第十一章 功与机械能（复习课件）物理沪粤版2024九年级上册

该初中物理课件系统梳理了“功与机械能”单元核心知识，涵盖功的本质、功率与效率、机械能转化，通过分节知识模块（定义、公式、计算）、典例剖析及思维导图，构建从“做功条件”到“能量转化”的逻辑网络，衔接力与运动及能量守恒。 其亮点在于融合科学思维与科学探究，采用“三阶提升”分层策略，基础层强化公式计算，提高层深化转化分析，拓展层设计实践（如测爬楼梯功率），结合控制变量法等探究方法及错题标注，助力学生构建物理观念，教师可精准实施分层教学。

第十一章 功与机械能 九年级上册•沪粤版 高空坠物击碎车窗、风车驱动机械，背后是功与能量转化的规律。沪粤版 2024 版教材将本章设为力学关键转折，上承力与运动，下启能量守恒，借 “做功本领” 与 “能量转化量度” 逻辑，搭建机械运动到能量本质的认知桥梁，为理解现代机械与能源技术奠基。 核心知识体系 1．功的本质：需同时满足 “作用在物体上的力” 和 “物体在力的方向上移动的距离”，公式 W=Fs。如推箱未动不做功，起重机吊物做功；垂直提水桶水平走不做功，沿斜面推物做功与直接提升不同。 2．功率与效率：功率（P=W/t，单位瓦特）表做功快慢，如汽车功率大加速好；机械效率（η=W 有用 / W 总，百分数，<100%）表能量利用效率，因额外功（如摩擦）不可避免。教材以 “汽车爬坡用低档位” 揭示 P=Fv：功率一定时，速度越小牵引力越大。 3．机械能转化：动能与质量、速度有关（钢球撞木块实验：质量同则速度大动能大，速度同则质量大动能大）；重力势能与质量、高度有关，弹性势能与形变程度有关。摆球、蹦床实验展示动势能转化，忽略摩擦时机械能守恒，实际中秋千因阻力停下。 第十一章 功与机械能 九年级上册•沪粤版 科学探究方法 本章贯穿三类方法：转换法（借木块移动距离判动能大小）、控制变量法（控钢球质量研速度影响，控高度研质量影响）、理想实验法（斜面实验推理光滑表面机械能守恒）。教材强化 “提问题 — 设计方案 — 析数据 — 得结论” 流程，跨学科实践需结合功率计算、机械效率优化、社区电梯能耗调查。 分层复习策略 采用 “三阶提升”：基础层需熟用功和功率公式计算（如起重机做功），明确单位换算（1kW=10³W，1J=1N・m），区分做功与否；提高层需厘清功、功率、效率区别，掌握机械能转化分析（如过山车能量变化），理解额外功对效率的影响；拓展层可测爬楼梯功率[P=(mgh)/t]、设计节能电梯、分析卫星能量转化。建议建错题本，标注公式应用错（忽略力的方向）、概念混淆（功率大≠效率高）、计算失误（单位未统一）。 本章是技术进步的基础，复习需掌握 W=Fs、P=W/t 等公式，建立 “能量守恒” 观念，理解功的能量转化意义。能从汽车爬坡、蹦床运动中分析物理规律，便实现从知识记忆到思维建模的跨越，为学能量守恒定律铺路。 第1节 功 01 第2节 功率 02 第3节 机械效率 03 第十一章 功与机械能 第4节 动能和势能 04 本章思维导图 第十一章 功与机械能 11.1 功 第十一章 功与机械能 知识一 功的定义 知识二 不做功的三种典型情况 知识三 功的计算公式与单位况 知识四 功的定量计算 一、 做功的2个必要因素 一、 做功的2个必要因素 二、 功的计算和估算 二、 功的计算和估算 11.2 功率 第十一章 功与机械能 知识一 核心概念 知识二 单位与换算 知识三 重点考点 一、功率的概念 答案：(1) 丙 甲；(2)甲 做功相同，甲用时间少；(3)丙 相同时间内，丙做功较多；(4)功率；(5)某工人搬东西时每秒做功50J 一、功率的概念 二、功率的计算 二、功率的计算 11.3 机械效率 第十一章 功与机械能 单元复习 知识一 三大核心概念 知识二 机械效率（η） 知识三 滑轮组机械效率计算 知识四 机械效率的影响因素 一、有用功和额外功 答案：有用功 总功 一、 有用功和额外功 二、 机械效率的概念及计算 二、 机械效率的概念及计算 二、 机械效率的概念及计算 三、 机械效率的测量 三、 机械效率的测量 三、 机械效率的测量 三、 机械效率的测量 四、 机械效率综合计算 四、 机械效率综合计算 四、 机械效率综合计算 11.4 动能与势能 第十一章 功与机械能 单元复习 知识一 核心概念：能量（能） 知识二 势能（PotentialEnergy） 知识三 机械能及其转化 一、 动能和势能 一、 动能和势能 一、 动能和势能 二、 机械能及其相互转化 二、 机械能及其相互转化 二、 机械能及其相互转化 物理学中的“做功”：当作用在物体上的力，使物体在力的方向上产生位移时，该力对物体做了机械功。两个必要因素（缺一不可）： ①作用在物体上的力：没有作用力，做功就无从谈起。②物体在力方向上移动的距离：位置移动方向必须与力的方向一致。 分类 实例（教材图示参考） 物理本质分析 有力无位移 人推汽车未动、举杠铃静止（图c） 物体位移s=0，根据公式W=0 有位移无力 踢出的足球在空中飞行 物体不受持续力作用，不存在施力主体 力与位移垂直 手提水桶在水平路面行走 力方向（竖直）与位移方向（水平）夹角90°，力在位移方向分力为0 计算公式：W=Fs 符号解析：W：功，国际单位焦耳（J），1J表示1N的力使物体在力方向移动1m所做的功。F：作用力，单位牛顿（N）。s：力方向上的位移，单位米（m）。 单位换算：1J=1N·m 4.方向性关键要点　　位置移动s必须严格对应力的方向： 斜面模型（教材例题）：当推力沿斜面向上时，位移应取斜面长度（如4m），而不是竖直高度（2m），因为竖直高度与推力方向不共线。 核心易错点预警： 斜面问题：错误地用竖直高度代替斜面长度（比如将推力做功算成F×高度}）。 方向混淆：在水平运动中，错误地用重力G计算功（实际上应该用水平拉力F拉）。 常考模型与公式应用 物理模型 功的计算公式 教材对应例题/习题 水平匀速拉动物体 W=F拉s 课后作业第3题（牵引力做功 竖直提升物体 W=Gh 作业第2题（矿井提升场景） 斜面推物体 W=F推s斜面 教材例题（推力沿斜面方向） 公式变形与单位换算➔基础得分点 公式灵活应用： ； 【例题1】力学中的功 （1）定义：如果一个力作用在物体上，物体在 上移动了一段距离，就说这个力对物体做了功； （2）做功的两个必要因素：一个是 ；另一个是 ； （3）力对物体不做功的三种情况： 不做功的情况 实例 图示 有距离无力（不劳无功） 踢出去的足球沿水平方向运动    有力无距离（劳而无功） 搬而未起    力与距离垂直（垂直无功） 提着手提包在水平路面上前行    【答案】这个力的方向 作用在物体上的力 物体在这个力的方向上移动的距离 【例题2】如图各情境中有力对物体做功的是（　　） A．推而不动 B．搬而未起 C．站立不动 D．推车前进 【答案】D 【例题3】如下图所示，用大小为10N的水平拉力F，将水平桌面上重20N的物体由A处拉动1m到达B处后，停止拉动，物体继续向前运动了0.2m后掉到地面C处。在此过程中，拉力对物体做的功为 J，重力对物体做的功为 J。 【答案】10 16 【例题4】某村民正在使用无人机喷洒农药。一架无人机将质量为2kg的药液瓶匀速提升20m，无人机对药液瓶做了 J的功。（g取10N/kg） 【答案】400 【解析】药液瓶的重力为 无人机将药液瓶提升20m高，对药瓶做的功为 功率的物理意义：用于衡量做功的快慢程度，与速度描述物体运动快慢的作用类似。 定义：功与完成这些功所用时间的比值。 公式： P：功率（单位：瓦特，符号W） W：功（单位：焦耳，符号J） t：时间（单位：秒，符号s） 单位名称 符号 换算关系 瓦特 W 1W=1J/s 千瓦 kW 1kW=1000W 兆瓦 MW 1MW=10⁶W 考点1：功率的理解与比较（中考高频） 判断方法：①当做功量相同时，所需时间越短，功率越大；②当时间相同时，做功越多，功率越大。 考点2：功率的计算（中考必考） 基础公式： 拓展公式：在物体匀速运动场景下，结合W=Fs，可推导得出 （F为作用力，v为运动速度）。 解题要点： ①准确判断功的类型（如克服重力、摩擦力做功）； ②统一物理量单位（例如：1kN=1000N，1min=60s）。 【典例1】无论是人做功，还是利用机械做功，都有做功快与慢的问题。如图所示，为了比较物体做功的快慢，两位同学均将重物匀速地从一楼搬运到三楼。楼层高度相同、重物重力不同，图丙的重物重力最大、图甲、乙最小且相等。从图中提供的信息，进行归纳： (1)根据图示数据可知，对重物做功最多的是图 中工人，做功时间最短的是图 中工人。 (2)比较图甲、乙可知， 图中工人做功快，判断依据是： 。 (3)比较图乙、丙可知， 图中工人做功快，判断依据是： 。 (4)为了能够比较甲、丙两图中工人做功的快慢，物理学中用 表示做功的快慢（填物理量名称）。 (5)某工人搬东西时 ，其表示的物理意义是 。 【典例2】关于功率的说法，正确的是（   ） A．做功越多，功率越大 B．单位时间内所做的功越多，功率越大 C．作用力越大，功率越大 D．功率大的机器比功率小的机器做功多 【答案】B 【典例3】如图甲所示，工人利用斜面搬运货物，在 内匀速把货物拉到斜面顶端，拉力做的功随时间变化的关系如图乙所示，已知斜面高 ，长 ，机械效率为80%．求： (1)绳子拉力的功率；(2)货物的重力；(3)货物与斜面的摩擦力。 【答案】(1)200W；(2)800N；(3)100N 【解析】（1）由图可知， 内拉力做的功为 ，则绳子拉力的功率 （2）根据 可知，货物的重力 （3）根据 可知，额外功 克服摩擦力做的功为额外功，则货物与斜面的摩擦力 【典例4】如图所示，两位演员在电动升降台上表演杂技，在升降台匀速上升过程中，演员的机械能 ；若两位演员的总质量为100kg，升降台在5s匀速升起2m，则升降台对两位演员做功的功率是 W。（g取10N/kg） 【答案】 增大 400 【解析】[1]在升降台匀速上升过程中，演员的质量不变，速度不变，故动能不变；演员的高度增大，故重力势能增大；可知机械能增大。 [2]升降台在这次上升过程中对演员所做的功W=Fs，F指的是作用在物体上的力，应等于演员所产生的重力G，演员的重力G=mg=100kg×10N/kg=1000N 所以F=G=1000N，演员在这个力的方向上移动的距离s=2m，所以升降台在这次上升过程中对演员所做的功W=Fs=1000N×2m=2000J 升降台对两位演员做功的功率 ①有用功（W有）　定义：机械对物体做的有利用价值的功。例如，使用滑轮组提升重物、挖掘机搬运泥土时，直接作用于物体并实现目标的功就是有用功。 计算公式：W有=G物h（提升物体时） ②额外功（W额）来源：使用机械时，为克服机械自身重力、部件间摩擦力等做的无利用价值的功。 关键特性： 无法完全避免，但可通过改进机械结构（如采用轻质材料）或减小摩擦（如添加润滑剂）来降低； 比如，滑轮组中提升动滑轮、克服绳子与滑轮间摩擦所做的功都属于额外功。 ③总功（W总）　　定义：动力对机械所做的功，即输入机械的总能量。 核心关系：W总=W有+W额 （因为动力做的功，一部分用于完成有用功，另一部分用于克服额外阻力做功，所以总功等于有用功与额外功之和） 1．定义与公式 物理意义：反映机械将输入能量转化为有用能量的百分比，是衡量机械性能的重要指标。 范围：0<η<100%（由于额外功必然存在，机械效率不可能达到或超过100%）。 2．提高机械效率的方法 方法 实例 原理 减轻机械自重 使用铝合金材质的动滑轮 降低提升机械自身重力所做的额外功 减少摩擦 给滑轮轴添加润滑油 减小部件间摩擦力，降低额外功 增加提升物重 同一滑轮组提升更重物体 在额外功基本不变时，增大有用功占比 公式链：W有=G物h、W总=Fs、s=nh(n为承担物重的绳子段数) （忽略摩擦与绳重时） 易错点： ①混淆绳子自由端移动距离s与物体上升高度h，需牢记s=nh，其中n由滑轮组绕线方式决定； ②未准确判断n的数值（如从动滑轮引出的绳子股数），导致计算错误。 实验结论： 条件 机械效率变化 原因分析 同一滑轮组，提升物重增加 η升高 有用功增大，额外功（动滑轮重、摩擦）基本不变，有用功占比提升 相同物重，动滑轮质量增大 η降低 提升动滑轮所需额外功增加，有用功占比减小 备考贴士： 必背公式： (竖直方向)、 (水平方向，f指摩擦力)； 实验核心：测量s和h时需使用刻度尺，多次改变物重进行实验的目的是探究机械效率与物重的关系，而非减小偶然误差。 【例题1】如图所示，第一次把重力为G的物体甲从A点竖直向上匀速拉至B点，此过程中绳子的拉力 对物体甲做的功为 ；第二次用平行于斜面的拉力 把物体甲沿斜面从C点匀速拉至与B点等高的D点，在此过程中绳子的拉力 对物体甲做的功为 。针对从斜面上将物体甲提升高度H而言， 做的功是 ， 做的功是 。（均选填“总功”“有用功”或“额外功”） 【例题2】用如图所示的滑轮组拉动水平地面上重1000N的物体A，使物体A在4s内匀速前进了4m。则物体A克服摩擦力所做的功是 ，拉力F所做的功是 。（均选填“有用功”“额外功”或“总功”） 【答案】有用功 总功 【例题3】如图所示，在“测定滑轮组的机械效率”的实验中，如果没有刻度尺，只要用弹簧测力计测出钩码受到的重力G，然后竖直向上 拉动弹簧测力计使钩码上升，读出拉力F的值，就可以算出滑轮组的机械效率 （用所给字母表示）。 【答案】匀速 【例题4】甲、乙两个机械工作时，甲的机械效率为70%，乙的机械效率为50%，则（    ） A．乙机械更省力 B．乙机械做功更少 C．乙机械做功更慢 D．乙机械做功时有用功占总功的比例更少 【答案】D 【例题5】一台起重机将重3000N的货物提高5m，起重机做的有用功是 J；如果额外功是9000J，总功是 J；机械效率是 。 【答案】15000 24000 62.5% 【例题6】小亮看到工人利用斜面把货物推到小车上，联想到物理课上学到的知识，于是提出了以下两个问题： a．斜面越缓越省力，是不是机械效率也越高呢？ b．对于同一个滑轮组，提升的物体越重，机械效率越高。对于同一个斜面，是不是所推的物体越重，机械效率越高？ 为了解决以上问题，小亮与几个同学一起用如上图所示的装置进行了多次实验探究，记录的部分实验数据如下表： 实验序号 ① ② ③ 斜面倾角 45° 30° 30° 木块重力G/N 1 1 2 斜面高度h/m 0.7 0.5 0.5 沿斜面的拉力F/N 0.9 0.7 1.4 斜面长s/m 1 1 1 有用功W有用/J 0.5 1 总功W总/J 0.9 0.7 1.4 机械效率 77.8% 71.4% (1)表格中缺少2个数据，请你补充完整。 (2)实验操作过程中，应沿斜面向上 拉动木块；实验时要使斜面的倾角变大，应该把斜面下面的木块向 （选填“左”或“右”）移动。 (3)通过对比实验①②的数据，可以得出结论：其他条件相同时，斜面越缓越省力，机械效率越 。 (4)通过对比实验 （填实验序号）的数据，可以得出结论：对于同一斜面，机械效率与所拉物体的重力 （选填“无关”或“有关”）。 【答案】(1)0.7，71.4%；(2)匀速 左；(3)低；(4)②③ 无关 【解析】（1）[1]实验①的有用功 。 [2]实验③中斜面的机械效率 。 （2）[1][2]只有物体做匀速直线运动时，物体受到的力才平衡，弹簧测力计的示数才稳定，便于读数；斜面的倾角靠下面的木块左右移动来改变，木块向左移动倾角变大，木块向右移动倾角变小。 （3）由①②两组实验数据可知，斜面倾角不同，所用拉力不同，其机械效率也不同，由这两组实验数据可知：当其他条件一定时，斜面越缓越省力，机械效率越低。 （4）[1][2]要得出斜面机械效率与所拉物体重力之间的关系，应控制其他条件不变而改变物重，表格中②③两组实验数据符合题意。由②③两组实验数据可知，其他条件相同时，改变物体的重力，斜面的机械效率不变，故可得出结论：对于同一斜面，机械效率与所拉物体的重力无关。 【例题7】在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，某组同学选择了如下列图片所示的两种滑轮组进行多次实验，记录的实验数据如下表。 实验次序 钩码重力G/N 钩码上升高度h/cm 拉力 绳端移动距离s/cm 机械效率 1 0.5 10 30 2 1.5 10 0.8 30 62.5% 3 0.5 10 0.5 40 25.0% 4 1.5 10 0.7 40 53.6% (1)根据表中数据可以判断出第1次实验选择的是图 （选填“甲”或“乙”）滑轮组。 (2)在第1次实验中，当 拉动绳子时，弹簧测力计的示数如图丙所示，拉力F为 N；该次实验滑轮组的机械效率是 （结果精确到0.1%）。 【答案】(1)甲；(2)竖直向上匀速 0.4 41.7% 【解析】（1）根据表中的第一次实验数据可得 即连接动滑轮的绳子有3段，可以判断出第一次实验所选择的是甲滑轮组。 （2）[1][2]在第一次实验中，当竖直向上匀速拉动滑轮组时，测力计示数如图丙所示，由于测力计的分度值为0.2N，则拉力大小为 [3]该次实验滑轮组的机械效率为 【例题8】如下图所示，为使重500N的物体匀速移动6m，必须在绳子的自由端施加60N的水平拉力。已知物体与地面间的滑动摩擦力为144N，则拉力所做的有用功为 J，此滑轮组的机械效率为 。 【答案】 864 80% 【解析】[1]物体与地面间的滑动摩擦力为144N，物体匀速移动6m，故有用功为 [2]由图可知，绳子的股数为3，则绳子端移动的距离为 则拉力做的功，即总功为 滑轮组的机械效率为 【例题9】小成在实验室组装下图所示的滑轮组进行实验探究，实验过程如下：先测得定滑轮的重力为0.2N，动滑轮的重力为0.25N，再使用组装好的滑轮组在10s内将质量为100g的钩码竖直匀速提升20cm，此过程中弹簧测力计的示数为0.5N。g取10N/kg，下列说法正确的是（　　） A．弹簧测力计对细绳的拉力做功的功率为0.3W B．滑轮组的机械效率为80% C．克服绳重和摩擦做的额外功为0.05J D．若增大提升钩码的质量，滑轮组的机械效率不变 【答案】C 【例题10】如图所示，重力为1000N的长方体物体在滑轮组的作用下，以0.2m/s的速度沿水平地面向右匀速运动了10s。滑轮组绳自由端向右拉力F为200N，滑轮组的机械效率为80%，在此过程中，下列说法正确的是（　　） ①有用功为1200J；②额外功为240J；③物体与地面间的滑动摩擦力为320N；④若物体的重力和运动速度不变，只增大地面的粗糙程度，则滑轮组的机械效率会提高 A．只有①② B．只有①③ C．只有②④ D．只有③④ 【答案】C 定义：物体能够对别的物体做功，则具有能量。单位：焦耳（J）。 表现形式：动能、势能（重力势能、弹性势能），统称机械能。 动能（KineticEnergy） 1．定义物体由于运动而具有的能（如运动的球、流动的水）。 2．影响因素实验 实验对比 控制变量 现象与结论 图11-4-2 质量相同，速度不同 速度越大→推动木块越远→动能越大 图11-4-3 速度相同，质量不同 质量越大→推动木块越远→动能越大 3．结论动能与速度和质量有关： 速度越大，动能越大；质量越大，动能越大。 1．重力势能 定义：物体由于被举高而具有的能（如高处重锤）。 影响因素（实验图11-4-5）：位置越高→重力势能越大；质量越大→重力势能越大。 2．弹性势能 定义：物体因弹性形变而具有的能（如拉开的弓、变形的撑竿）。 影响因素：弹性越强、形变越大→弹性势能越大。 考点提示：重力势能考查频次高于弹性势能（近3年重力势能考查5次，弹性势能考查2次）。 1．机械能 物体动能与势能的总和（如飞行中的飞机、摆动的摆球）。 2．转化规律　　　动能⇄势能：无阻力时总量不变；有阻力时机械能减少。 3．机械能减少的原因 空气阻力或摩擦→部分机械能转化为内能（如摆球摆动高度逐渐降低）。 4．机械能与其他能的转化 水力发电：机械能→电能；电动机：电能→机械能。 重点识记：Ek= mv2动能公式是定量分析基础；机械能守恒条件：无摩擦阻力！ 【例题1】下列物体具有动能的是（　　） A．静止在水平面的小汽车 B．正在下落的雨滴 C．坐在教室里听课的同学 D．阳台上的花盆 【答案】B 【例题2】如下列图片所示，在“探究动能大小与哪些因素有关”的实验中，将质量相同的小球从同一斜面的不同高度由静止释放，比较纸盒被推动的距离可知：质量相同的物体，速度越大，动能越 。如果要探究动能大小与物体质量的关系，应该将质量不同的小球从同一斜面的 （选填“相同”或“不同”）高度由静止释放，比较纸盒被推动的距离。 【答案】大 相同 【例题3】下图是玩弹弓的情景。经验表明，橡皮筋拉得越长，同样的“子弹”射得越远，这说明橡皮筋的弹性势能与 有关；若橡皮筋被拉的长度相同，所用“子弹”的质量不同，则发现射出时“子弹”的速度也不同。在此过程中，橡皮筋对“子弹”做的功 （选填“相同”或“不相同”）。 【答案】弹性形变程度 相同 【例题4】如图，某同学将篮球掷向地面，篮球经过甲位置后碰到地面，接着向上反弹经过乙位置，忽略空气的作用力。 位置 机械能/J 重力势能/J 甲 13 6 乙 12 10 (1)篮球的直径为24.6 （选填“mm”“cm”或“dm”），质量为0.6kg，g取 ，则该篮球受到的重力为 N。 (2)篮球经过甲、乙位置时的机械能和重力势能如上表所示，则篮球与地面碰撞的过程中损失的机械能为 J，在乙位置时的动能为 J。 【答案】(1) cm 6；(2)1 2 【例题5】如如图所示，把一个铁锁用不可伸长的轻绳悬挂起来，将它拉到鼻子附近，稳定后松手，铁锁来回摆动，最后停止。在铁锁摆动过程中，下列说法正确的是（　　） A．铁锁的机械能在减小 B．铁锁的重力没有做功 C．铁锁的重力势能保持不变 D．只有动能和重力势能的相互转化 【答案】A 【例题6】如图所示，人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行的过程中，下列说法正确的是（ ） A．卫星从远地点向近地点运动时，动能减小 B．卫星从远地点向近地点运动时，动能转化为重力势能 C．卫星从近地点向远地点运动时，动能不变，重力势能减小 D．卫星从近地点向远地点运动时，卫星的速度一直在减小 【答案】D $