第一节 机械功（导学案）物理新教材沪科版八年级全一册

第1节 机械功（导学案） 【学习目标】 1.知道机械功，能用生活中的实例说明机械功的含义。 2.能将机械功与日常生活结合起来，判断物体是否做功。 3.能了解身边的一些力做功的估计值。 4.理解计算功的表达式，并能进行简单的计算。 【学习重点】 理解做功的两个必要因素，能利用功的公式进行简单的计算。 【学习难点】 判断力是否对物体做功。 【自主预习】 阅读课本内容，并解答以下问题： 1. 物理学中规定：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。 2. 做功的两个必要因素：一是作用在物体上的力； 二是物体在力的方向上移动的距离。 3. 力不做功的三种情况： ①“劳而无功”：物体受力但没移动距离； ②“不劳无功”：有距离，但是和距离同一方向上没有力的作用，凭惯性保持继续运动，所以没有力做功； ③“垂直无功”：物体受力和移动的方向垂直。 4. 功的大小： ①规定：功等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积。公式：W =Fs。 ②功的单位：焦耳（J）。把一个鸡蛋举高2m ，做的功大约是1J。 【探究新知】 【学习任务一】做功了吗 在生产生活中，人们常需要将物体从一个位置移到另一个位置，这个过程往往需要通过力的作用来完成。例如，重物通过吊车钢索拉力的作用上升一段距离；汽车通过牵引力的作用移动一段距离。你能发现这类现象的共同点吗？ 【分析】活动中的共同点是，都对其他物体施加了力的作用，并且物体在力的方向上都移动了一段距离，力的作用都有了成效。 1.功的概念： 物理学中把力和物体在力的方向上移动距离的乘积叫做机械功，简称功（work），用字母W表示。 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。 上述现象中，吊车钢索的拉力对重物做了功，汽车的牵引力对汽车也做了功。 物理聊吧： 如图所示，小明提水在水平路面匀速平稳前行，小明对水桶的拉力做功了吗？为什么？如图所示，人用力推车，但车未动。推力做功了吗？为什么？请大家讨论交流以上问题。 2.做功的两个必要条件： 物体做功需满足两个条件：有力作用在物体上的力；物体在这个力的方向上移动一段距离。 上述两种情况中，物体在受力方向上移动的距离为零，所以拉力和推力做功都为零。 3.不做功的三种典型情况： （1）有力无距离： 物体受到力的作用，但保持静止状态，即没有移动距离。 （用力推汽车，汽车没有移动） （2）有距离无力： 物体没有受到力的作用，但由于惯性通过了一段距离。 （关闭油门的汽车滑行了一段距离） （3）力和距离垂直： 物体受到力的作用，也移动了一段距离，但移动距离方向与力的方向垂直。（小明提着水桶在水平地面走了一段距离） 【例题1】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”）。 【答案】 没做 做了 没做 【详解】[1]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。 [2]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。 [3]汽车移动的距离和重力方向垂直，车的重力对汽车没做功。 【例题2】关于对功的理解，下列说法正确的是（　　） A．作用在物体上的力越大，力做的功就越多 B．把重1N的物体举起1m所做的功为1J C．物体通过的路程越长，作用力做功越多 D．力作用的时间越长，做的功就越多 【答案】B 【详解】A．根据可知，作用在物体上力越大，但是不知道物体在力的作用下通过的距离，所以不能确定力做功多少，故A错误； B．由题可知，把重1N的物体举起1m所做的功为 故B正确； C．根据可知，只知道物体在力的作用下移动的距离，但不知道力的大小也不能确定做功多少，故C错误； D．物体做功的多少与物体受力的大小和在力的方向上移动的距离有关，与时间无关，故D错误。 故选B。 【例题3】如图所示的情景中，人对物体施加的力对物体（加点的物体）做功的是（    ） A．学生背着书包随车水平匀速运动 B．运动员举着杠铃静止不动 C．妈妈推着婴儿车在水平地面上前行 D．脱手后的冰壶继续向前滑行 【答案】C 【详解】A．学生背着书包在等车，学生对书包有向上的作用力，书包没有在力的方向上移动，学生没有对书包做功，故A不符合题意； B．举重运动员举着杠铃不动，人对杠铃有向上的作用力，杠铃没有在力的方向上移动，人没有对杠铃做功，故B不符合题意； C．人推着小车在水平路面上匀速前进，人对小车有水平方向的推力，小车在水平方向上运动了一段距离，人对小车做了功，故C符合题意； D．脱手后的冰壶在冰面上滑行，此时人对冰壶没有作用力，人没有对冰壶做功，故D不符合题意。 故选C。 【学习任务二】做了多少功 想一想 议一议： 在生产生活中，人们通常不仅要判断力对物体是否做功，还希望了解做了多少功。力学中的功的大小可能与哪些因素有关呢？ 1.功的计算： 物理学中规定，力对物体所做的功等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积。 2.功的计算公式： 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。 3.功的单位： 在国际单位制中，力的单位是N，距离的单位是m，则功的单位是N•m，它有一个专门的名称叫做焦耳，简称焦，符号是J。1 J＝1 N•m 把1个鸡蛋举高2m，做的功大约是1J。 4.功的计算注意事项： （1）公式中的S必须是沿F的方向通过的距离。 （2）公式中F与S 的单位必须是N与m，这样功的单位才是J。 （3）F、S 必须具有同时性和同一性。即F 、S 是指同一物体受到的力和在力的方向上运动的距离。 5.常见功的估测： （1）将两个鸡蛋举高1 m，做功约1 J； （2）将一瓶500 mL的矿泉水从地上拿起并举过头顶，做功约10 J； （3）将一袋10 kg的大米从地面扛到肩上，做功约150 J。 你能尝试运用功计算公式对上面估测进行计算吗？ 例题： 叉车常用于大件货物转运。如图所示，一辆叉车将质量为300 kg的货物缓慢举高3 m。求货物在被举高的过程中，叉车对货物的支持力做了多少功？（g取10 N/kg） 分析： 货物在被叉车缓慢举高的过程中，叉车对货物的支持力的做功过程如图所示。货物缓慢上升，可 视为处于平衡状态。由二力平衡条件可求出支持力，再由功的计算公式，求出支持力所做的功。 解：由题意，货物质量：m = 300 kg， 货物在支持力的方向移动的距离：s = 3 m。 在货物缓慢上升过程中，由二力平衡条件，叉车对货物的支持力大小为：F = G = mg = 300 kg×10 N/kg = 3 000 N 叉车对货物做功为：W = Fs = 3 000 N×3 m = 9 000 J 所以，叉车对货物的支持力做了9 000 J功。 6.科学书屋：焦耳 焦耳（1818—1889）是英国物理学家，他测定了热和机械功之间的当量关系。此外，他在电学和磁学方面也有贡献，而且对蒸汽机的发展做了不少有价值的工作，还率先计算了气体分子的速度。人们为了纪念他对科学发展的贡献，以他的名字“焦耳”来命名功和能量的单位。 【例题4】一个同学用50N的水平方向的力将一只重5N的足球沿水平方向踢了出去，足球在地上滚动了30m才停下，从人踢球到球停止这整个过程中，脚对球做的功是（　　） A．15J B．1500J C．150J D．条件不足，无法判断 【答案】D 【详解】球离脚前，球受到脚施加的力的作用，球在脚施加的力的作用下移动的距离不确定，所以球离脚前，脚对球做功的多少不确定；球离脚后，在水平地面上向前滚动的过程中，由于具有惯性会向前运动，球脱离了脚，脚没有给球施加力，对球不做功，所以从人踢球到球停止这整个过程中，脚对球做的功的多少不确定，故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 【例题5】如图所示，a、b、c三种情况下，用大小相同的力F使同一物体沿不同的轨迹移动了相同的距离s，对于三种情况下拉力F所做的功分析正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】由图可知，a、b、c三种情况下拉力的大小相同，a中力与物体运动方向垂直，即物体在力的方向上通过的距离为0，则此时拉力不做功；b中物体在力的方向上通过的距离为s，c中物体斜向上运动，则物体在力的方向上通过的距离要小于s，根据可知，在b中做的功大于在c中，则有 故ABC错误，D正确。 故选D。 【例题6】小兰的质量为45kg，书包的质量为5kg，沿着楼梯登上三楼教室，若每层楼梯有15级台阶，每级台阶高20cm，问小兰从地面登上三楼需做多少功？（g=10N/kg） 【答案】3000J。 【解析】小兰与包的总重力 G=（m人+m包）g =50kg×10N/kg=500N 从地面登上三楼升高的高度 s=15×2×20cm=600cm=6m 则需做功 W=Fs=Gs=500N×6m=3000J 【课堂总结】 按照学习内容学列本节课的思维导图： 【课堂练习】 要求：合上课本，像考试一样独立完成。 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 【答案】D 【解析】A. 阅读静止在桌面上的课本，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，未推动，所以对课本没有做功，故B不符合题意； C. 物理课本自由下落的过程中，受重力作用，课本沿重力方向通过了距离，因此重力对课本做了功，但人对课本没有做功，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。 所以选D。 2．如图所示的小型起重机将1000N的重物在20s内竖直向上匀速提升4m，然后在15s内将重物水平匀速移动4m，最后放到平台上。小伟认为起重机将重物水平移动过程中拉力做功为4000J，你认为小伟的想法是 （选填“正确”或“错误”）的，理由是 。 【答案】 错误 重物在水平匀速移动过程中，在拉力的方向上没有移动距离，拉力做功为0 【详解】[1][2]根据做功的必要条件可知，拉力的方向是竖直方向的，因此重物在水平匀速移动过程中，在拉力的方向上没有移动距离，所以拉力做功为0，则小伟的想法是错误的。 3．在智能物流仓库中，一个机器人在水平地面上匀速运送一个货物箱，如图所示。在这个过程中，关于机器人对货物箱做功的说法正确的是（　　） A．做了功，因为有力作用在货物箱上 B．做了功，因为机器人在运送的过程中消耗了电能 C．没有做功，因为货物箱没有在力的方向上移动 D．无法确定是否做功，因为缺少其他条件 【答案】C 【详解】由功的定义可知，物体在力的作用下，沿力的方向运动一段距离，则力对物体做功。机器人在水平地面上匀速运送一个货物箱，机器人对货物箱的支持力竖直向上，货物箱运动的方向为水平方向，货物箱没有在力的方向上移动距离，所以机器人对货物箱没有做功，故C正确，ABD错误。 故选C。 4．每年4月23日的世界读书日，主题为“阅读推动未来”。如图是读者从书架上取下图书的情景，若读者所取的书重量与6枚鸡蛋相当，读者从书架上取下书的过程中，对书做的功最接近的是（    ） A．300J B．30J C．3J D．0.3J 【答案】C 【详解】书重量与6枚鸡蛋相当，约为3N，读者从书架上取下书的过程对书做的功约为 W=Gh=3N×1m=3J 由此可知，C最接近，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 5．炎热的暑期，小乐去水上乐园游玩，他发现与在岸上相比，在水中行走比较困难，若他在水平泳池中 行走距离与水平池岸行走距离相同时，克服重力做功的大小关系是（       ） A．一样大 B．在岸上做功大 C．在水中做功大 D．小乐重力未知，无法判断 【答案】B 【详解】小乐在水中行走时，受到水对他的浮力作用，在竖直方向上，小乐受到的重力与浮力是一 对平衡力，大小相等，方向相反，水平池岸行走只受重力的作用，所以小乐在水中 行走时，克服重力更小，即克服重力做功较小，即在岸上做功大，故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 6. 一个人先后用同样大小的力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（如图所示），该力在这三个过程中所做的功分别为W1、W2、W3，关于它们之间的大小关系说法正确的是（　 ） A. W1＜W2＜W3 B. W1＜W2 = W3 C. W1 = W2 = W3 D. W1= W2＜W3 【答案】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。所以选C。 7．如图所示的AG600是中国自主研制的全球最大的水陆两栖飞机，能执行森林灭火、水上救援等多项特种任务。该飞机总质量约为50t，低空巡航速度为500km/h，最大航程为4500km。飞机以低空巡航速度匀速飞行，水平方向受到的阻力为飞机重力的0.1倍，完成最大航程过程中，求： (1)需要的时间； (2)飞机发动机牵引力做的功。 【答案】(1)9h (2)2.205×1011J 【详解】（1）由得，完成最大航程过程中需要的时间 （2）水平方向受到的阻力为 飞机以低空巡航速度匀速飞行，故牵引力为 飞机发动机牵引力做的功 【课后反思】 谈谈你在本节课中： （1）收获有哪些？ （2）需要改进的地方有哪些？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第1节 机械功（导学案） 【学习目标】 1.知道机械功，能用生活中的实例说明机械功的含义。 2.能将机械功与日常生活结合起来，判断物体是否做功。 3.能了解身边的一些力做功的估计值。 4.理解计算功的表达式，并能进行简单的计算。 【学习重点】 理解做功的两个必要因素，能利用功的公式进行简单的计算。 【学习难点】 判断力是否对物体做功。 【自主预习】 阅读课本内容，并解答以下问题： 1. 物理学中规定：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 ，就说这个力对物体做了功。 2. 做功的两个必要因素：一是作用在物体上的 ； 二是物体在 移动的距离。 3. 力不做功的三种情况： ①“劳而无功”：物体受力但没移动 ； ②“不劳无功”：有距离，但是和距离同一方向上没有 的作用，凭惯性保持继续运动，所以没有力做功； ③“垂直无功”：物体受力和移动的方向 。 4. 功的大小： ①规定：功等于 与物体在力的方向上移动的 的乘积。公式：W = 。 ②功的单位： （J）。把一个鸡蛋举高2m ，做的功大约是1J。 【探究新知】 【学习任务一】做功了吗 在生产生活中，人们常需要将物体从一个位置移到另一个位置，这个过程往往需要通过力的作用来完成。例如，重物通过吊车钢索拉力的作用上升一段距离；汽车通过牵引力的作用移动一段距离。你能发现这类现象的共同点吗？ 【分析】活动中的共同点是，都对其他物体施加了 的作用，并且物体在力的方向上都移动了一段 ，力的作用都有了成效。 1.功的概念： 物理学中把力和物体在力的方向上移动距离的 叫做机械功，简称功（work），用字母W表示。 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。 上述现象中，吊车钢索的拉力对重物做了功，汽车的牵引力对汽车也做了功。 物理聊吧： 如图所示，小明提水在水平路面匀速平稳前行，小明对水桶的拉力做功了吗？为什么？如图所示，人用力推车，但车未动。推力做功了吗？为什么？请大家讨论交流以上问题。 2.做功的两个必要条件： 物体做功需满足两个条件：有 作用在物体上的力；物体在这个力的方向上 。 上述两种情况中，物体在受力方向上移动的距离为零，所以拉力和推力做功都为零。 3.不做功的三种典型情况： （1）有力无距离： 物体受到力的作用，但保持静止状态，即没有移动距离。 （用力推汽车，汽车没有移动） （2）有距离无力： 物体没有受到力的作用，但由于惯性通过了一段距离。 （关闭油门的汽车滑行了一段距离） （3）力和距离垂直： 物体受到力的作用，也移动了一段距离，但移动距离方向与力的方向垂直。（小明提着水桶在水平地面走了一段距离） 【例题1】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”）。 【例题2】关于对功的理解，下列说法正确的是（　　） A．作用在物体上的力越大，力做的功就越多 B．把重1N的物体举起1m所做的功为1J C．物体通过的路程越长，作用力做功越多 D．力作用的时间越长，做的功就越多 【例题3】如图所示的情景中，人对物体施加的力对物体（加点的物体）做功的是（    ） A．学生背着书包随车水平匀速运动 B．运动员举着杠铃静止不动 C．妈妈推着婴儿车在水平地面上前行 D．脱手后的冰壶继续向前滑行 【学习任务二】做了多少功 想一想 议一议： 在生产生活中，人们通常不仅要判断力对物体是否做功，还希望了解做了多少功。力学中的功的大小可能与哪些因素有关呢？ 1.功的计算： 物理学中规定，力对物体所做的功等于力与物体在力的方向上移动的距离的 。 2.功的计算公式： 功＝力×距离 W = F表示力，s表示沿力的方向移动的距离，W表示功。 3.功的单位： 在国际单位制中，力的单位是N，距离的单位是m，则功的单位是N•m，它有一个专门的名称叫做 ，简称焦，符号是J。1 J＝1 N•m 把1个鸡蛋举高2m，做的功大约是1J。 4.功的计算注意事项： （1）公式中的S必须是沿F的方向通过的距离。 （2）公式中F与S 的单位必须是N与m，这样功的单位才是J。 （3）F、S 必须具有同时性和同一性。即F 、S 是指同一物体受到的力和在力的方向上运动的距离。 5.常见功的估测： （1）将两个鸡蛋举高1 m，做功约1 J； （2）将一瓶500 mL的矿泉水从地上拿起并举过头顶，做功约10 J； （3）将一袋10 kg的大米从地面扛到肩上，做功约150 J。 你能尝试运用功计算公式对上面估测进行计算吗？ 例题： 叉车常用于大件货物转运。如图所示，一辆叉车将质量为300 kg的货物缓慢举高3 m。求货物在被举高的过程中，叉车对货物的支持力做了多少功？（g取10 N/kg） 分析： 货物在被叉车缓慢举高的过程中，叉车对货物的支持力的做功过程如图所示。货物缓慢上升，可 视为处于平衡状态。由二力平衡条件可求出支持力，再由功的计算公式，求出支持力所做的功。 解：由题意，货物质量：m = 300 kg， 货物在支持力的方向移动的距离：s = 3 m。 在货物缓慢上升过程中，由二力平衡条件，叉车对货物的支持力大小为：F = G = mg = 300 kg×10 N/kg = 3 000 N 叉车对货物做功为：W = Fs = 3 000 N×3 m = 9 000 J 所以，叉车对货物的支持力做了9 000 J功。 6.科学书屋：焦耳 焦耳（1818—1889）是英国物理学家，他测定了热和机械功之间的当量关系。此外，他在电学和磁学方面也有贡献，而且对蒸汽机的发展做了不少有价值的工作，还率先计算了气体分子的速度。人们为了纪念他对科学发展的贡献，以他的名字“焦耳”来命名 的单位。 【例题4】一个同学用50N的水平方向的力将一只重5N的足球沿水平方向踢了出去，足球在地上滚动了30m才停下，从人踢球到球停止这整个过程中，脚对球做的功是（　　） A．15J B．1500J C．150J D．条件不足，无法判断 【例题5】如图所示，a、b、c三种情况下，用大小相同的力F使同一物体沿不同的轨迹移动了相同的距离s，对于三种情况下拉力F所做的功分析正确的是（　　） A． B． C． D． 【例题6】小兰的质量为45kg，书包的质量为5kg，沿着楼梯登上三楼教室，若每层楼梯有15级台阶，每级台阶高20cm，问小兰从地面登上三楼需做多少功？（g=10N/kg） 【课堂总结】 按照学习内容学列本节课的思维导图： 【课堂练习】 要求：合上课本，像考试一样独立完成。 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 2．如图所示的小型起重机将1000N的重物在20s内竖直向上匀速提升4m，然后在15s内将重物水平匀速移动4m，最后放到平台上。小伟认为起重机将重物水平移动过程中拉力做功为4000J，你认为小伟的想法是 （选填“正确”或“错误”）的，理由是 。 3．在智能物流仓库中，一个机器人在水平地面上匀速运送一个货物箱，如图所示。在这个过程中，关于机器人对货物箱做功的说法正确的是（　　） A．做了功，因为有力作用在货物箱上 B．做了功，因为机器人在运送的过程中消耗了电能 C．没有做功，因为货物箱没有在力的方向上移动 D．无法确定是否做功，因为缺少其他条件 4．每年4月23日的世界读书日，主题为“阅读推动未来”。如图是读者从书架上取下图书的情景，若读者所取的书重量与6枚鸡蛋相当，读者从书架上取下书的过程中，对书做的功最接近的是（    ） A．300J B．30J C．3J D．0.3J 5．炎热的暑期，小乐去水上乐园游玩，他发现与在岸上相比，在水中行走比较困难，若他在水平泳池中 行走距离与水平池岸行走距离相同时，克服重力做功的大小关系是（       ） A．一样大 B．在岸上做功大 C．在水中做功大 D．小乐重力未知，无法判断 6. 一个人先后用同样大小的力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（如图所示），该力在这三个过程中所做的功分别为W1、W2、W3，关于它们之间的大小关系说法正确的是（　 ） A. W1＜W2＜W3 B. W1＜W2 = W3 C. W1 = W2 = W3 D. W1= W2＜W3 7．如图所示的AG600是中国自主研制的全球最大的水陆两栖飞机，能执行森林灭火、水上救援等多项特种任务。该飞机总质量约为50t，低空巡航速度为500km/h，最大航程为4500km。飞机以低空巡航速度匀速飞行，水平方向受到的阻力为飞机重力的0.1倍，完成最大航程过程中，求： (1)需要的时间； (2)飞机发动机牵引力做的功。 【课后反思】 谈谈你在本节课中： （1）收获有哪些？ （2）需要改进的地方有哪些？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $