第3节 功与功率（教学课件）物理新教材沪科版（五四学制）八年级下册

第8章 简单机械 功和能 八年级下册•沪科版 五四•学制 3 000 多年前我们的祖先就能使用舂、桔槔等机械劳作。如今，工业机器人的应用提高了生产的精度和效率，人类发明、使用的机械遍布生活各个方面。本章我们将学习简单机械、机械功与机械能的相关知识。 通过本章内容的学习，你将了解杠杆、机械功、机械能和机械效率等基本知识，知道动能和势能的相互转化；经历探究杠杆平衡条件的过程，发展基于数据的分析论证能力；感悟机械的运用对社会生产力发展的重要作用；初步建立能量观念。 第3节 功与功率 致老师同学 视频资源 制作 ppt所用视频资源根据教学内容进行精选，均进行了 高质量编辑，故资源比较大，课件大小约130MB. 视频资源 清单 ①视频欣赏—《物理学中的功》 ②视频欣赏—《力不做功的三种情况》 ③视频讲解—《功的计算》 ④视频讲解—《功率的概念》 ⑤视频讲解—《功率变形公式及其应用》 ⑥视频讲解—《测量引体向上的功率》 ⑦课堂总结—《功》 第3节 功与功率 导入新课 我们如何描述该过程中机械手作用力的成效呢？ 第3节 功与功率 商场的抓娃娃机中堆放着许多可爱的玩偶，某同学操控机械手抓住玩偶，然后将玩偶在竖直方向上提升到一定高度。 这一过程中，玩偶沿机械手作用力的方向移动了一段距离。 功 01 功率 02 课堂总结 04 课堂练习 05 目录 第3节 功与功率 一、功 第3节 功与功率 一、功 探究一：观察图甲、乙所示的两种情况，他们正在做什么？找找他们活动中的共同点。 甲 乙 活动中的共同点：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。 一、功 探究二：若抓娃娃机的机械手先将重约1N的玩偶沿竖直方向匀速提升0.4m，然后又将另一个重约2N的玩偶沿竖直方向匀速提升0.3m。 仅通过比较机械手提升重物时的作用力大小或玩偶移动的距离长短，能否比较机械手前后两次作用力的成效？ 很明显，比较机械手前后两次作用力的成效，除了比较力的大小外，还需要比较物体在这个力的方向上移动的距离。也就是说，影响力作用的成效体现在两个方面，一个是力的大小，另一个是物体在这个力的作用下移动的距离。 一、功 1. 功的概念 物理学中的功包含一种“贡献”和“成效”的含义，如果某个力对物体的移动做出了贡献，就说这个力对物体做了功。 物理学中规定，如果一个力作用在物体上，并使物体在这个力的方向上移动了一段距离，就称这个力对物体做了机械功，简称做功。 一、功 视频欣赏——《物理学中的功》 一、功 2. 做功的两个必要因素 （1）现象分析 如图所示是力对物体做功的两个实例。这些做功的实例有什么共同点？ 物体受到了力；在力的方向上移动了距离。 重物通过钢索拉力的作用上升一段距离 一、功 如图所示是力对物体没有做功的两个实例。力对物体为什么没有做功？ 搬而未起 F 这些力不做功的原因： 物体受到了力；但是没有移动距离。 用力推车，但车未动 一、功 如图所示是力对物体没有做功的实例。力对物体为什么没有做功？ 提着水桶在水平路面上前行 F 分析：水桶沿水平方向运动，而力的方向与运动方向垂直，沿竖直方向。 力不做功的原因： 物体受到了力；但是在力的方向上没有移动距离。 一、功 如图所示是力对物体没有做功的实例。力对物体为什么没有做功？ 冰壶离开手后滑行 分析：冰壶离开手后滑行是由于惯性，人对冰壶没有力的作用。 人不做功的原因： 冰壶虽然移动了距离；但是没有受到人的力的作用。 一、功 一是作用在物体上的力，二是物体在这个力的方向上移动的距离。 （2）力学中的功包括两个必要因素 一、功 3. 力对物体不做功的三种情况 （1）有力无距离（劳而无功） 有力作用在物体上，但物体没动，即物体没有通过距离，力对物体没有做功（力的作用没有成效）。 人用力推车没有推动 F 搬而未起 F 一、功 （2）有距离无力（不劳无功） 物体因为惯性通过一段距离，在运动方向上没有力对物体做功（离开力说功是无意义的）。 冰壶在平滑的冰面上滑行、球在空中飞行时，是由于惯性，在运动方向上没有力做功。 一、功 （3）力与运动距离的方向垂直（垂直无功） 物体受到了力的作用，也通过了一段距离，但通过的距离与力的方向垂直，物体在力的方向上没有通过距离，这个力对物体没有做功（力的作用没有成效）。 服务员托着食品盘送菜 托力F 距离s 背着重物沿水平路面匀速行走 物体通过的距离与力的方向垂直，力不做功。 F 一、功 视频欣赏——《力不做功的三种情况》 一、功 【解析】A．小明拿着篮球，坐电梯匀速下楼，有力在球的运动方向上通过了一定的距离，故小明对篮球做功，故A符合题意; B．小明拿着篮球，站在路口等红灯，有力，但球没有在力的方向上移动距离，故没有做功，故B不符合题意； 【例题1】在下列过程中，小明对篮球做功的是（　　） A．小明拿着篮球，坐电梯匀速下楼 B．小明拿着篮球，站在路口等红灯 C．小明拿着篮球，沿水平路面行走 D．小明将篮球掷出，球在空中飞行 A C．小明拿着篮球，沿水平路面行走，有力，但球没有在力的方向上移动距离，故没有做功，故C不符合题意； D．小明将篮球掷出，球在空中飞行，没有力作用在球上，故没有对篮球做功，故D不符合题意。 故选A。 一、功 （1）观察思考 4. 功的概念与计算 若抓娃娃机的机械手先将重约1N的玩偶沿竖直方向匀速提升0.4m，然后又将另一个重约2N的玩偶沿竖直方向匀速提升0.3m。 能否比较机械手前后两次做功的大小？ 作用在玩偶上的力越大，玩偶在力的方向上移动的距离越大，则机械手所做的功越多。 一、功 （2）功 力学中，功等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积。 （3）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。 F F s 一、功 （4）功的单位 在国际单位制中：力F的单位是牛（N），距离s的单位是米（m） ，则功W的单位是牛•米；它有一个专门的名称叫做焦耳，简称焦，符号是 J。 1J=1N•m 1N的力使物体在力的方向上通过1m的距离时，所做的功为1J 人用力将两个鸡蛋提高1m，所做的功大约是1J 一、功 第一次做功W1 = F1s1=1N×0.4m=0.4J 第二次做功W2 = F2s2=2N×0.3m=0.6J 想一想：你现在可以比较机械手前后两次做功的大小了吧？ 第二次做功多 第一次先将重约1N的玩偶沿竖直方向匀速提升0.4m； 第二次将另一个重约2N的玩偶沿竖直方向匀速提升0.3m。 一、功 （1）公式变形 由功的计算公式W=Fs可知，已知三个物理量中的任意两个，可求第三个。 ①求作用在物体上的力： ②求在力的方向上移动的距离： 式中物理量全部用国际单位制。 （2）F与s具有同时性 即在受力的同时移动了距离，移动距离的同时受了力。 5. 公式的应用 一、功 （3）F与s具有同向性 公式W=Fs中的F是使物体沿力F的方向通过距离s的过程中，始终作用在物体上的力，它的大小和方向都是不变的；s是物体在力F的方向上通过的距离。 例如：运动员用500N的力将足球踢出20m，若用公式W=Fs =500N×20m=10000J计算，结果是错误的，因为踢球的力的作用距离不是20m，要计算运动员对球做的功，关键看脚推动球前进的距离是多少。 （4）F与s具有同体性：即F与s对应同一个研究对象。 一、功 6. 关于克服 阻力做功 如果物体在力的作用下移动的方向与一个力（阻力）的方向相反，我们就说物体克服这个力做功。 例如，在水平面上推动物体前进时，要克服摩擦力做功；提高物体时要克服重力做功。 F拉力 G F推力 f摩擦 一、功 人在爬楼梯时，要克服自己的重力做功，计算做功的大小时，应该用人的重力G乘以楼梯的竖直高度h。 即： W=Gh G h F支持力 一、功 视频讲解——《功的计算》 【例题2】小明背着重G =30N 的书包从1楼匀速登上2楼，再从2 楼楼梯口沿着走廊匀速步行s=5m到教室。 （1）上楼过程中，小明对书包做了多少功？ （2）若忽略人行走时重心的高度变化，则从2楼楼梯口步行至教室的过程中，小明对书包做了多少功？（设每层楼高度h=3m） 一、功 分析：小明匀速登楼和沿走廊匀速步行时，他对书包的作用力F与书包受到的重力G平衡，方向竖直向上。上楼时，书包沿竖直方向移动的距离 h=3 m。沿走廊步行时，书包在竖直方向移动距离为 0。 解：（1）上楼过程中，小明对书包所做的功 W=Fs=Gh= 30N×3m = 90J （2）在走廊上水平行走时，书包在竖直方向上移动的距离为 0，所以小明对书包不做功。 一、功 二、功率 第3节 功与功率 二、功率 1. 比较做功的快慢 （1）现象探究：做功快慢的比较 ①如图所示，在相同时间内，起重机运送的砖比人运送的多，说明起重机做的功比人做的功多。 结论：起重机做功快。 因为起重机和人做功时间相同，起重机做功多。 在相同时间内， 起重机比人做功多 二、功率 ②起重机和人运送同样数量的砖，做相同的功，起重机所用时间短。 结论：起重机做功快。 起重机和人运送同样数量的砖，做相同的功，起重机所用时间短。 做相同的功，起重机 比人所用的时间少 二、功率 （2）探究总结： 要比较物体做功的快慢，必须考虑两个因素： 其一是物体做了多少功； 其二是物体做功所用的时间。 二、功率 人 所做的功（J） 所用时间（s） 甲推货物前进 500 10 乙提高了货物 1200 6 丙举高了木箱 8000 5 甲 乙 丙 想一想：如图中做功的情景，做的功和所用时间都不相同，怎样比较做功的快慢呢? 二、功率 物体 所做的功（J） 所用时间（s） 甲推货物前进 500 10 乙提高了货物 1200 6 丙举高了木箱 8000 5 功/时间（J/s） 50 200 1600 比较方法：分别计算三个物体所做的功与所用时间的比值，该比值越大，则做功越快。 所以丙做功最快，甲做功最慢。 结论：用 可以比较做功的快慢。 二、功率 ①时间相同，比较物体做功的多少，做功多的做功快。 ②做功相同，比较做功的时间，时间短的做功快。 ③功与时间都不相同，用可以比较做功的快慢。 该比值越大，做功越快。 （3）总结：比较做功快慢的方法 二、功率 2. 功率 （1）物理意义：表示物体做功快慢的物理量。 （2）定义：功与做功所用时间之比叫做功率，它在数值上等于在单位时间内所做的功。 （3）公式： 功率 （4）单位 ①国际单位：焦/秒（J/s），又称为瓦特，符号W，1W=1J/s ②工程技术上常用单位：千瓦(kW)； 1kW=103W 二、功率 介绍 经历 主要成就 詹姆斯·瓦特（James Watt，1736年1月19日—1819年8月25日），英国发明家、企业家，第一次工业革命的重要人物，与著名制造商马修·博尔顿合作生产。 瓦特被誉为人类历史上最著名的发明家之一。在历史上最知名的229位发明家中，瓦特与爱迪生并列第一位。为纪念瓦特的贡献，国际单位制中的功率单位以瓦特命名。 1776年制造出第一台有实用价值的蒸汽机。以后又经过一系列重大改进，使之成为“万能的原动机”，在工业上得到广泛应用。他开辟了人类利用能源新时代，使人类进入“蒸汽时代”。 （5）物理学家——瓦特 二、功率 视频讲解——《功率的概念》 二、功率 3. 计算功率的推导公式 （1）推导 力F作用在物体上，物体沿力的方向 以速度v 做匀速直线运动时，则力F 的功率： = 即拉力做功的功率等于力与物体运动速度的乘积。 适用条件：物体做匀速直线运动，F与v在同一条直线上。 F 速度v 二、功率 （2）应用 为什么汽车上坡时，司机经常用换挡的方法减小速度？ 为什么同样一辆机动车，在满载时的行驶速度一般比空载时小得多？ 【分析】机车发动机的最大功率是一定的。由P=Fv可知，牵引力的大小和运动速度成反比。汽车上坡时，需增大牵引力，故要减小速度。 货车在满载时需要增大牵引力，只能减小车辆行驶的速度。 汽车上坡减小速度 货车的速度小于小轿车的速度 二、功率 视频讲解——《功率变形公式及其应用》 二、功率 【例题3】健身教练可以通过改变音乐的节奏来调节健身人士的运动量。从物理学视角分析，主要是改变了人的（　　） A．消耗能量多少 B．做功多少 C．做功时间 D．做功快慢 【解析】健身教练可以通过改变音乐的节奏来调节健身人士的运动量。从物理学视角分析，主要是改变了人的做功快慢，物理上用功率来表示物体做功的快慢，故D符合题意，ABC不符合题意。故选D。 D 【例题4】“复兴号”列车是世界上最先实现350km/h自动驾驶功能的高速列车。当“复兴号”列车以v=350 km/h的速度在某段平直路段上匀速行驶时，若整列车所受牵引力为F=1.2×105N，计算此时牵引力做功的功率P。 二、功率 二、功率 【解】设“复兴号”列车匀速通过某段平直路段的距离为 s，所用时间为 t。牵引力在这一过程中所做的功 W=Fs，则牵引力做功的功率 = 二、功率 在各种机器的铭牌上，都会标注一些描述机器工作性能和结构特征的数据，其中常常有功率这一项。 4. 机器的功率 二、功率 （1）机器中的铭牌 铭牌是指厂家生产的机器投放市场后，向用户提供厂家商标识别、品牌区分、产品参数等信息的固定标识。铭牌主要用来记载生产厂家及额定工作情况下的一些技术数据，以供正确使用而不致损坏设备。 铭牌上面标有一些数据，功率是其中的一项，机器的功率是机器的主要技术性能之一。选购机器时，要根据实际需要选择功率合适的机器。 二、功率 （2）一些常见的功率 脱水功率 420W 洗涤功率 70W 系列PN洗衣机 上市时间 2022.9 二、功率 骑自行车功率约70W 助动车功率约 400 W 家用轿车功率约 102kW 二、功率 万吨巨轮功率约 104kW 客机功率约105kW 二、功率 5. 测量功率 思考：要测量同学爬楼梯的功率，根据什么原理进行？应测量哪些物理量？应选择哪些测量工具 ？ （1）测量人爬楼梯的功率 分析： 由P=W/t=Gh/t 可知，要测量同学爬楼梯的功率，需要测量体重G（或质量m）、楼层的高度h和所用时间t。 二、功率 ①实验原理：P=W/t. ②实验器材：体重计（或磅秤）、卷尺、秒表。 ③实验步骤： 用体重计（或磅秤）测出自己的质量m； 用刻度尺测出所登楼层的高度h； 用停表测出自己上楼所用时间t； 计算出自己爬楼的功率。 ④数据记录表格： G 项目 质量m/kg 高度h/m 时间t/s 功率P/W 甲同学 乙同学 ⑤功率表达式： 二、功率 项目 质量 m/kg 高度 h/m 时间 t/s 完成 次数n 功率P/W 甲同学 乙同学 ①实验原理：P=W/t. ②实验器材：电子秤、卷尺和秒表。 ③实验步骤： 用体重计（或磅秤）测出自己的质量m； 用刻度尺测出完成一次规范引体向上动作时上升的高度h； 用停表测量出连续完成n次规范引体向上动作时需要的时间t； 计算引体向上的功率。 ④数据记录表格： （2）测量引体向上的功率 ⑤功率表达式： 二、功率 【例题4】小刚想粗略地测算自己在单杠上做引体向上的运动时的功率，如图所示。 （1）需要的测量工具：体重计、秒表、________。 （2）小云采用了合适的方法，记录数据，请帮他在空格处补上相应的数据。 刻度尺 122.5 294 臂长 L/m 质量 m/kg 拉上去 的次数 总时间 t/s 拉一次克服 重力所做的 功W/J 功率 P/W 0.6 50 5 12 二、功率 【解析】（1）引体向上是克服自身重力做功的，所以需要知道每次引体向上身体上升的高度，需要使用刻度尺进行测量。 （2）通过表格分析可知，完成一次引体向上时，升高的距离为0.6m，重力为G=mg=50kg×9.8N/kg=490N 拉一次克服重力所做的功为W1=Gh=490N×0.6m=294J 5次所做的功为W=5W1=1470J 功率为 二、功率 视频讲解——《测量引体向上的功率》 三、课堂总结 第3节 功与功率 课堂总结（1） ①概念：如果一个力作用在物体上，并使物体在这个力的 方向上移动了一段距离，就称这个力对物体做了机械功。 ②做功包含两个必要因素：一是作用在物体上的力， 二是物体在这个力的方向上移动的距离。 ③大小：功等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积。 ④公式：W=Fs ⑤国际单位是焦，符号是J。 ①物理意义：表示做功快慢的物理量。 ②定义：功与做功所用时间之比叫做功率。 ③公式： ④单位：国际单位是瓦（W）；常用单位有kW。1kW=103W ⑤功率的推导公式： P=W/t=Fs/t =Fv 功与功率 机械功 功 率 59 课堂总结（2） 60 课堂总结（3） 物理量 定义 物理意义 公式 单位 功W 功率P J（焦） W（瓦） W=Fs P=W/t 功等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积。 功与做功所用时间之比叫做功率。 表示做功 的快慢 表示力 的“成效” 功与功率的区别 61 五、课堂练习 第3节 功与功率 课堂练习 1. 下列现象中，人施加在物体上的力对物体做功的是（　　） A． 举着杠铃原地不动 B． 沿水平地面推动小车 C． 人提水桶沿水平地面匀速运动 D． 用力推石头但没有推动 B A B C D 课堂练习 【解析】A．举着杠铃原地不动，人对杠铃有向上的力，但杠铃没有在力的方向上移动距离，没有做功，故A不符合题意； B．沿水平地面推动小车，人对小车有向前的力，小车在力的方向上移动距离，人对小车做功，故B符合题意； C．人提水桶沿水平地面匀速运动，人给水桶一个竖直的力，而水桶水平移动没有在力的方向上通过的距离，没有做功，故C不符合题意； D．用力推石头但没有推动，人对石头有力的作用，但石头没有在力的方向上移动距离，没有做功，故D不符合题意。 故选B。 课堂练习 2. 起重机将1000N的重物先竖直向上匀速提升3m，再悬停6s，起重机对重物做功情况是（ ） A．提升过程做了功，悬停过程做了功 B．提升过程不做功，悬停过程不做功 C．提升过程不做功，悬停过程做了功 D．提升过程做了功，悬停过程不做功 D 【解析】做功的两个必要条件：有力作用在物体上；物体在力的方向上通过一段距离。起重机将1000N的重物先竖直向上匀速提升3m过程中，起重机对物体做功，再悬停6s过程中，有力作用在物体上，物体在力的方向上没有通过一段距离，故起重机对重物不做功，故D符合题意，ABC不符合题意。故选D。 3. 北京冬奥会上，运动员孔凡影从斜坡上A点沿直线滑到B点过程中，拍摄的频闪照片如图所示，若相机每隔0.2s闪拍一次，则孔凡影在AB间，重力做功的功率最接近于（　　） A．7W B．70W C．700W D．7000W D 课堂练习 【解析】 运动员的身高约为1.7m，由图知，AB间高度差约为3个运动员的身高，根据题意可知相机每隔0.2s闪拍一次，则运动时间 t=2×0.2s=0.4s 运动时竖直向下的平均速度 孔凡影的重力约600N，重力做功的功率 故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 课堂练习 4. 如图所示是当今流行的平衡车。某品牌平衡车的功率为240 W，能以10.8 km/h的速度在平直的道路上连续匀速行驶10km，则它在这个过程中受到的阻力为____N，行驶这1km所做的功为________ J。 【解析】①由公式 P ②行驶这10 km所做的功 W=Fs=80 N×103m=8×104J 80 8×104 课堂练习 5．如图所示，我国自主研发的某款人形机器人身高1.65米，某次测试中该机器人用100牛竖直向上的力将箱子在2秒内匀速抬高1米。求： （1）箱子所受的重力G； （2）机器人对箱子做功的功率P。 课堂练习 【解析】（1）用100牛的力将箱子匀速向上抬高，此时箱子处于平衡状态，箱子受到的重力和向上的提力是一对平衡力大小相等，则箱子所受的重力为G=F=100N （2）机器人对箱子做的功为W=Fs=100N×1m=100J 机器人对箱子做功的功率为 课堂练习 （2）比较图甲、乙可知，_____图中工人做功快，判断依据是：_____。 6．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，三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。 课堂练习 做功相同， 甲用时间少 甲 丙 甲 （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P=50W，其表示的物理意义是____________。 课堂练习 工人搬东西时每秒做功50J 丙 相同时间内，丙做功较多 功率 【解析】 （1）由图中信息知，图丙的重物重力最大，上升的高度相同，由W=Gh可知，对重物做功最多的是图丙中的工人；由图知，甲用时40s，图乙、丙的工人用时45s，做功时间最短的是图甲中工人。 （2）图甲、乙的工人所搬重物的重力相同，上升的高度相同，由W=Gh可知，图甲、乙所做的功相同，甲用时40s，图乙、丙的工人用时45s，甲图中工人做功快，判断依据是：做功相同，甲用时间少。 （3）比较图乙、丙可知，丙所提重物的重力大，提升高度相同，由W=Gh可知，丙比乙对重物做功多，二者用时相同，丙图中工人做功快，判断依据是：相同时间内，丙做功较多。 （4）甲、丙两图中，工人做的功不等，用的时间不同，为了能够比较甲、丙两图中工人做功的快慢，物理学中用功率表示做功的快慢，即用单位时间做功的多少来表示做功的快慢，写成公式P=W/t。 （5）功率表示做功的快慢，某工人搬东西时P=50W，其表示的物理意义是某工人搬东西时每秒做功50J。 课堂练习 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 $