第19届亚运会于9月23日晚在杭州奥体中心体育场——“大莲花”隆重开幕，历时16天。千万人同心协力，将一场“人文、绿色、智能、简约、惠民”的体育盛会向世界激情奉献。如图是中国选手谌利军在亚运会举重项目男子67公斤级比赛时的几个精彩瞬间，下列说法正确的是（ ） A.从甲到乙过程中，选手对杠铃没有做功 B.从乙到丙过程中，选手对杠铃没有做功 C.从甲到乙、乙到丙过程中，选手对杠铃都做功 D.以丙的状态在空中稳稳停留3秒的过程中，选手对杠铃做功 课堂练习 C 课堂练习 【解析】ABC.从甲到乙过程中，选手对杠铃施加了力，且杠铃在力的方向上移动了距离，对杠铃做了功；从乙到丙过程中，选手对杠铃施加了力，且杠铃在力的方向上移动了距离，对杠铃做了功，故AB错误，C正确； D.以丙的状态在空中稳稳停留3秒的过程中，选手对杠铃有力的作用，但在力的方向上无距离，不做功，故D错误。 故选C。 例3.下列有关对物体做功的说法，正确的是（ ） A.足球被踢后在场地飞行20m的距离，运动员对足球做的功等于踢力乘以20m的距离 B.小丽背着50N的书包走了200m的路程，则小丽对书包做功为10000J C.小明用力推箱子虽然没有推动，但小明对箱子做了功 D.物体沿斜坡滑下过程中，摩擦力所做的功等于摩擦力乘以斜坡长度 课堂练习 D 【解析】A.足球被踢出后，运动员对足球已没有力的作用，所以不做功，故A错误。 B.小丽背着书包走路，对书包的力的方向与距离垂直，所以不做功，故B错误。 C.箱子没有移动，因此小明不做功，故C错误。 D.摩擦力所做的功等于摩擦力的大小乘以在摩擦力方向上通过的距离，故D正确。 故选D。 例4.如图甲所示，重为8N的铁块吸附在竖直放置的足够长的磁性平板上，在竖直向上拉力F的作用下铁块沿直线竖直向上运动，铁块运动过程中速度v的大小随时间t变化的图像如图乙所示，若铁块受到的摩擦力为2N。下列说法中正确的是（ ） A.磁性平板对铁块的吸引力等于8N B.0~2s内拉力F等于10N C.2~6s内拉力F等于8N D.2~6s内拉力F做功120J 课堂练习 D 【解析】A.磁性平板对铁块的吸引力在水平方向，铁块的重力在竖直方向，二个力之间没有关系，所以无法确定吸引力的大小，故A错误； C.由乙图可知，2~6s内铁块竖直向上做匀速直线运动，它受到向上的拉力，向下的重力和摩擦力，根据平衡力的知识得到，拉力，故C错误； B.0~2s内铁块做加速运动，此时它受到的合力向上，即拉力，那么，故B错误； D.2~6s内铁块移动的距离，则拉力对铁块做功，故D正确。 故选D。 课堂总结 能量转化的量度 功 功的计算 功的两个必要因素 功的概念及实质 功的计算公式 功的单位 不做功的情况 3.3 能量的转化与量度 （第1课时） 谢谢观看 科学浙教版 九年级上册 $$