第十一章 功和机械能 单元复习与提高 课件 -2025-2026学年物理人教版八年级下册

小胖子在家玩，他把桌上的若干水杯都摆成了这样，然后在旁边偷笑，结果被进屋的大胖子发现了，大胖子可是处女座立马摆放整齐，然后揍了小胖子一顿，为什么我们平常不这样放东西啊？你这么放，你妈妈也揍你，因为容易粹，就算掉下去没有摔碎，砸到的小动物也不好。仔细看看这个过程，杯子落下来碰到小猫有力的作用，把小猫往下压，这就做了功。所以杯子就有能量，最后的时候再动是动能。那最初没有动的时候有什么能量吗？当然有，还没有动的时候它也储存了能量。这种能量和位置状态有关，叫做势能。看一下杯子掉的过程，这时候受到了什么力？只受到了重力，所以这种由于在高处而拥有的势能就叫做重力势能。那什么会影响重力势能呢？来看看小胖子刚才没把杯子摆在桌边，都挪到了旁边大衣柜的边上。这个果然令大胖子更愤怒了，一顿揍，放这么高掉下来肯定就废了。高度当然会决定重力势能的大小，所以这种应用重锤的打桩机都会把重锤举得老高，再让它自由下落去敲击下面的装，毕竟高了重力势能太大才能做更多的工，那重力势能还受别的影响吗？你肯定听说过俗语搬起石头砸自己的脚，那你听说过搬起棉花砸自己的脚吗？都搬起来砸一个试试，这个藤这个不疼。其实因为棉花质量小，所以质量也影响了重力势能的大小。想一想打桩机的这个重锤要沉一些还是轻一些呢？当然要质量大了，这样拿上去重力势能更大，才能更好的打桩。总结一下物体由于在高处而具有的能量叫做重力势能。物体的高度和质量决定了重力势能的大小，你记住了吗？呵呵。在探究影响重力势能大小的因素实验中，如图，其中一二两个物块质量相等，物块三质量最大。问题来了，既然是探究重力势能的大小，那在这个实验中重力势能的大小是如何判断的？重力势能不能直接比较，在本实验中让物块自由下落，撞击木桩，再来一个，还有一个，然后观察木桩陷入沙中的深度，这是应用转化法将重力势能的大小转化为木桩陷入沙子中的深度来比较。木桩陷得越深则说明物体重力势能越大。那通过一二两幅图可以得出什么结论呢？我们知道重力势能与物体的高度和质量有关，一二两个物块质量相等而高度不一样，这是利用控制变量法保持物体质量不变，观察重力势能与高度之间的关系。从图中可以看出，二图中的物块初始位置较高，而其木桩陷落较深，这表明在质量相同时，物体越高所具有的重力势能就越大。那比较哪两幅图可以探究重力势能与物体质量之间的关系？既然重力势能影响因素有两个，在探究其与质量之间的关系时要保持物体举高高度不变，所以应该选择高度一样但质量不一样的13 2幅图。好了，总结一下影响重力势能大小的因素的实验有两个关键点，一是转化法，将重力势能的大小转化为木桩被撞击后下陷的深度。二是控制变量法，要探究重力势能大小与质量的关系，必须要保持高度不变。要探究重力势能大小与高度的关系，必须要保持质量不变。你明白了吗？呵呵。 他骑车向山上走，大胖子赶路，开着小汽车向山上走，小瘦子去找同学玩，坐电车向山上走。这几样东西都在爬山，都有东西在消耗能量对它们做功。不过这些东西应用的能量各不相同，小胖子用的是自己的肌肉，这是他自己吃饭消化后产生的生物能。小汽车的发动机用燃料利用的是化学能，电车向上走则用了电能，这些利用的能量各不相同。不过看看自行车、小汽车和电车有什么共同的能量吗？当然有，还记得我们学过的动能和重力势能吗？它们都在运动，所以都具有动能，又都在爬高，所以又都具有重力势能。这部分有共性的能量有那么一个名字，还记得我们学习运动的时候，运动的全名是什么吗？机械运动。所以这里的能量就是机械能。机械能是物体动能和势能的总和，这里的势能除了我们学习过的重力势能，还有弹性势能。看看这个拉开弓松手了能把箭射出去，期间有做功不？弓弦对箭有力的作用，又把箭推了出去，当然做功了。而弓弦也就具有了能量，这种由于形变而储存的能量叫做弹性势能，而机械能正是这三样的总和。总结一下，物体运动就有了动能，物体在高处会有动力势能，物体发生弹性形变会储存弹性势能，这三样加在一起就是物体具有的机械能了，你记住了吗？呵呵。小胖子在滑梯上匀速直线下滑，在这过程中它的机械能如何变化？机械能是动能和势能的总和，因此要对这两部分进行分析。小胖子在滑梯上匀速直线下滑，速度保持不变，因此动能不变，而它是向下滑，所以重力势能减小。因此在滑梯上匀速直线下滑的小胖子机械能减小。再来一题，火箭在大气层里加速上升时，机械能是如何变化的？还是要从动能、势能两个角度来分析。火箭上升，其重力势能增加，火箭加速上升说明速度变大，其动能增加，因此火箭在大气层里加速上升时，机械能变大。完美总结一下，在分析机械能如何变化时，必须分析动能和势能各自的变化。你学会了吗？呵呵。 胖子在玩边说一圈一圈真开心。突然大胖子手机响了，撒开手就去接手机小胖子就飞出去了。当然更惨的是小瘦子被推走了好远，最终拍在了墙上。垂死的小瘦子说，你也太富有能量了。确实汽车发动机有能量，能带动汽车，小胖子这样也带动了小瘦子也有能量。物理学上能量其实是这样的，回顾一下小胖子推小瘦子用的力，小瘦子在力的方向上移动了一段距离。所以小胖子其实对小瘦子做的功，一旦物体能对其他物体做功，我们就说它具有能量。而像这样物体由于运动而具有的能量叫做动能，生活中所有运动的物体都具有动能，那动能可能受到什么影响呢？想一下要是小胖子和大胖子用一样的速度同时冲向小瘦子，哪个会对小瘦子造成更大的心灵创伤呢？好像不用想了，虽然小胖子也很沉，但是更邓全的大胖子显然更有杀伤力。可以看出物体质量大小会决定动能的多少，所以在生活中一定要离大型的车远一些，靠的太近。大型车质量这么大，动能绝对不小。真的对你做的功的话就太危险了。那想一想还有别的因素会影响吗？现在一个小胖子走过来，一个小胖子冲过来，又是哪个小胖子会对小瘦子造成更大的心灵创伤？否则你不会怕，因为毕竟慢嘛，真碰上了也没有那么危险，跑的肯定更可怕。所以速度也会决定动能的大小，这也就是为什么高速公路上不同大小的汽车要限制不同的速度了。大车的速度要是太快，动能太大，事故危险性就太高了。总结一下，物体如果能够对外做功，它就具有能量。由于运动而具有的能量就是动能，动能的大小由质量和速度决定，你记住了吗？呵呵。在探究动能的大小与哪些因素有关时，如图，让同一小车分别从斜面的不同高度由静止开始下滑，让其撞击水平面上的同一木块，看哪次木块被推得远。问个问题，让小车从不同的高度滑下是为了啥？我们知道物体动能的大小与物体的质量和速度有关，小车前后质量一样。根据控制变量法可知，本实验在探究动能大小与速度的关系。所以小车初始高度不同是为了让其到水平面上时具有不同的速度。再来一个问题，实验中是如何比较动能大小的？动能大小很难直接测量，因此实验采用了转换法，将动能大小转化为了木块被撞击后运动的距离，距离越远则表明小车动能越大。最后一个问题，如果要探究动能的大小与物体质量的关系，应该怎么改动？这个实验还是从控制变量法出发，要探究动能的大小、质量的关系，必须要保持速度不变。因此要选择质量不同的小车，把它放到斜面的同一高度，然后让其下滑，接着观察木块被撞击后运动的距离，距离越远则小车动能越大好了。总结一下影响动能大小的因素的实验有两个关键点，一是转化法，将动能大小转化为木块被撞击后运动的距离。二是控制变量法，要探究动能的大小与质量的关系，必须要保持速度不变。探究动能大小与速度的关系，必须要保持质量不变。你明白了吗？呵呵。 第十一章 功和机械能 单元复习与提高 本章思维导图 功和机械能 功 动能和势能 机械能及其转化 功率 做功的两个因素：力、物体在力的方向上移动的距离 不做功有三种情况 功的计算：W=FS 功的单位：焦耳（J） 表示做功快慢的物理量 功与做功所用时间之比叫功率 公式：P=W/t,推导P=FV 单位：W、KW 动能 重力势能 弹性势能 由于运动具有的能 影响因素：速度、质量 物体在一定高度受到重力具有的能 影响因素：高度、质量 物体发生弹性形变具有的能 影响因素：材料、弹性形变程度 机械能及其转化 机械能等于动能与势能之和 动能与势能可以相互转化 机械能守恒 水能和风能的利用 第1节 功 1. 功 （1）概念：如果一个力作用在物体上，物体在 力的方向上移动了一段距离，就说这个力对这个物体做了功。 （2） 定义：力学中，功等于力与物体在力的方向上移动的距离的 。 （4） 单位：在国际单位制中：力F的单位是 （ ），距离s的单位是 （ ） ，则功W的单位是 ；它有一个专门的名称叫做 ，简称 ，符号是 。 2. 做功的两个必要条件 （1）做功的两个必要条件：一是作用在物体上的 ；二是物体在 （3） 定义式： W=Fs 乘积 这个 牛 N 牛米 米 m 焦耳 焦 J 1J=1N•m 力 这个力的方向上移动的距离。 （2） 没有做功的三种情况 ①物体由于 而运动一段距离，如抛出的物体继续向前运动的过程中，人对物体 做功。 ②物体在力的作用下 运动。如同学提箱子而没有提起，人对箱子 做功。 。如物体在水平面上运动的过程中，物体的重力 做功；又如物体放在斜面上向下滑动的过程中，斜面对物体的 力不做功。 ③物体运动的方向与所力的方向 不 不 不 惯性 没有 垂直 支持 3.判断力对物体是否做功的方法 ①判断力是否对物体做功的两个必要因素（作用在物体上的力和物体在力的方向上移动的距离）是否同时存在； ②看是否符合三种不做功的情况，即有距离无力、有力无距离、有力有距离但力的方向与物体移动的方向垂直。 例1：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 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 第2节 功率 1. 功率 （1）物理意义：功率是表示物体做功 的物理量。 （2） 定义：功与做功所用时间之 叫作功率。 （3） 定义式： （4） 单位： P = 快慢 比 ①国际单位制： ②工程技术上常用单位： ( )； （ ），叫作 ，符号 ， 1W=1J/s 1kW=103W （5）功率的推导式： 车在上坡时要 ，在汽车功率一定时，减小速度就可以增大汽车的 ，使汽车容易上坡。 2. 估测上楼时的功率 （1）原理： 上楼时，人克服自身重力做功。当人匀速上楼时，楼梯对人的支持力为： P = 焦/秒 J/s 瓦特 W 千瓦 kW P=Fv F 表示作用在物体上的力，v表示物体在力F方向上运动的速度。 推导式表明，当P一定时，F与v成反比，即减小速度可以增大 。汽 动力 减速 牵引力 F=G=mg， W=mgh， P =W/t = （2）比较同学上楼时功率大小的方案 方案一：做功相同时，比较做功 的多少； 方案二：做功时间相同时，比较 的多少； 方案三：比较做功与做功时间 的大小. （3）直接测量的物理量及其测量工具： （4）记录数据的表格 用体重计测出人的质量m，用卷尺测出人上楼的高度h，用秒表测出人上楼的时间t. mgh/t 时间 做功 比值 姓名 相关项目 同学的质量m/kg 上楼的高度h/m 上楼的时间t/s 上楼的功率P/W 甲同学 乙同学 3.比较物体做功的快慢 ①比较做功的快慢，不能片面地认为做功多的一定做功快，也不能片面地认为做功所用时间短的做功一 定快； ②特别是在功和做功时间都不相同时，要通过比较单位时间内所做的功（W/t）来比较做功的快慢。 4.功率的计算： 例2：一辆小轿车以15m/s的速度在水平路面上匀速直线行驶，受到的阻力是1200N。 小轿车沿水平路面匀速直线行驶600 m后驶上一个斜坡。设行驶过程中小轿车的功率始终保持不变。求： （1）在水平路面上匀速直线行驶600 m，小轿车牵引力所做的功； （2）行驶过程中小轿车的功率； （3）小轿车上坡后行驶速度降为10 m/s，则牵引力变为多大？ 解：（1）轿车沿水平方向做匀速直线运动，则 F＝F阻＝1200N 小轿车牵引力所做的功 ： W=Fs=1200N×600m=7.2×105J （2）小轿车的功率 P=W/t =Fv=1200N×15m =1.8×104W 5. 功和功率的比较: （3）行驶过程中小轿车的功率始终保持不变， 即P2=P1=1.8×104W 由P＝Fv得，牵引力为 F2＝ = =1800N 功 功率 概念 物理意义 符号 计算公式 单位 决定因素 联系 力与物体在力的方向上移动的距离乘积 表示物体做功的多少 W W=Fs 力F、物体在力F方向上移动的距离s 焦耳（J） W=Pt W=Pt 功与做功所用时间之比 表示物体做功的快慢 P P=W/t 功W、做功所用时间t 瓦特（W） 项目 物理量 第3节 动能和势能 一 、 能量 1. 概念：物体能够对外 ，就说这个物体具有能量。 化的 ，一个物体能够做的功越多，即表示这个物体的能量越 。所以能量是表示物体做功本领的物理量。 2. 能量的单位：能的单位与功的单位 ，都是 （ ）。 3. 理解能量 ①能量的实质：物体做功的过程就是能量的 过程。功是能量变 ②物体“能够对外做功”的含义是：物体“能够对外做功” 等同于物体正在做功。有能量的物体 做功，但能够做功的物体 有能量。 做功 相同 焦耳 J 转化 量度 大 并不 不一定 一定 二、 动能 1. 动能 物体由于 而具有的能，叫作动能。一切 的物体都具有动能。 2. 影响动能大小的因素 物体动能的大小跟 、 有关；如质量相同的物体，运动的 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。 3. 与动能有关的现象及解释 如图所示是一些道路的标示牌：小型客车最高行驶速度不得超过100km/h； 大型客车、 载货汽车最 高行驶速度 不得超过80 km/h。 运动 运动 速度 质量 质量 速度 为什么要对机动车的最高行驶速度进行限制？为什么在同样的道路上，对不同车型设定不一样的最高行驶速度？ 同一辆汽车，质量不变，速度越大，具有的动能越大，危害性越大。所以限制机动车的最高行驶速度才能保证机动车行驶的安全性。 车型不同，车的载重量就不同，也就是说，车的质量有大有小。如果车的行驶速度相同，质量大的，动能大，在道路上行驶时，危险性就大。因此，在同样的道路上，交通管理部门会对不同车型设定不同的最高行驶速度。 4. 研究物体的动能跟哪些因素有关 探究一：探究动能大小与速度的关系 ①控制钢球的质量m不变。 ②让同一钢球A分别从不同的高度 由静止开始滚下，撞击木块B。 ③观察并测量木块被撞出的距离s。 探究二：探究动能大小与质量的关系 ①控制速度不变，即固定钢球 在滑槽上的释放位置的高度h。 ②改变钢球的质量m。 ③观察并测量木块被撞出的距离s。 分析与论证 钢球下落的高度越高，钢球达到斜面底端的 越大，木块被撞击滑行的距离越远。 结论：钢球的动能大小与 有关， 越大，动能越大。 探究（2）中：不同钢球从同一高度滚下，达到斜面底端时的速度相同，钢球 越大，木块被撞击滑行的距离越远。 探究（1）中：在质量相同时， 速度 速度 质量 速度 结论：钢球的动能大小与 有关， 越大，动能越大。 实验结论： 物体动能的大小跟 、 有关； 相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大；运动 相同的物体，质量越大，它的动能也越大。 交流与讨论： （1）使钢球获得动能的方法：将钢球由斜面某一高度静止释放（ 能转化为 能）。 （2）将质量不同的钢球放在斜面上同一高度处静止释放的目的：控制钢球达到斜面底端时具有相同的 （钢球的速度与质量无关）。 （3）将质量相同的钢球由斜面上不同位置静止释放的目的：改变钢球达到斜面底端时的 。 质量 质量 速度 质量 质量 速度 重力势 动 速度 初速度 （4）水平面绝对光滑时对实验的影响： 钢球撞击木块后木块移动的 无法确定，钢球动能的大小无法比较。 （5）实验改进 ： ①木块被撞后滑出木板的解决办法换质量 的木块，换质量 的钢球，换 的木板。 ②木块质量 ，确保实验现象较明显：增大钢球滚下的 。 ③不用木块的实验改进：在桌上铺一条毛巾，钢球在毛巾上表面滚动的距离来反映动能的大小。 （6）实验结论的应用 生活中超载、超速问题（超速：速度大，超载：质量大，则动能大，危险性大）。 距离 更大 更小 更长 高度 较大 三 、 重力势能 1. 重力势能 在地球表面附近的物体，物体由于受到 并处在一定 时所具有的能，叫作重力势能。 2. 影响重力势能大小的因素 物体重力势能的大小跟 、 有关。 相同，位置越高，重力势能越大； 相同，质量越大，重力势能也越大。 3. 探究决定重力势能大小的因素 【猜想与假设】 （1）重力势能是由于物体处在一定高度而具有的能，所以重力势能可能与物体的位置高度有关。 （2）位置高度相同的足球和铅球下落到地面，铅球对地面做的功比足球大得多，推测重力势能可能与物体的质量有关。 重力 高度 高度 质量 质量 高度 设计并进行实验 探究一：探究重力势能的大小与位置高度的关系 让同一物体分别从不同的高度由静止开始下落，观察桌腿在沙坑下陷的深度。 探究二：探究重力势能大小与质量的关系 让质量不同的物体分别从同一高度由静止开始下落，观察桌腿在沙坑下陷的深度。 分析与论证 探究一中：同一物体从不同高度的位置下落时，桌腿在沙坑下陷的深度不同；位置越高，桌腿在沙坑下陷的深度越大。 在沙坑下陷的深度越大. 说明：质量相等的物体，位置越 ，重力势能越大。 探究二中：质量不同的物体从同一高度下落时，质量越大，桌腿 说明：高度相同时，物体的质量越 ，重力势能越大。 实验结论： 物体重力势能的大小跟位置 、 有关， 相同的物体，位置越高，它的重力势能越大； 相同的物体，质量越大，它的重力势能也越大。 高 大 高度 高度 质量 质量 四 、 弹性势能 1. 弹性势能： 物体由于发生 形变而具有的能叫作弹性势能。 2. 影响弹性势能大小的因素： 影响因素：物体本身的 和 形变的程度。在材料相同时，物体的 形变越大，它具有的弹性势能就越大。 例3：下列关于功和能的关系的说法中，正确的是（　　） A．一个物体没有做功，它一定不具有能量 B．一个物体能够做的功越多，其动能一定越大 C．一个物体具有能量，说明它正在做功 D．一个物体能够做功，说明它具有能量 D 弹性 材料 弹性 弹性 第4节 机械能及其转化 一、 机械能及其转化 1. 机械能 动能、重力势能和弹性势能统称为______能。机械能是和物体的运动紧密联系的能量。机械能的单位是 （ ）。 如图所示，摆球在竖直平面内摆动，在A、 C点时最高，在B点时最低，所以 摆球的运动可分为下降段和上升 段。其能量转化情况见下表。 2. 动能和势能的转化 （1）动能和重力势能的转化 重力势 动 动能转化为重力势能 动能转化为重力势能 重力势能转化为动能 机械 焦耳 J 结论：单摆在摆动过程中，动能和重力势能可以相互转化. （2）动能和弹性势能可以相互转化 木球压缩弹簧时，动能转化为弹性势能；弹簧把木球弹回，弹性势能转化为动能。 结论：动能和弹性势能在一定条件下可以相互转化. （3）结论：动能和势能 相互转化. ②动能的增减变化要以速度的变化来判断；重力势能的增减 注意判断动能和势能的相互转化的方法： ①动能和势能的相互转化过程中，必定有动能和势能各自的变化，而且一定是此增彼减。 变化要以物体离地面高度的变化来判断；弹性势能的增减变化要根据弹性形变大小的变化来判断。 3. 机械能守恒 （1）机械能守恒 如果只有动能和势能相互转化，尽管动能、势能的大小 变化，但动能和势能的______不变，或者说，机械能 守恒的。 总和 会 是 可以 （2）机械能守恒的条件 只有动能和势能的相互转化，而没有机械能与其他形式的能的相互转化（即 摩擦阻力造成的能量损失）。在物理学中常常出现“光滑的表面”、“不计空气阻力” 、“不计摩擦”等文字描述，表示 摩擦阻力，机械能是______的。 忽略 没有 守恒 （3）用机械能守恒及其转化解释现象 用绳子把一个铁锁悬挂起来。把铁锁拿近自己的鼻子，稳定后松手，头不要动。铁锁向 前摆去又摆回 来。铁锁摆回 时会碰到你的 鼻子吗？ 在运动过程中铁锁的动能和重力势能相互转化，但它们的总和不变（忽略空气阻力）。所以，铁锁在摆回时，不会打到鼻子。 （4）机械能不守恒的一些事例 汽车爬坡 跳伞者匀速下落 火箭发射 4. 水能和风能的利用 ①流动的水具有动能，高处的水具有重力势能，水所具有的______能统称为水能。水能的大小由流量、流速和水位差决定。 ②古代对水能的利用：早在1900多年前，我们的祖先就制造了水轮，让流水冲击水轮转动，用来汲水、磨粉、碾谷。 （1）水能 机械 ③水能发电站：将水的机械能转化成____能。 电 大 多 （2）风能 ①风能：空气在流动过程中所具有的 ______能叫做风能。风能的大小由风速和流动空气的质量决定。 一定量的水，上、下游的水位差越大，水的重力势能越 ，能发出的电就越 。 机械 ②我国古代对风能的利用：早在2000多年前就开始利用风来驱动帆船航行。 ③风能发电站 将风的机械能转化成____能。单个风力发电机的输出功率较小，在风力资源丰富的地区，可以同时安装几百台风力发电机，组成“风车田”，连在一起供电。 例4：人造地球卫星广泛应用于全球通信、军事侦察、气象观测、资源普查、环境监测、大地测量等方面。如图所示，当卫星从近地点向远地点运动时，它的（ ） A．重力势能减小 B．速度增大 C．机械能增大 D．动能转化为重力势能 D 电 二、动能和势能转化的分析 1. 如果只有动能和势能相互转化，那么机械能守恒。 解答此类问题的关键是：确定哪个阶段物体做加速运动，哪个阶段物体做减速运动。例如，运动的小球压缩弹簧时，加速运动时，弹性势能转化为动能；减速运动时，动能转化为弹性势能。 （1）动能与重力势能间的转化：物体在下落时，高度减小，速度增大，重力势能转化为动能；物体上升时，高度增大，速度减小，动能转化为重力势能。 （2）动能与弹性势能间的转化 2. 若考虑摩擦等阻力，机械能的总量就会变小，部分机械能转化成了其他形式的能。 例如，在单摆和滚摆运动过程中，由于摩擦和空气阻力的存在，小球和滚摆并不能完全回到初姶的位置，此时单摆和滚摆的机械能减小了。 例5：体育课上小唐同学进行传接排球训练，他将球斜向上抛出，球的运动轨迹如图所示，a、b、c、d为轨迹上的点，其中a、c两点高度相同，不计空气阻力，则球在a点的机械能________d点机械能；球在a、b、c、d四点中 点的重 力势能 最大。 等于 b 下 课 Lavf61.7.100 Lavf61.7.100 Lavf61.7.100 $