資源簡介

(共34張PPT)
第三章 能量的轉(zhuǎn)化與守恒
第3節(jié) 能量轉(zhuǎn)化的量度
浙教版 科學（初中）
九年級上
1
課堂導(dǎo)入
觀察思考
舉重運動員舉起杠鈴時，會將體內(nèi)貯存的化學能轉(zhuǎn)化為杠鈴的勢能
圖3-24 運動員舉起杠鈴
起重機提升重物時，將電能轉(zhuǎn)化為重物的動能和勢能
圖3-29 塔式起重機
為了量度能量轉(zhuǎn)化的多少，描述能量轉(zhuǎn)化的快慢，我們需要學習功和功率的相關(guān)知識。
能量轉(zhuǎn)化過程中，知道有多少能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化嗎？
互動學習
2
一、功的含義
運動員舉著杠鈴不動
運動員舉著杠鈴不動需要用很大的力，舉重運動員做功了嗎？
那么，怎樣理解做功的含義？
從科學的角度來看，當運動員舉著杠鈴不動時，雖然要用很大的力，但此時運動員并沒有對杠鈴做功。
1. 圖 3-25 和圖 3-26 是物體在力的作用下做功的實例。想一想，在這兩個實例中有什么共同特點？
圖3-25 叉車把貨物從地面抬升到一定高度
叉車把貨物從地面抬升到一定高度
F
S
圖3-26 人推小車在水平路面上通過一段路程
(1)共同特點：貨物和小車都受到了力的作用，并且都在力的方向上運動了一段距離。
人推小車在水平路面上通過一段路程
F
S
說明：力做功也常說成物體做功，如人的推力對小車做功，也可以說成人對小車做功。
在科學上，如果物體受到力的作用，并且在這個力的方向上通過了一段距離，我們就說這個力對物體做了功（work）。
人對小車做功
F
S
(2)功
2. 圖 3-27 和圖 3-28 是物體在力的作用下沒有做功的實例。想一想，在這兩個實例中有什么共同特點？
圖3-27 人用力搬石頭，
石頭沒有搬動
F
S=0
因為石頭雖然受到人對它向上力的作用，但沒有在這個力的方向上通過一段距離，因此人對石頭沒有做功。
圖3-28 人提書包在水平路面上勻速通過一段距離
F
S
書包受到人的提力的方向是豎直向上的，而書包是在水平方向通過一段距離，在提力方向上沒有通過一段距離，因此提力也沒有做功。
共同特點:有力作用在物體上，但在力的方向上沒有移動一段距離。
科學上，做功必須包含兩個必要因素：
通過上面的實例分析，你能說出一個物體對另一個物體做功的必備條件嗎？
一是作用在物體上的力
二是物體在力的方向上通過一段距離。
注意：做功兩個條件缺一不可。
（3）不做功有幾種類型
①、勞而無功：有F，無s
盡管人對車用了力，但車沒有移動距離，所以人對車沒有做功。
人推車沒推動
②不勞無功：無F, 由于慣性而有s
物體沒有受到力的作用，由于慣性而通過一段距離所以人對球不做功。
人踢出球后，球在路面滾動
③垂直無功：有F, 有s, 但F、s互相垂直。
物體受到某力的作用，但運動方向始終與該力方向垂直。
提著公文包在水平路面上運動
F
S
1．做功跟我們?nèi)粘Ｋf的“做工” 或“ 工作”一樣嗎？
“做工”更多的是從事體力勞動，在體力勞動中，有可能做功，也可能不做功。
“工作”可以是體力勞動，也可能是腦力勞動。“腦力勞動”是不做功的。
2．塔式起重機下掛著重物，在重物靜止不動、勻速向上運動、沿水平方向勻速移動三種情形中，鋼索的拉力是否都對重物做了功？
①重物靜止不動
圖3-29 塔式起重機
這兩種情況鋼索的拉力對重物沒有做功，
因為在力的方向上沒有移動距離。
③勻速向上運動
②沿水平方向勻速移動
鋼索的拉力對重物做了功
互動學習
2
二、功的計算
功有大小：
（1）科學上規(guī)定：功等于力跟物體在力的方向上通過的距離的乘積。
即：功＝力 × 距離
叉車抬起的貨物越重，作用的力越大，它做的功就越多；
叉車把貨物從地面上抬升的高度越高，它做的功也越多。
（2）功的計算公式可表示為：W ＝ Fs
用 F 表示力，s 表示物體在力的方向上通過的距離， W 表示功
（3）在國際單位制中，力的單位是N，距離的單位是m，功的單位是N·m
為了紀念英國物理學家焦耳的貢獻，人們便用他的名字焦耳作為功的單位，簡稱焦，用
符號J表示，1J=1N·m
1 焦＝ 1 牛·米
生活中常見的焦耳有多大？
1、把1 只雞蛋舉高2 米，做的功大約是1 焦
3、將一瓶500 mL的礦泉水從地上拿起并舉高，做功約10J
2、把一本《科學》從地面撿起放回桌面所做的功大約為2焦耳
1 只雞蛋≈50g W=Fs=Gh≈1J
一本《科學》≈200g W=Fs=Gh≈2J
500 mL=500g 舉高≈2m W=Fs=Gh≈10J
如圖所示，有一物體重 100 牛，把該物體從地面勻速舉到高為 1 米的桌面上，做了多少功？
如果將這個物體用30 牛的力沿水平地面勻速拖動10 米，做了多少功？
F1
F2
科學上規(guī)定：功等于力跟物體在力的方向上通過的距離的乘積。
應(yīng)用功的計算公式時應(yīng)注意：
①分清是哪個力對物體做了功，計算功時F 就是這個力；
②距離s是否是沿F的方向上通過的距離；
③力F在使物體沿著它的方向移動距離s的過程中，其大小和方向不變。
解:（1）勻速提升物體所用的向上的力：F1 ＝ G ＝ 100 牛
物體在力的方向上通過的距離：s1 ＝ 1 米
所以力F1 所做的功為：W1 ＝ F1s1 ＝ 100 牛×1 米＝ 100 焦
（2）拖動物體所用的水平拉力：F2 ＝ 30 牛
物體在力的方向上通過的距離：s2 ＝ 10 米
所以力F2 所做的功為：W2 ＝ F2s2 ＝ 30 牛×10 米＝ 300 焦
答：舉高物體做功100 焦；拖動物體做功300 焦。
互動學習
2
三、功和能的關(guān)系
結(jié)合舉重和人推車等事例，談?wù)勀芰康霓D(zhuǎn)化與做功的關(guān)系。
舉重運動員具有能量才能對杠鈴做功，做功時消耗的能量轉(zhuǎn)化為杠鈴的勢能；
推車的人有能量才能對車做功，做功時消耗的能量轉(zhuǎn)化為車的動能以及由于摩擦而產(chǎn)生的熱能。
物體對外界做功時，要消耗其自身的能，所以做功的過程實質(zhì)上是能量轉(zhuǎn)化的過程。
力對物體做了多少功，就有多少能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化。
可以用功來量度能量轉(zhuǎn)化的多少，能量的單位與功的單位一樣，也是焦耳。
焦耳是英國著名的實驗物理學家。他從小就對實驗著迷，在家里做起了各種實驗，后來成為一名業(yè)余科學家。1840 年，焦耳通過對電流的熱效應(yīng)的研究，得出了著名的焦耳定律。焦耳定律給出了電能向熱能轉(zhuǎn)化的定量關(guān)系。
焦耳特別熱衷于熱功當量的實驗測量。1847 年，他完成了熱功當量測量的經(jīng)典實驗：先是測量一桶水的溫度，然后把銅制的翼輪放入水中，用下落的砝碼帶動翼輪轉(zhuǎn)動來攪動水，使水的溫度升高。焦耳測量了翼輪所做的功和水溫的升高，從而計算出多少機械能產(chǎn)生多少熱，這個值被稱為“熱功當量”。
焦耳從 1843 年開始測量熱功當量，直到 1878 年最后一次發(fā)表實驗結(jié)果，先后做實驗不下四百余次，并且采用了原理不同的各種方法，測量了他能想到的各種過程所產(chǎn)生的熱——包括機械的、電的、磁的，獲得了大量的實驗數(shù)據(jù)。他以極其精確的數(shù)據(jù)，為熱和功的相當性提供了可靠的證據(jù)。人們?yōu)榱吮磉_對他的敬意，將功和能量的單位叫做焦耳。
3
課堂小結(jié)
典例分析
考點一：功的含義
4
【典型例題1】
一位同學正在進行投擲實心球的訓練，以下情境中，他對實心球做功的是（　　）
A．將球從地面托起舉過頭頂 B．手托球水平勻速直線運動
C．拋出后的球在空中繼續(xù)運動 D．手拿球靜止在空中
A
【遷移訓練1】
小李同學先后用同樣大小的力F使同一木箱分別在如圖所示甲、乙、丙三個表面上沿力的方向移動相同的距離，該力F在這三個過程中所做的功分別為W甲、W乙、W丙，關(guān)于做功大小的下列說法正確的是（　　）
A.W甲＜W乙＜W丙 B.W甲＞W(wǎng)乙＞W(wǎng)丙
C.W甲=W乙=W丙 D.W甲=W乙＜W丙
C
考點二：功的計算
【典型例題2】
如圖甲所示，水平地面上的一物體，受到方向不變的水平推力F的作用，F(xiàn)的大小與時間t關(guān)系和物體速度v與時間t的關(guān)系如圖乙所示。則第2秒末時，物體處于　 　狀態(tài)，第4秒末時，物體受到的摩擦力是　 　N，第6秒末到第9秒末，推力F做功是　 　J．
靜止
4
24
【遷移訓練1】
如圖為某型號中型履帶式水陸兩棲突擊車，它采用了輕質(zhì)鋁合金裝甲車體，進一步增強了水中浮渡能力，該兩棲車裝配有輸出功率為1.1×106W的發(fā)動機，g取10N/kg。求：
（1）在海面訓練過程中，發(fā)射多枚炮彈后，車體向上浮起了一些，車體底部受到水的壓強將　 　 　　，在陸地上行駛，履帶可以車體對地的壓強　 　 　 　（均選填“增大”、“減小”或“不變”）。
（2）兩棲車的總質(zhì)量約為20t，在深水中漂浮時，它受到的浮力是多少N？
（3）兩棲車在陸地上以36km/h勻速行駛了72km過程中，發(fā)動機做了多少功
減小
減小
3×105N
7.92×109J
考點三：功和能的關(guān)系
【典型例題3】
小李同學先后用同樣大小的力F使同一木箱分別在如圖所示甲、乙、丙三個表面上沿力的方向移動相同的距離，該力F在這三個過程中所做的功分別為W甲、W乙、W丙，關(guān)于做功大小的下列說法正確的是（　　）
A.W甲＜W乙＜W丙 B.W甲＞W(wǎng)乙＞W(wǎng)丙
C.W甲=W乙=W丙 D.W甲=W乙＜W丙
C
【遷移訓練1】
如圖所示，小球從A點由靜止釋放，小球?qū)⒆詣訌腁點向B點擺動，在此過程中細繩（不發(fā)生形變）作用在小球上的拉力對小球　 　（選填“做”或“不做”）功；小球在　 　點時的動能最大。
不做
B

展開更多......

收起↑