第十一章功和机械能 教材图文解读 ----2024-2025学年人教版物理八年级下学期

第十一章 功和机械能 第一节 功 1. 如图11.1-1所示，叉车要把货物从地面搬到车上。在这个过程中，叉车除了需要对货物施加力，还需要使货物在这个力的方向上移动一段_____。也就是说，在叉车举高货物的过程中，货物受到一个_____的力F的作用，并且在这个力的作用下，_____移动了一段距离s（图11.1-2），力F作用的成效体现在货物被举高了。对于这种情况，物理学中就说叉车托起货物的力做了功。 2. 通常而言，如果一个_____作用在物体上，物体在这个__________上移动了一段距离，就说这个力对物体做了功。 作用在物体上的力越大、物体在力的方向上移动的距离越远，力所做的功也就越_____。力学中，功等于_____与物体____________________的乘积， 如果用F表示力，s表示沿力的方向上移动的距离，_____表示功，则功的表达式为 _______________ 在国际单位制中，力的单位是_____，距离的单位是_____，则功的单位是_____，它有一个专门的名称叫作_____，简称_____，符号是_____，所以1J=1_____。 3. 如图 11.1-3所示，一个人搬石头时，搬而未起，人对石头施加了向上的力，但石头_________ ____________________，人对石头的力没有做功。 如图 11.1-4所示，一个人推车在水平方向上前行，人对车施加了推力，车在推力的方向上移动了距离，人对车的推力__________。 有时为了叙述方便，某个力做功往往也说成施力的物体做了功。如人推车，可以表达为_____做了功，或者_____做了功。 4. 目前，我国正在大力推广装配式建筑。这种建筑方式不仅施工效率高，还能大幅降低能耗，避免现场粉尘、泥浆等的污染，实现绿色施工（图11.1-5）。 （1）把质量为1.5t的构件匀速提升到30 m高的楼顶，竖直向上的拉力为________N，做 的功为_________J。 （2）依据需要，又将这个构件沿水平方向匀速移动了3m。在水平运动阶段，拉力的方向 __________，构件向上移动的距离为_____m，所以拉力做的功为_____J。g取10 N/kg. 5. 马拉着质量为2000kg的车在水平路面上前进400m，马的水平拉力做了3×105J的功，马的水平拉力是_______N。 6. 叉车把质量为200 kg的货物缓慢举高0.8m，然后又沿水平方向缓慢移动2m到车厢旁。整个过程中叉车对货物做功大小为________J。 7. 一枚鸡蛋从2m高处落到地面，重力大约做了_____J功。 第二节 功率 1. 要把几百块砖从地面送到房顶，需要对这些砖做功，做功的多少取决于砖的_____和房顶的_____。如果采用人工搬运可能需要几个小时，如果用起重机搬运，几分钟就可以完成。看来做功有_____之分，两种方式________是相同的，做功快的方式是_______________。 不同的物体若做相同的功，用时短的物体做功_____；若做功的时间相同，做功_____的物体做功快。 2. 参照速度的定义，我们可以用_____与做功__________之比来比较做功的快慢。在物理学中，用_____表示做功的快慢。功与做功所用时间之比叫作_____。如果用W表示某个力做的功，t表示做这些功所用的时间，_____表示这个力做功的功率，则功率的表达式为： _______________ 功率的单位由功的单位和时间的单位组合而成。在国际单位制中，功的单位是_____，时间的单位是_____，则功率的单位是__________，它有个专门的名称叫作_____，简称_____，符号是_____，所以有1W=1_____。工程技术上还常用千瓦（kW）作为功率的单位。 1 kW=_____W 3. 功率的大小反应了做功的_____，功率大表示__________。 4. 大石头的质量为6t，起重机在15 s内将大石头沿竖直方向匀速提升1m（图11.2-1），起重机提升大石头所需的拉力为________N，做的功为________J，功率是________W。g取10 N/kg。 5. 一辆汽车发生故障失去动力后，用另一辆汽车将其沿直线道路匀速拉至0.9km外的维修站，用时2min。若拉力为720N，则在此过程中拉力对汽车做的为________J，功率是_____W。 6. 某建筑工地上一台升降机的厢体连同货物的质量为12t.在10s内从2楼匀速上升到5楼。如果每层楼高3m，升降机电动机做的功为________J，功率是________W。 7. 公司拓展： 推导公式中，v的单位是_____，p的单位是_____。 第三节 动能和势能 1. 从高处落下的西瓜皮可以砸坏车顶，压缩的弹簧能将小球弹起，湍急的流水能推动水车（图11.3-1），处于高处的西瓜皮、压缩的弹簧、流水都能_____。物体能够对外_____，我们就说这个物体具有能量，简称能。能量的单位与功的单位相同，也是_____。 一般来说，一个物体_____做的功越多，表示这个物体的能量越大。能量的大小反应了物体_____能力的大小，但具有能量的物体不一定要做功。 2. 运动的钢球碰到木块上，木块被撞走，钢球对木块做了功，表明_____的钢球能够做功，所以钢球具有_____。物体由于运动而具有的能，叫作_____。一切_____的物体都具有动能。 3. 研究物体的动能跟哪些因素有关 如图11.3-2所示，钢球从斜槽上高为h处滚下，在水平面上运动。运动的钢球碰上木块后，将木块撞出的距离为s。在同样的水平面上，木块被撞得越远，说明钢球对木块_____就越多。木块被撞的远近反映了钢球_____的大小。 ①研究动能大小和速度的关系时，让同一个钢球分别_______________由静止开始滚下。实验表明，钢球从高处滚下，高度越高，钢球运动到水平面时速度越_____，木块被撞得越远。所以，_____相同时，钢球的速度越大，动能越_____。 ②研究动能大小和质量的关系时，让质量不同的钢球从__________由静止开始滚下。实验表明，速度相同时，质量越_____的钢球将木块撞得越远。所以，钢球的_____相同时，质量越大，动能越_____。 4. 大量实验表明：质量相同的物体，__________越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，_____越大，它的动能也越大。 5. 某段道路的标志牌显示：小型客车最高行驶速度不得超过100 kmh；大型客车、载货汽车最高行驶速度不得超过80 km/h（图11.3-3）。 车型不同，车的_____往往也不同。如果车的行驶速度相同，质量大的车，_____大，行驶时危险性就大。 6. 打桩机在工作时（图 11.3-4），把重锤高高举起，重锤落下就可以把桩打入地里，重锤对桩__________。这说明_____的重锤具有能量。在地球表面附近，物体由于受到_____并处在一定_____时所具有的能，叫作重力势能。物体的质量越_____，位置越_____，它的重力势能就越大。 水力发电站要想发出更多的电，就要想办法储存更多的水，将水位提得更_____，尽量增大水的__________能。 7. 我国的乌东德水电站的拦河拱坝高270m（图11.3-5）。水电站满负荷发电时，一天的发电量就可以满足30万人1年的生活用电。我国葛洲坝水电站的拦河坝高 70 m。有人说前者水的重力势能比后者的大，这种说法是错误的，前者虽然水位更高，但是两者存__________也不同，所以无法判断谁的重力势能大。 8. 发生形变的物体在恢复形变时会产生_____力，也可以_____，因此也具有能量。例如，发生_____的网球拍能将网球弹出，具有能量（图11.3-6）；_____的弓能将箭射出，具有能量（图11.3-7）；被_____的跳板能将运动员弹起，具有能量……物体由于发生__________而具有的能叫作弹性势能。射箭时弓的形变越大，箭射得越远。物体的__________越大，它具有的弹性势能就越大。 _____势能和_____势能是常见的两种势能。 9. 骑自行车时速度不能太快，因为自行车的速度越大，_____能就越大，刹车阻力相同时，刹车需要的_____就越长，车越不容易停下来，容易发生危险，所以骑自行车的速度不能太大。 第四节 机械能及其转化 1. 把一个铁锁用绳子悬挂起来，将铁锁拉到你的鼻子附近，稳定后松手，铁锁向前摆去又摆回来（图11.4-1），循环往复。在这个过程中，铁锁的运动快慢在变化，说明_____在发生变化。同时，铁锁的高度也在变化，说明铁锁的__________也在发生变化。但铁锁并不会碰到你的鼻子，是因为铁锁运动过程中受到了_____，机械能会逐渐_____，每次到达的最高点也会逐渐_____。 2. 在物理学中，把动能、重力势能和弹性势能统称为________。例如，飞行中的飞机因为它在运动而具有_____，又因为它处于高空而具有__________，把这两种能量加在一起，就可以得到它的总________。 3. 一个苹果从高处下落，高度变小了，它的__________变小了；另外，苹果的速度越来越快，说明苹果的_____变大了。这说明，苹果的_________能转化成了它的_____能。弯弓射箭时，弓的__________能转化成了箭的_____能；蹦床运动员从高处落下（图 11.4-2），在与蹦床床面将要接触时，具有一定的_____能，与蹦床床面接触后，床面发生__________，运动员的_____能转化成蹦床的__________能。也就是说，动能和势能可以相互转化。 4. 在图 11.4-3 甲中，滚摆下降时，它的重力势能越来越_____，动能越来越_____，______能转化为_____能。滚摆上升时，它的动能越来越_____，重力势能越来越_____，_____能转化为________能。 在图11.4-3乙中，小球从A点下落到B点，________能逐渐转化成_____能，到最低点B时_____能最大，之后又从B点上升到C点，_____能逐渐转化成__________能。 5. 大量研究结果表明，如果只有动能和势能相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但动能和势能的总和_____，或者说，机械能是_____的。牛顿第一定律告诉我们，水平面上运动的小车不受任何外力时，机械能是_____的，将会一直做_______________。如果受到阻力，机械能会逐渐_____，小车速度会越来越_____，最后会停下来。 6. 地球上，海水朝夕涨落，江河日夜奔腾；有时微风拂面，有时狂风劲吹。从能量的角度来看，自然界的流水和风都是具有大量_____能的天然资源。我们的祖先很早就开始利用水能和风能了。让水流冲击水轮转动，用来汲水、磨粉；靠风力鼓起帆来推动船航行实际上都是利用水能和风能在_____。 7. 人们修筑拦河坝来提高上游的_____，在坝底安装水轮机。将发电机装在水轮机的上面，并把它们的轴连接在一起，由水轮机带动发电机发电（图11.4-4）。一定量的水，上、下水位差越大，水的__________能越大，能发出的_____能就越多。 风能也可以用来发电，风吹动风车，带动发电机发电，_____能转化为_____能。在风力资源丰富的地区，可以同时安装几十台到几百台风力发电机，组成“风车田”，联在一起供电。 8. 抽水蓄能电站： 在生产生活中，人们用电的情况时常会发生变化。有时电力系统发出的电无法得到使用，电网又没办法储存，既造成大量的浪费，又影响供电系统的安全。如图 11.4-5所示，抽水蓄能电站建有上、下两座水库，两座水库互通，水流双向运行。抽水蓄能电站利用电力负荷低谷时富余的电能抽水至上水库，将_____能转化为水的_____能；在电力负荷高峰期再放水至下水库，进行发电，将水的_____能转化为_____能。因此，抽水蓄能电站也被称为“超级充电宝”。 当前，我国抽水蓄能电站技术已处于世界先进水平。截至2022年年底，已建的抽水蓄能电站总装机容量为4579万千瓦，居世界首位。 9. 满载游客的过山车，在机械的带动下向着轨道的最高端攀行过程中，机械克服过山车的重力做功，过山车的__________增大。它从轨道的最高端飞驶而下时，高度_____同时速度_____，________能转化为_____能；驶上高高耸立着的大回环的顶端时，高度_____同时速度_____，_____能转化为________能。由于过山车运动过程中受到了阻力，机械能会逐渐_____，所以能达到回环顶端的高度会逐渐_____。 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第十一章 功和机械能 第一节 功 1. 如图11.1-1所示，叉车要把货物从地面搬到车上。在这个过程中，叉车除了需要对货物施加力，还需要使货物在这个力的方向上移动一段距离。也就是说，在叉车举高货物的过程中，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（图11.1-2），力F作用的成效体现在货物被举高了。对于这种情况，物理学中就说叉车托起货物的力做了功。 2. 通常而言，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，就说这个力对物体做了功。 作用在物体上的力越大、物体在力的方向上移动的距离越远，力所做的功也就越多。力学中，功等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积， 如果用F表示力，s表示沿力的方向上移动的距离，W表示功，则功的表达式为 在国际单位制中，力的单位是牛，距离的单位是米，则功的单位是牛米，它有一个专门的名称叫作焦耳，简称焦，符号是J，所以1J=1N·m。 3. 如图 11.1-3所示，一个人搬石头时，搬而未起，人对石头施加了向上的力，但石头没有在力的方向上移动距离，人对石头的力没有做功。 如图 11.1-4所示，一个人推车在水平方向上前行，人对车施加了推力，车在推力的方向上移动了距离，人对车的推力做了功。 有时为了叙述方便，某个力做功往往也说成施力的物体做了功。如人推车，可以表达为推力做了功，或者人做了功。 4. 目前，我国正在大力推广装配式建筑。这种建筑方式不仅施工效率高，还能大幅降低能耗，避免现场粉尘、泥浆等的污染，实现绿色施工（图11.1-5）。 （1）把质量为1.5t的构件匀速提升到30 m高的楼顶，竖直向上的拉力为1.5×104N，做的 功为4.5×105J。 （2）依据需要，又将这个构件沿水平方向匀速移动了3m。在水平运动阶段，拉力的方向 竖直向上，构件向上移动的距离为0m，所以拉力做的功为0J。g取10 N/kg. 5. 马拉着质量为2000kg的车在水平路面上前进400m，马的水平拉力做了3×105J的功，马的水平拉力是750N。 6. 叉车把质量为200 kg的货物缓慢举高0.8m，然后又沿水平方向缓慢移动2m到车厢旁。整个过程中叉车对货物做功大小为1600J。 7. 一枚鸡蛋从2m高处落到地面，重力大约做了1J功。 第二节 功率 1. 要把几百块砖从地面送到房顶，需要对这些砖做功，做功的多少取决于砖的重力和房顶的高度。如果采用人工搬运可能需要几个小时，如果用起重机搬运，几分钟就可以完成。看来做功有快慢之分，两种方式做的功是相同的，做功快的方式是起重机搬运。 不同的物体若做相同的功，用时短的物体做功快；若做功的时间相同，做功多的物体做功快。 2. 参照速度的定义，我们可以用功与做功所用时间之比来比较做功的快慢。在物理学中，用功率表示做功的快慢。功与做功所用时间之比叫作功率。如果用W表示某个力做的功，t表示做这些功所用的时间，P表示这个力做功的功率，则功率的表达式为： 功率的单位由功的单位和时间的单位组合而成。在国际单位制中，功的单位是焦耳，时间的单位是秒，则功率的单位是焦耳每秒，它有个专门的名称叫作瓦特，简称瓦，符号是W，所以有1W=1J/s。工程技术上还常用千瓦（kW）作为功率的单位。 1 kW=103W 3. 功率的大小反应了做功的快慢，功率大表示做功快。 4. 大石头的质量为6t，起重机在15 s内将大石头沿竖直方向匀速提升1m（图11.2-1），起重机提升大石头所需的拉力为6×104N，做的功为6×104J，功率是4×103W。g取10 N/kg。 5. 一辆汽车发生故障失去动力后，用另一辆汽车将其沿直线道路匀速拉至0.9km外的维修站，用时2min。若拉力为720N，则在此过程中拉力对汽车做的为6.48×105J，功率是1.08×104W。 6. 某建筑工地上一台升降机的厢体连同货物的质量为12t.在10s内从2楼匀速上升到5楼。如果每层楼高3m，升降机电动机做的功为1.08×105J，功率是1.08×104W。 7. 公司拓展： 推导公式中，v的单位是m/s，p的单位是W。 第三节 动能和势能 1. 从高处落下的西瓜皮可以砸坏车顶，压缩的弹簧能将小球弹起，湍急的流水能推动水车（图11.3-1），处于高处的西瓜皮、压缩的弹簧、流水都能做功。物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量，简称能。能量的单位与功的单位相同，也是焦耳。 一般来说，一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大。能量的大小反应了物体做功能力的大小，但具有能量的物体不一定要做功。 2. 运动的钢球碰到木块上，木块被撞走，钢球对木块做了功，表明运动的钢球能够做功，所以钢球具有能量。物体由于运动而具有的能，叫作动能。一切运动的物体都具有动能。 3. 研究物体的动能跟哪些因素有关 如图11.3-2所示，钢球从斜槽上高为h处滚下，在水平面上运动。运动的钢球碰上木块后，将木块撞出的距离为s。在同样的水平面上，木块被撞得越远，说明钢球对木块做的功就越多。木块被撞的远近反映了钢球动能的大小。 ①研究动能大小和速度的关系时，让同一个钢球分别从不同的高度由静止开始滚下。实验表明，钢球从高处滚下，高度越高，钢球运动到水平面时速度越大，木块被撞得越远。所以，质量相同时，钢球的速度越大，动能越大。 ②研究动能大小和质量的关系时，让质量不同的钢球从同一高度由静止开始滚下。实验表明，速度相同时，质量越大的钢球将木块撞得越远。所以，钢球的速度相同时，质量越大，动能越大。 4. 大量实验表明：质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大。 5. 某段道路的标志牌显示：小型客车最高行驶速度不得超过100 kmh；大型客车、载货汽车最高行驶速度不得超过80 km/h（图11.3-3）。 车型不同，车的质量往往也不同。如果车的行驶速度相同，质量大的车，动能大，行驶时危险性就大。 6. 打桩机在工作时（图 11.3-4），把重锤高高举起，重锤落下就可以把桩打入地里，重锤对桩做了功。这说明高处的重锤具有能量。在地球表面附近，物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能，叫作重力势能。物体的质量越大，位置越高，它的重力势能就越大。 水力发电站要想发出更多的电，就要想办法储存更多的水，将水位提得更高，尽量增大水的重力势能。 7. 我国的乌东德水电站的拦河拱坝高270m（图11.3-5）。水电站满负荷发电时，一天的发电量就可以满足30万人1年的生活用电。我国葛洲坝水电站的拦河坝高 70 m。有人说前者水的重力势能比后者的大，这种说法是错误的，前者虽然水位更高，但是两者存储水的质量也不同，所以无法判断谁的重力势能大。 8. 发生形变的物体在恢复形变时会产生弹力，也可以做功，因此也具有能量。例如，发生形变的网球拍能将网球弹出，具有能量（图11.3-6）；拉弯的弓能将箭射出，具有能量（图11.3-7）；被压弯的跳板能将运动员弹起，具有能量……物体由于发生弹性形变而具有的能叫作弹性势能。射箭时弓的形变越大，箭射得越远。物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能就越大。 重力势能和弹性势能是常见的两种势能。 9. 骑自行车时速度不能太快，因为自行车的速度越大，动能就越大，刹车阻力相同时，刹车需要的距离就越长，车越不容易停下来，容易发生危险，所以骑自行车的速度不能太大。 第四节 机械能及其转化 1. 把一个铁锁用绳子悬挂起来，将铁锁拉到你的鼻子附近，稳定后松手，铁锁向前摆去又摆回来（图11.4-1），循环往复。在这个过程中，铁锁的运动快慢在变化，说明动能在发生变化。同时，铁锁的高度也在变化，说明铁锁的重力势能也在发生变化。但铁锁并不会碰到你的鼻子，是因为铁锁运动过程中受到了阻力，机械能会逐渐减小，每次到达的最高点也会逐渐减小。 2. 在物理学中，把动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。例如，飞行中的飞机因为它在运动而具有动能，又因为它处于高空而具有重力势能，把这两种能量加在一起，就可以得到它的总机械能。 3. 一个苹果从高处下落，高度变小了，它的重力势能变小了；另外，苹果的速度越来越快，说明苹果的动能变大了。这说明，苹果的重力势能转化成了它的动能。弯弓射箭时，弓的弹性势能转化成了箭的动能；蹦床运动员从高处落下（图 11.4-2），在与蹦床床面将要接触时，具有一定的动能，与蹦床床面接触后，床面发生弹性形变，运动员的动能转化成蹦床的弹性势能。也就是说，动能和势能可以相互转化。 4. 在图 11.4-3 甲中，滚摆下降时，它的重力势能越来越小，动能越来越大，重力势能转化为动能。滚摆上升时，它的动能越来越小，重力势能越来越大，动能转化为重力势能。 在图11.4-3乙中，小球从A点下落到B点，重力势能逐渐转化成动能，到最低点B时动能最大，之后又从B点上升到C点，动能逐渐转化成重力势能。 5. 大量研究结果表明，如果只有动能和势能相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但动能和势能的总和不变，或者说，机械能是守恒的。牛顿第一定律告诉我们，水平面上运动的小车不受任何外力时，机械能是守恒的，将会一直做匀速直线运动。如果受到阻力，机械能会逐渐减小，小车速度会越来越慢，最后会停下来。 6. 地球上，海水朝夕涨落，江河日夜奔腾；有时微风拂面，有时狂风劲吹。从能量的角度来看，自然界的流水和风都是具有大量机械能的天然资源。我们的祖先很早就开始利用水能和风能了。让水流冲击水轮转动，用来汲水、磨粉；靠风力鼓起帆来推动船航行实际上都是利用水能和风能在做功。 7. 人们修筑拦河坝来提高上游的水位，在坝底安装水轮机。将发电机装在水轮机的上面，并把它们的轴连接在一起，由水轮机带动发电机发电（图11.4-4）。一定量的水，上、下水位差越大，水的重力势能越大，能发出的电能就越多。 风能也可以用来发电，风吹动风车，带动发电机发电，风能转化为电能。在风力资源丰富的地区，可以同时安装几十台到几百台风力发电机，组成“风车田”，联在一起供电。 8. 抽水蓄能电站： 在生产生活中，人们用电的情况时常会发生变化。有时电力系统发出的电无法得到使用，电网又没办法储存，既造成大量的浪费，又影响供电系统的安全。如图 11.4-5所示，抽水蓄能电站建有上、下两座水库，两座水库互通，水流双向运行。抽水蓄能电站利用电力负荷低谷时富余的电能抽水至上水库，将电能转化为水的机械能；在电力负荷高峰期再放水至下水库，进行发电，将水的机械能转化为电能。因此，抽水蓄能电站也被称为“超级充电宝”。 当前，我国抽水蓄能电站技术已处于世界先进水平。截至2022年年底，已建的抽水蓄能电站总装机容量为4579万千瓦，居世界首位。 9. 满载游客的过山车，在机械的带动下向着轨道的最高端攀行过程中，机械克服过山车的重力做功，过山车的重力势能增大。它从轨道的最高端飞驶而下时，高度减小同时速度增大，重力势能转化为动能；驶上高高耸立着的大回环的顶端时，高度增大同时速度减小，动能转化为重力势能。由于过山车运动过程中受到了阻力，机械能会逐渐减小，所以能达到回环顶端的高度会逐渐减小。 学科网（北京）股份有限公司 $$