第3节 能量转化的量度 第1课时（导学案）科学浙教版九年级上册

第3节 能量转化的量度 第1课时（导学案） 科学观念：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。 科学思维：能用两个必要因素解释相关现象，能用功所表示的意义解释相关现象；并能熟练应用公式进行简单的计算。 探究实践：体会做功的过程实质上就是能量转化或转移的过程；通过实际情景体验做功的过程。 态度责任：通过学习能体会到做功的过程实质上就是能量转化的过，力对物体做多少功就有多少能量发生了转化。 1. 功的两个必要因素；功的计算（重点） 2. 不做功的情况；做功的实质（难点） 1. 在科学上，如果物体 ，我们就说这个力对物体做了功。 2. 力对物体做功的两个必要因素：① ；② 。 3. 不做功的情况：① ；② ；③ 。 4. 克服某力做功：当物体运动方向与受力方向 时，我们常说克服该力做功。 5. 功等于 。公式： ，功的单位是 ，简称为 ，单位符号为 。它是为了纪念英国科学家 而命名的。 6. 做功的过程实质上就是 的过程，力对物体做多少功，就有多少 发生了 。 到底有多少能量发生了转化呢？怎样量度能量转化的多少呢？ 一、功 为了量度能量转化的多少，我们需要学习功的相关知识。 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？ 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？ 共同的特点：① ； ② 。 （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？ 共同的特点： 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。 注意：有时为了叙述方便，某个力做功往往也说成施力的物体做功。如人推小车，推力做了功，也常说人做了功。 力对物体做功的两个必要因素 判断力是否做功的方法之一 不做功的情况 （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。 力的方向与运动方向不同（但不垂直）时，力也可以对物体做功。 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。 思考与讨论 （1）做功跟我们日常所说的“做工”或“工作”一样吗？ （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？ 二、功的计算 能量转化的多少我们可用功来量度，做了多少功就有多少能量发生转化。 根据功的两个必要因素： 叉车抬起的货物越重，作用的力越大，它做的功就越 ； 叉车把货物从地面上抬升的高度越高，它做的功也越 。 那么怎样计算功的大小呢？ 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。 1焦耳究竟有多大呢？ 2只鸡蛋约100g， 重力 = 1N； 举高1米所做的功。 把2只鸡蛋举高1米，做的功大约是1焦。 [例题]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？ 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？ 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。 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。 课堂小结： 1. 力和运动、功和能量是物理学的核心概念，它们之间存在着密切的联系。下列说法错误的是（　　） A．功和能量的单位都是焦耳 B．运动的物体不一定具有能量 C．做功的本质是能量的转化 D．物体受到力的作用，力不一定对物体做功 2．在排球运动中，跳发球是最具威力的发球方式，动作要领如图所示可简化为“抛球、腾空、击球和落地”四个过程。其中运动员对排球做功的过程有（　　） A．①② B．①④ C．①③ D．②③ 3．现有甲、乙、丙三个质量不同的物体（m甲>m乙>m丙），在相等的恒力F作用下，分别在水平方向、沿斜面向上、竖直方向通过了相等的距离s，如图所示。F在三种情况下做的功分别为W甲、W乙、W丙，三者大小判断正确的是（　　） A．W甲>W乙>W丙 B．W甲<W乙<W丙 C．W甲=W乙=W丙 D．W甲=W乙<W丙 4．在水平地面上有一长方体木箱。小林用水平推力F把木箱向前推，如图甲所示。此过程中，推力F随时间t的变化情况如图乙所示，木块前进的速度v的大小随时间t的变化情况如图丙所示。 （1）0～1秒内，推力F对木箱做功 焦； （2）3～5秒内，推力F对木箱做功 焦。 5．某集成电路产业园内，无人驾驶的运输车运输重达80000牛的测试设备至厂房时做匀速直线运动（如图所示）。已知运输车重40000牛。 （1）运输车有很多轮胎，这是通过 来减小对路面的压强； （2）若运输车行驶阻力为车和货物总重的0.1倍，则运输车水平匀速直线运动20米，克服阻力做功为 焦； （3）设备与运输车保持相对静止且两者的接触面水平，不计空气阻力，则设备受到的摩擦力大小为 牛。 6．近年来，电动平衡车深受年轻人的喜爱，如图所示，它采用站立式的驾驶方式，人通过身体的前倾、后仰实现驾驶，如表为某型号双轮电动车平衡车的部分数据，则： 质量 10kg 每个轮胎与地面接触面积 30cm2 最大速度 16km/h 充满电行程 24km （1）该车充满电后，若以最大速度行驶，能行驶的最长时间是多少？ （2）质量为50kg的人驾驶该车时，车对水平地面的压强是多大？ （3）质量为50kg的人驾驶该车，在水平地面上以最大速度匀速行驶30min。若所受阻力为总重力的0.2倍，求该过程中牵引力所做的功。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第3节 能量转化的量度 第1课时（导学案） 科学观念：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。 科学思维：能用两个必要因素解释相关现象，能用功所表示的意义解释相关现象；并能熟练应用公式进行简单的计算。 探究实践：体会做功的过程实质上就是能量转化或转移的过程；通过实际情景体验做功的过程。 态度责任：通过学习能体会到做功的过程实质上就是能量转化的过，力对物体做多少功就有多少能量发生了转化。 1. 功的两个必要因素；功的计算（重点） 2. 不做功的情况；做功的实质（难点） 1. 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。 2. 力对物体做功的两个必要因素：①作用在物体上的力；②物体在力的方向上通过的距离。 3. 不做功的情况：①有力无距离；②有距离无力；③力的方向与距离的方向垂直。 4. 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。 5. 功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。公式：W=Fs，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。 6. 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。 到底有多少能量发生了转化呢？怎样量度能量转化的多少呢？ 一、功 为了量度能量转化的多少，我们需要学习功的相关知识。 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？ 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？ 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。 （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？ 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 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。 注意：有时为了叙述方便，某个力做功往往也说成施力的物体做功。如人推小车，推力做了功，也常说人做了功。 力对物体做功的两个必要因素 判断力是否做功的方法之一 不做功的情况 （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。 力的方向与运动方向不同（但不垂直）时，力也可以对物体做功。 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。 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。 （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 二、功的计算 能量转化的多少我们可用功来量度，做了多少功就有多少能量发生转化。 根据功的两个必要因素：作用在物体上的力； 力的方向上通过的距离。 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 。 那么怎样计算功的大小呢？ 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。 1焦耳究竟有多大呢？ 2只鸡蛋约100g， 重力 = 1N； 举高1米所做的功。 把2只鸡蛋举高1米，做的功大约是1焦。 [例题]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。 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。 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。 做功的实质：能量转化，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，能量与功的单位一样，都是焦耳。 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。 课堂小结： 1. 力和运动、功和能量是物理学的核心概念，它们之间存在着密切的联系。下列说法错误的是（　　） A．功和能量的单位都是焦耳 B．运动的物体不一定具有能量 C．做功的本质是能量的转化 D．物体受到力的作用，力不一定对物体做功 【答案】B 【详解】A．为纪念焦耳在热学和能量研究领域取得的卓越成就，物理量以其名字命名功和各种能量的基本单位，故A正确，不符合题意； B．运动的物体具有机械能，故B错误，符合题意； C．功表示能量转化的多少，做功的本质是能量的转化，故C正确，不符合题意； D．有力作用在物体上，如果物体没有在力的方向上通过一定的距离，力没有对物体做功，故D正确，不符合题意。 故选B。 2．在排球运动中，跳发球是最具威力的发球方式，动作要领如图所示可简化为“抛球、腾空、击球和落地”四个过程。其中运动员对排球做功的过程有（　　） A．①② B．①④ C．①③ D．②③ 【答案】C 【详解】抛球时人对球施加力且沿力的方向移动一段距离，人对球做功；腾空时人对球不施加力，因此人对球未做功；击球时人对球施加力且沿力的方向移动一段距离，人对球做功；落地时人对球不施加力，因此人对球未做功，因此做功的过程是抛球和击球，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 3．现有甲、乙、丙三个质量不同的物体（m甲>m乙>m丙），在相等的恒力F作用下，分别在水平方向、沿斜面向上、竖直方向通过了相等的距离s，如图所示。F在三种情况下做的功分别为W甲、W乙、W丙，三者大小判断正确的是（　　） A．W甲>W乙>W丙 B．W甲<W乙<W丙 C．W甲=W乙=W丙 D．W甲=W乙<W丙 【答案】C 【详解】先后用同样大小的力F使物体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W甲、W乙、W丙，三个功的大小都等于W=Fs，即 W甲=W乙=W丙 故选C。 4．在水平地面上有一长方体木箱。小林用水平推力F把木箱向前推，如图甲所示。此过程中，推力F随时间t的变化情况如图乙所示，木块前进的速度v的大小随时间t的变化情况如图丙所示。 （1）0～1秒内，推力F对木箱做功 焦； （2）3～5秒内，推力F对木箱做功 焦。 【答案】（1）0 （2）400 【详解】（1）由图丙可知，0～1秒内，木箱静止，故推力不做功。 （2）由图丙可知，3～5秒内，木箱做匀速直线运动，木箱通过的距离 s=vt=1.0m/s×（5s-3s）=2m 由图乙可知，3～5秒内，推力 F=200N 3～5秒内，推力F对木箱做功 W=Fs=200N×2m=400J。 5．某集成电路产业园内，无人驾驶的运输车运输重达80000牛的测试设备至厂房时做匀速直线运动（如图所示）。已知运输车重40000牛。 （1）运输车有很多轮胎，这是通过 来减小对路面的压强； （2）若运输车行驶阻力为车和货物总重的0.1倍，则运输车水平匀速直线运动20米，克服阻力做功为 焦； （3）设备与运输车保持相对静止且两者的接触面水平，不计空气阻力，则设备受到的摩擦力大小为 牛。 【答案】（1）增大受力面积 （2）240000 （3）0 【详解】（1）运输车有很多轮胎，在压力一定时，通过增大受力面积减小对路面的压强。 （2）运输车行驶阻力f=0.1G=0.1×(80000N+40000N)=0.1×120000=12000N 克服阻力做功为W=fs=12000N×20m=240000J （3）设备与运输车保持相对静止且两者的接触面水平，不计空气阻力，它们之间发生相对运动或相对运动趋势，设备没有受到摩擦力，设备受到的摩擦力为零。 6．近年来，电动平衡车深受年轻人的喜爱，如图所示，它采用站立式的驾驶方式，人通过身体的前倾、后仰实现驾驶，如表为某型号双轮电动车平衡车的部分数据，则： 质量 10kg 每个轮胎与地面接触面积 30cm2 最大速度 16km/h 充满电行程 24km （1）该车充满电后，若以最大速度行驶，能行驶的最长时间是多少？ （2）质量为50kg的人驾驶该车时，车对水平地面的压强是多大？ （3）质量为50kg的人驾驶该车，在水平地面上以最大速度匀速行驶30min。若所受阻力为总重力的0.2倍，求该过程中牵引力所做的功。 【答案】（1）1.5h；（2）1×105Pa；（3）9.6×105J 【详解】解：（1）根据题意知道，充满电的行程是24km，最大速度是16km/h，由知道，以最大速度行驶，能行驶的最长时间是 （2）质量为50kg的人驾驶该车时，车对水平地面的压力 F压=G总=G人+G车=600N 则车对水平地面的压强 （3）由题意知道，该车受到的阻力 因该车在水平地面上匀速行驶，处于平衡状态，其受到的牵引力和阻力是一对平衡力，所以此时该车受到的牵引力 在水平地面上以最大速度匀速行驶30min，行驶的距离 该过程中牵引力所做的功 答：（1）该车充满电后，若以最大速度行驶，能行驶的最长时间是1.5h； （2）质量为50kg的人驾驶该车时，车对水平地面的压强是1×105Pa； （3）该过程中牵引力所做的功是9.6×105J。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $