三、功（培优教学课件）物理苏科版2024九年级上册

第十一章 简单机械和功 第三节 功 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 从吃饭用的筷子 到中国空间站使用的机械臂， 机械已进入人类生活的方方面面。 机械无论多复杂，都是由简单机械组成的。 人们在叹服于机械的神奇和人类智慧的伟大之余，不禁会问：这些机械是依据什么原理工作的呢？ 1. 说明: ppt使用高质量视频，资源比较大，本ppt约90MB. ……………………………………………………………………… 2. 视频资源：本ppt共有58张、4段视频，可根据需要选择点播. 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》 ……………………………………………………………………… 3. 免责声明：视频版权归原作者，如涉及版权问题，请联系删除。 4. 追责声明：课件版权归本工作室，侵权必究。 致老师、同学 导入新课 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。 他们的工作成效一样吗？ 甲 乙 想一想 导入新课 事例二：他们的工作成效一样吗？ 乙把重为200N的瓦片提到高6m的屋檐上 甲把重为500N的石料提到高2m的墙顶上 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. 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。 1. 什么是功 2. 做功了吗 3. 课堂总结 4. 实践与练习 5. 综合提升训练 学习内容 一、什么是功 第3节 功 一、什么是功 1. 功的概念 （1）问题探究 探究一： 吊车要把货物从地面搬到车上。在这个过程中，吊车除了要对货物施加力，还需要怎样做才能完成这个任务? 很明显，吊车要完成这个任务，除了用力提起货物，还需要使货物在这个力的方向上移动一段距离。也就是说，在吊车提高货物的过程中，货物受到一个向上的力F的作用，并且在这个力的作用下，向上移动了一段距离s，力F作用的成效体现在货物被举高了。 一、什么是功 探究二：观察图所示的情况，汽车通过牵引力的作用移动了一段距离。 该事例中的特点：汽车受到了力的作用，并且在力的方向上移动了一段距离，力的作用有了成效。 一、什么是功 F支 G F F支 G f 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：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 哪个力对小车的运动有贡献？ 拉力F对小车的运动有贡献。 一、什么是功 （2）功的概念 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。 一、什么是功 视频欣赏——《物理学中的功》 一、什么是功 2. 功的大小 （1）观察思考 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 ①甲与乙都在做功，怎样比较他们做功的大小呢？ 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？ 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。 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 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（N•m）；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。 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 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 一、什么是功 （1）公式变形 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。 （2）F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。 2. 公式的应用 一、什么是功 （3）F与s具有同向性 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；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，若用公式 W=Fs=500N×20m=10000J计算，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。 （4）F与s具有同体性：即F与s对应同一个研究对象。 一、什么是功 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 G h F支持力 F推力 f摩擦 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。 一、什么是功 视频讲解——《功的计算》 【例题1】小明将质量为10kg的水桶从距井口3m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? 二、做功了吗 二、做功了吗 分析：求小明对水桶所做的功，需要知道小明对水桶拉力的大小和水桶被提升的高度。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。 解答：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 反思：以不同的速度匀速提起水桶，小明对水桶所做的功是否相同? 小明对水桶所做的功相同。这是因为做功的大小取决于两个因素：作用在物体上的力和物体在力的方向上通过的距离。在匀速提起水桶的情况下，小明对水桶施加的力是恒定的（等于水桶的重力），且水桶在力的方向上通过的距离也相同（无论速度如何，只要保持匀速，提升的高度都是一样的）。因此，根据功的计算公式 W=Fs可知，小明对水桶所做的功是相同的‌。 【例题4】2022年，我国快递业务量首破950亿件，如图是一物流机器智能配送时情景，在某平直道路上100s匀速行驶了400m，已知机器所受阻力为120N。求： （1）该物流机器匀速行驶时的速度； （2）匀速行驶的100s内牵引力做的功。 二、做功了吗 【解析】（1）根据速度公式可得 （2）已知机器所受阻力为120N，匀速直线行驶，所受牵引力与阻力是一对大小相等的平衡力，故牵引力 F=f=120N 故匀速行驶的100s内牵引力做的功为 W=Fs=120N×400m=4.8×104J 二、做功了吗 二、做功了吗 第3节 功 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？ 物体受到了力；在力的方向上移动了距离。 重物通过钢索拉力的作用上升一段距离 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？ 搬而未起 F 这些力不做功的原因： 物体受到了力；但是没有移动距离。 用力推车，但车未动 二、做功了吗 如图所示是力对物体没有做功的实例。力对物体为什么没有做功？ 提着水桶在水平路面上前行 F 分析：水桶沿水平方向运动，而力的方向与运动方向垂直，沿竖直方向。 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。 二、做功了吗 （2）力学中的功包括两个必要因素 二、做功了吗 一是对物体有力的作用，二是物体在力的方向上通过一定的距离。 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 搬而未起 F 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，在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。 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 背着重物沿水平路面匀速行走 物体通过的距离与力的方向垂直，力不做功。 F 二、做功了吗 用力但没有搬起石头 冰球在地面上滚动 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，即物体没有通过距离，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，也就是没有力做功，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的方向垂直，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 二、做功了吗 视频欣赏——《力不做功的三种情况》 二、做功了吗 【例题1】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 二、做功了吗 【解析】 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。所以选D. 【例题2】如图甲所示，人用力推车，车未动，则人的推力对车______功；如图乙所示，汽车的牵引力使汽车沿水平方向移动一段距离，则汽车的牵引力对汽车_____功，汽车的重力对汽车_______功。（以上均选填“做了”或“没做”）。 没做 没做 做了 二、做功了吗 【解析】 人用力推车，车未动，人对车施加了作用力，车没有在力的方向上移动一段距离，则人的推力对车没做功。 发动机对车施加了牵引力，车在牵引力方向上移动了一段距离，牵引力对汽车做了功。 汽车移动的距离和重力方向垂直，车的重力对汽车没做功。 二、做功了吗 三、课堂总结 第3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。 功的 概念 做功的 条件 功 课堂总结（2） 四、实践与练习 第3节 功 实践与练习 已知: m =80g=0.08 kg，s =5 m 求: W. 解: F=G=mg=0.08kgx10N/kg=0.8N 重力对它做功为 W=Fs=0.8Nx5m=4J. 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）? 实践与练习 【解析】人的体重取G=500N， F=G=500N 楼房高度 s=3m×4=12m 从一楼走到三楼要做功 W=Fs=500N×12m=6000J 2. 假设你的教室在五楼，试估算你从一楼走到五楼要做多少功。 实践与练习 【解析】抓举杠铃的质量 m=156kg 运动员用力 F=G=mg=156kg×10N/kg=1560 N 抓举的高度大约 s=1.8m 在抓举过程中对杠铃所做的功 W=Fs=1560N×1.8m=2808J 3. 某一运动员在一次举重比赛中取得了 364 kg 的总成绩（抓举156 kg、挺举198 kg）。试根据以上信息，估算出该运动员在抓举过程中对杠铃所做的功。 五、综合提升训练 第3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　 【解析】 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。 2. 如图所示，冬奥会冰壶比赛上，冰壶从出发点A被运动员推着运动6m后，在B点被推出，沿冰道运动30m到O点停下来。冰壶离开手后还能够继续向前运动，是因为冰壶具有_______。若运动员对冰壶的推力是10N，冰壶滑行时受到的摩擦力为2N，从A点到O点的运动过程中，运动员对冰壶做功_______J，冰壶克服摩擦做功_______J。 72　 惯性 60 综合提升训练 【解析】冰壶被推出后仍向前滑行是因为冰壶具有惯性，要保持原来的运动状态，所以向前继续滑行。 由图知道，从出发点A被运动员推着运动6m，到达投掷线，冰壶受到推力的作用，并且在推力的方向上通过了距离，所以推力对冰壶做了功；而在BO阶段冰壶虽然通过了一定距离，但不再受到推力的作用，运动员对冰壶不做功，所以，运动员对冰壶做功 W＝Fs＝10N×6m＝60J 冰壶克服摩擦力运动的距离为s′＝6m+30m＝36m 冰壶克服摩擦力所做的功为 W′＝fs′＝2N×36m＝72J 综合提升训练 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 【解析】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。故选C. 综合提升训练 综合提升训练 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）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。 【解析】 （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 5．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？ 【解析】 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 综合提升训练 6．我国宇树科技的机器狗性能指标已超越美国波士顿动力机器狗，如图所示为其中一款机械狗（UnitreeLaikago），它的质量为22kg，它的单足与地面接触面积为20cm2，最大奔跑速度为2.5m/s，受到地面的阻力为80N（g取10N/kg）；求： （1）该机械狗静止站立在水平地面时，对地面的压强； （2）该机械狗以最大速度匀速运动5min，受到的牵引力做功多少？ 【解析】（1）机械狗静止站立在水平地面时，对地面的压力为 F=G=mg=22kg×10N/kg=220N 四足与地面接触面积为 S=4×2×10-3m2=8×10-3m2 对地面的压强为 （2）机械狗以最大速度匀速运动，处于平衡状态，受到的牵引力与阻力是一对平衡力，大小相等为F=f=80N 运动的时间为t=5min=300s 运动的路程为s=vt=2.5m/s×300s=750m 牵引力做功为W=Fs=80N×750m=60000J 综合提升训练 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 $$