第十一章 功和机械能 讲义 -2025-2026学年人教版物理八年级下学期

本初中物理讲义聚焦《功和机械能》，系统梳理功的两个必要因素及不做功的三种情况，功的计算方法，功率的定义及公式，动能和势能的影响因素，以及机械能的转化与守恒，构建从基础概念到能量转化的完整学习支架。 资料通过实验探究（如动能实验用控制变量法和转换法）培养科学探究和科学思维，结合举鸡蛋做功、爬楼梯功率测量等生活实例加深理解，焦耳事迹渗透科学态度。课中辅助教学，课后助力学生回顾强化，查漏补缺。

第十一章 《功和机械能》讲义 第一节　功 观察思考：马拉着车前进，车受到几个力的作用？哪些力对小车的移动有“功效”或“贡献”？ 　　 如图所示，车受到4个力的作用，在竖直方向上小车没有运动，所以重力和支持力没有“功效”。在马的拉力作用下，车在前进，拉力有“功效”。所以，马的拉力对车做了功。 如果某个力对物体的移动做出了贡献，取得了成效，就说这个力对物体做了功。 1．力学中的功 （1）功的概念：物体在力的作用下，沿这个力的方向移动了一段距离，就说这个力对物体做了功。 （2）做功的两个必要因素：①作用在物体上的力；②物体在力的方向上移动的距离。 有时为了叙述方便，某个力做功往往也说成施力的物体做了功。如人推车，推力做了功，也常说人做了功。 例　根据做功的两个要素判断下面的实例做了功吗？ 　　 　　　　　　　 甲　　　　　　　　　　　　乙　　　　　　　　　丙　　　　　　　　丁 甲：小车在推力作用下向前运动了一段距离，推力做了功。 乙：搬石头没有搬动，人对石头的作用力没有对石头做功。 丙：提着滑板在水平路面上前行，人提滑板的力没有对滑板做功。 丁：物体在绳子拉力作用下上升了一段高度，拉力做了功。 （3）不做功的三种情况 ①有力无距离(不动无功)：有力作用在物体上，但物体在力的方向上没有通过距离。 ②有距离无力(不劳无功)：物体不受力，由于惯性继续运动。 ③力和距离垂直(垂直无功)：有力作用在物体上，也有距离，但力和距离垂直。 　　　　　　 举着不动　　　　 没推动　　　　　　冰壶滑行　　　　　足球飞行　　　　水平前进 2．功的计算 （1）定义：功等于力与物体沿力的方向移动距离的乘积。 （2）公式：功＝力×距离，即：W＝Fs　　变形式：， 其中：W－功－焦耳(J)， F－力－牛(N)， s－距离－米(m) （3）单位：焦耳(J)， 1 J＝1 N·m 1 N的力使物体在力的方向上通过1m的距离时所做的功为1 J。 （4）运用公式注意 ①单位要统一。 ②同时性：力和物体移动距离必须对应同段时间。 ③同向性：公式中的F与s必须在同一直线上。 例　感受功的大小： （1）将两个鸡蛋举高一米所做的功：W＝Fs＝1N×1m＝1J （2）体重为500 N的学生从1楼上到3楼所做功：W＝Fs＝500 N×6 m＝3000 J （3）将500 mL的矿泉水从地上拿到2 m高的位置所做的功：W＝Fs＝0.5 kg×10 N/kg×2 m＝10 J 伟大的物理学家——焦耳 焦耳是一位主要靠自学成才的科学家，他对物理学做出重要贡献的过程不是一帆风顺的。1843年8月， 在考尔克的一次学术报告会中提出热量与机械功之间存在着恒定的比例关系，并测得热功当量的值。这一结论遭到当时许多物理学家的反对。 为了证明这个发现是成功的，焦耳以极大的毅力，采用不同的方法，长时间地反复进行实验。直到1850年，焦耳的科学结论终于获得了科学界的公认。从1849到1878年，焦耳反复做了四百多次实验，结果都相差不远。 第二节　功率 思考：在建筑工地上将同一堆砖全部运送到同一个楼顶上。一个是工人直接搬，一个是用吊车吊运。 这两种方法：①做功的多少相同吗？②做功的快慢相同吗？ 解析：根据W＝Fs＝Gh可知，做功一样多；但所用时间不一样，所以做功快慢不同。 力做功有多少的不同，还有快慢之分。怎样表示做功的快慢？ 1．比较做功快慢的方法 （1）做功相同，比较做功的时间，时间短的做功快。 （2）时间相同，比较做功的多少，做功多的做功快。 如果做功时间和做功多少都不一样，如何比较做功的快慢？——功率（单位时间内做功的多少） 2．功率 （1）定义：功与做功所用时间之比叫做功率。 （2）公式：，即：P＝　　变形式：W＝Pt， 瓦特 James Watt 英国发明家1736-1819 其中：P－功率－瓦特(W)，　W－功－焦耳(J)，　t－时间－秒(s) （3）单位：瓦特(W)、千瓦(kW)　　1 kW＝103 W 1 W＝1 J/s，表示物体在1s时间内做了1J的功。 （4）物理意义：表示做功的快慢。 （5）功率的推导式：P＝＝＝Fv ① P＝Fv　　变形式：， 其中：P－功率－瓦特(W)，　F－力－牛顿(N)，　v－速度－米每秒(m/s) ②适用条件：F与v在同一条直线上。 3．功和功率的计算 （1）功：W＝Fs，　W＝Pt （2）功率：P＝，　P＝Fv 测量人爬楼梯的功率 ①用体重计测出自己的质量m，求出自己的重力G，G＝mg； ②用皮尺测出所爬楼层的高度h，求出爬楼所做的功W，W＝Gh； ③用秒表测出爬楼所用的时间t，计算爬楼的功率P，P＝＝。 例1　在举重比赛时，一运动员在第一阶段把150kg的杠铃在3s内举过3m高的头顶，第二阶段使杠铃在空中停留3s。下列关于运动员对杠铃做功的说法，错误的是（　B　） A．他在第一阶段内做功为4500J B．他在第二阶段内做功为4500J C．他在第一阶段内做功功率为1500W D．他在第二阶段内做功功率为0W 例2　甲、乙两人爬楼梯比赛，已知两人体重之比为2∶3，爬升相同高度所用的时间之比为4∶3，则甲、乙两人爬楼梯的功率之比为（　D　） A．9∶8　　　　　　　B．8∶9　　　　　　　C．2∶1　　　　　　　D．1∶2 第三节　动能和势能 观察思考：下列现象中，哪些物体能做功？ 　　　 流动的水推动皮筏　　 狂风吹倒树木　　 滚下的巨石砸毁路面　 拉弯的弓把箭射出 　　　 　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 流动的水具有能量　　 狂风具有能量　　 山顶的巨石具有能量　 拉弯的弓具有能量 1．能量 （1）物体能够做功，就说它具有能量。 物体能够做的功越多，它具有的能量就越大。 （2）单位：能量的单位和功的单位相同，也是焦耳（J）。 2．动能 （1）定义：物体由于运动而具有的能，叫做动能。　（一切运动的物体都具有动能） （2）大小：物体动能的大小跟质量和速度有关。 物体的质量越大，运动速度越大，它的动能就越大。 　　　　 　 湍急的流水　　　　　疾驰的汽车　　　　 飞行的子弹 实验：物体动能的大小跟哪些因素有关 （1）猜想假设：物体动能的大小可能跟质量和速度有关。 （2）实验方法：控制变量法、转换法 转换法——木块被撞后运动的距离反映小球动能的大小。 （3）实验步骤： ①让质量不同的小球从斜面同一高度由静止滚下，观察小球推动木块的距离；（甲、乙） 从同一高度由静止滚下的目的：使小球到达水平面时的速度相同。 ②让同一小球先后从斜面不同高度由静止滚下，观察小球将木块推动的距离。（甲、丙） 从不同高度由静止滚下的目的：使小球到达水平面时的速度不同。 （4）实验结论：物体动能的大小跟质量和速度有关。 ①质量相同的物体，运动速度越大，它的动能越大； ②运动速度相同的物体，质量越大，它的动能越大。 汽车的质量越大，速度越大，动能就越大；所以不能超速行驶，也不能超载。 3．势能 3.1.重力势能 （1）重力势能：物体由于位置较高而具有的能，叫做重力势能。 （2）重力势能的大小跟质量和高度有关。 物体的质量越大，位置越高，它的重力势能就越大。 　　　　　 　 举高的重锤　　　　　 天上的飞机　　　　　高空的热气球 实验：重力势能的大小跟哪些因素有关 　　　　 （1）猜想假设：重力势能的大小可能跟高度和质量有关。 （2）实验方法：控制变量法、转换法 转换法——小桌陷入沙中的深度反映重力势能的大小。 （3）实验步骤： ①让同一重物从不同高度由静止落下，砸在小桌上，观察小桌陷入沙中的深度； ②让质量不同的重物从相同高度由静止落下，观察小桌被砸陷入沙中的深度。 （4）实验结论：重力势能的大小跟高度和质量有关。 ①质量一定时，物体的位置越高，重力势能就越大； ②高度一定时，物体的质量越大，重力势能就越大。 3.2.弹性势能 （1）弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能，叫做弹性势能。 （2）物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能就越大。 弓的形变越大，箭射得越远，弓具有的弹性势能越大。 　　　　 　 拉弯的弓　　　　 压弯的撑杆　　　 压弯的跳板 3.3.势能：重力势能和弹性势能统称为势能。 第四节　机械能及其转化 1．机械能 （1）动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。 （2）物体具有的机械能等于动能和势能之和。 物体可以既有动能，又有势能；动能和势能之间可以相互转化。 2．机械能的转化和守恒 （1）动能和势能的相互转化 ①单摆、秋千、滚摆、过山车、抛体运动 下降过程：重力势能转化为动能； 上升过程：动能转化为重力势能。 　　　　　　 　　　　　 　　　　　单摆　　　　　　　　　　　　　　 滚摆　　　　　　　　　　 过山车 如果没有空气阻力和摩擦力，单摆和滚摆每次都会上升到原来的高度。 ②卫星的运动 远地点→近地点：重力势能转化为动能；卫星　　　　　　　射箭　　　　　蹦床运动 近地点→远地点：动能转化为重力势能。 ③弯弓射箭 弓的弹性势能转化为箭的动能。 ④蹦床 运动员下落：重力势能转化为动能； 接触蹦床后：运动员的动能转化为蹦床的弹性势能。 ⑤弹簧和小球 小球压缩弹簧：小球的动能转化为弹簧的弹性势能。 弹簧弹开小球：弹簧的弹性势能转化为小球的动能。 （2）机械能守恒：当只有动能和势能相互转化时，机械能守恒。 （没有摩擦） 3．水能和风能的利用 （1）水能和风能属于机械能。 （2）水能的利用（水力发电）：水的重力势能→水的动能→水轮机的动能→电能。 （3）风能的利用（风力发电）：风的动能→电能。 　　　 　　　水车　　　　　　水力发电　　　　　　　帆船　　　　　　　风力发电 1 学科网（北京）股份有限公司 $