八年級物理做功的快慢

1、功基本要求： 1. 知道機(jī)械功的概念，能用生活、生產(chǎn)中的實(shí)例解釋機(jī)械功的含義。 2. 學(xué)習(xí)從物理現(xiàn)象中歸納簡單的規(guī)律，認(rèn)識做功的兩個(gè)必要因素。 3. 理解功的計(jì)算公式。 4. 知道功率的概念，能用比較的方法得出功率的概念。 5. 知道功率單位的含義并能形成具體的觀念。 6. 會(huì)計(jì)算簡單的功率問題。二、重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)內(nèi)容：（1）做功的兩個(gè)必要因素和功的計(jì)算，以及判斷一個(gè)力是否做功。（2）功率概念的得出和功率的計(jì)算。難點(diǎn)內(nèi)容：對功和功率的理解。重點(diǎn)內(nèi)容的講解：1. “功”的引入 早期，人們在使用簡單機(jī)械時(shí)發(fā)現(xiàn)，省力的機(jī)械不省距離，省距離的機(jī)械不省力。力和距離之間到底存在著什么樣的關(guān)系呢？為了評價(jià)機(jī)

2、器的功效，機(jī)械師們提出了“功”的概念，后來這一概念被引入到物理學(xué)中。 “功”是個(gè)多義詞，有“貢獻(xiàn)”的意思，如功勞、立功；有“成效”的意思，如大功告成、事半功倍大家還可以舉出別的意思。力學(xué)里所說的“功”，吸收了“成效”的意思，但是還有它的特殊含義。力學(xué)主要研究力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。當(dāng)一個(gè)力作用在物體上，物體在這個(gè)力作用下通過了一段距離，這個(gè)力的作用就有了成效，力學(xué)里就說這個(gè)力做了功。如圖所示：叉車的舉力對貨物做了功，直升機(jī)的拉力對鐵塔做了功，燃燒的氣體的壓力對火箭做了功，馬的拉力對圓木做了功。也可以簡單地說叉車、直升機(jī)、燃燒的氣體和馬做了功。 我們可以做這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)： （1）利用下圖杠桿提起砝碼。將砝

3、碼重G、動(dòng)力手的拉力F（由計(jì)算得出），以及測出的砝碼升高的距離h和手移動(dòng)的距離S，填入下表，算出砝碼重G與砝碼升高高度h的乘積Gh和動(dòng)力F與動(dòng)力移動(dòng)距離S的乘積FS。 （2）照下圖那樣利用動(dòng)滑輪提起砝碼，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果填入上表。分析這些數(shù)據(jù)時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)無論使用哪種簡單機(jī)械，用動(dòng)力乘以動(dòng)力移動(dòng)的距離總等于阻力乘以阻力移動(dòng)的距離。于是人們認(rèn)識到，力和物體在力的方向上移動(dòng)距離的乘積，是一個(gè)很有意義的物理量。 物理學(xué)中把力和物體在力的方向上通過的距離的乘積叫做機(jī)械功，簡稱功，用字母“W”（work）來表示。2. 怎樣才算做功 如下圖所示：手推車在推力F的作用下移動(dòng)了一段距離S，此時(shí)推力F就對手推

4、車有了成效，也就是做了功。 如下圖所示：塔吊的拉力F將重物提高了高度h，拉力就對重物做了功。 小孩用力推大石塊，但沒有推動(dòng)，有作用在物體上的力，但物體沒有在力的方向上移動(dòng)，力的成效等于零，力學(xué)里就說沒有做功。在極光滑的水平冰面上滑動(dòng)的冰塊，靠慣性做勻速直線運(yùn)動(dòng)，雖然在水平方向上通過了距離，但并沒有水平方向的力作用于它，所以沒有什么力做功。 通過這幾個(gè)例子我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)物體對另一個(gè)物體做功的必備條件有兩個(gè)，一是作用在物體上的力，二是物體在力的方向上通過的距離。3. 怎樣計(jì)算功 力越大，使物體移動(dòng)的距離越大，力做的功就越多。 物理學(xué)中規(guī)定：功等于力跟物體在力的方向上通過的距離的乘積。 功力距離 如果

5、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，上式可以寫成WFS。如果一個(gè)力拉著物體在豎直方向運(yùn)動(dòng)，做功的多少還可以用公式WGh來計(jì)算。 在國際單位制中，力的單位是牛，距離的單位是米，功的單位是牛米，它有一個(gè)專門名稱叫做焦耳，簡稱焦，符號是J，1J1Nm。 把1個(gè)雞蛋舉高2m，做的功大約是1J；將一瓶500ml的礦泉水從地上拿起，做功約10J；將一袋10kg的大米扛到肩上，做功約150J；體重為600N的某學(xué)生從一樓走到二樓，做功約1800J。4. 一個(gè)重要的原理 在第一個(gè)問題，“功”的引入中，對于任何一個(gè)機(jī)械都是要省力就要費(fèi)距離，而且越省力的機(jī)械越費(fèi)距離；要省距離就要費(fèi)力，而且越省

6、距離的機(jī)械越費(fèi)力，那么人們使用機(jī)械能不能省功呢？我們通過剛才的實(shí)驗(yàn)并將數(shù)據(jù)填寫在表格中，通過數(shù)據(jù)的分析我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)重要的規(guī)律：使用機(jī)械時(shí)，人們所做的功，都不會(huì)少于直接用手所做的功，也就是使用任何機(jī)械都不省功。這個(gè)結(jié)論叫做功的原理。5. 做功的快慢 前面我們研究了做功多少的問題，做功還有一個(gè)快慢的問題。接下來我們就來研究做功的快慢。 建筑工地上要把幾百塊磚送到樓頂，如果用定滑輪往上運(yùn)，要幾小時(shí)，如果用起重機(jī)，幾分鐘就行了。怎樣表示做功的快慢呢？ 我們知道要比較物體做功的快慢，必須考慮兩個(gè)因素：其一是物體做了多少功W；其二是物體做功所用去的時(shí)間t。同學(xué)們還記得我們是如何比較物體運(yùn)動(dòng)的快慢的嗎？我

7、們用了三種方法，其一是在時(shí)間相同的情況下我們比較物體運(yùn)動(dòng)的路程；其二是在路程相同的情況下我們?nèi)ケ容^物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間；如果運(yùn)動(dòng)的路程和時(shí)間均不相同，那我們就比較物體在單位時(shí)間內(nèi)通過不定期的路程，也就是比較速度。同理，比較做功的快慢，方法一是在做功多少相同的情況下，比較做功的時(shí)間，當(dāng)然是用時(shí)較短的做功較快了；方法二是在做功時(shí)間相同時(shí)，比較做功的多少，當(dāng)然是做功多的做功快。以上兩種方法均有局限性，一方面是在做功多少和做功時(shí)間中必定要有一個(gè)量相同，另一方面，只能是定性的比較一下誰做功快，但究竟快多少卻無從得知。方法三是在做功時(shí)間和做功多少均不相同時(shí)，那我們就來比較物體在單位時(shí)間內(nèi)做功的多少。 在物理學(xué)中

8、我們就把物體在單位時(shí)間內(nèi)完成的功叫做功率，用字母P表示。 從功率概念的含義出發(fā)，計(jì)算功率大小的公式可寫作：功率功/時(shí)間 如果用W表示功，t表示時(shí)間，P表示功率，上式可以寫成 在國際單位制中，功的單位是焦，時(shí)間的單位是秒，功率的單位是焦/秒，它有一個(gè)專門名稱叫做瓦特，簡稱瓦，符號是W。1W1J/s。 工程技術(shù)上還常用千瓦（kW）、兆瓦（mW）作為功率的單位。 1kW103W 1mW106W 通過上面的學(xué)習(xí)我們發(fā)現(xiàn)： 1. 功率是用來描述物體做功快慢的物理量。 2. 由功率的定義式可知，只有功的單位用焦耳，時(shí)間的單位用秒，功率的單位才是瓦特，且1瓦特=1焦秒。 3. 當(dāng)功一定時(shí)，功率與做功時(shí)間成反

9、比；當(dāng)做功時(shí)間一定時(shí)，功率與功成正比；當(dāng)功率一定時(shí)，功與做功時(shí)間成正比。 4. 由WFS還可求出另一個(gè)計(jì)算功率的公式，P=Fv。在這個(gè)公式中，若v為平均速度，P就是機(jī)械的平均功率；若v為某一時(shí)刻的速度，P就是機(jī)械這一時(shí)刻的功率。這個(gè)公式在有關(guān)運(yùn)動(dòng)學(xué)的計(jì)算中常常用到。 有了功率的知識，我們就可以比較物體做功的快慢，也就是物體做功的功率了。只要我們測出物體所做的功，然后再測出做功所用的時(shí)間，二者之比就是物體做功的功率。同學(xué)們想過怎樣測自己上樓時(shí)的功率嗎？ 功率是機(jī)器的主要技術(shù)性能之一，選購機(jī)器時(shí)，要根據(jù)實(shí)際需要和可能選擇功率合適的機(jī)器。一般機(jī)器上都有一個(gè)小牌子叫做銘牌，上面標(biāo)明了這臺(tái)機(jī)器的工作性能

10、和結(jié)構(gòu)特征的一些數(shù)據(jù)，功率是其中的一項(xiàng)。了解機(jī)器的功率數(shù)值在選用機(jī)器時(shí)很重要，例如洗衣機(jī)的洗滌功率是350W，洗衣機(jī)的電動(dòng)機(jī)的輸出功率必須是350W。如果電動(dòng)機(jī)的輸出功率小于350W，洗衣機(jī)就不能正常工作；電動(dòng)機(jī)的輸出功率大于350W，電動(dòng)機(jī)就不能充分發(fā)揮作用，所以電動(dòng)機(jī)必須與洗衣機(jī)配套?！镜湫屠}】 例1. 在平地上，用50牛的水平推力推動(dòng)重100牛的箱子，前進(jìn)了10米（圖1），推箱子的小朋友做了多少功？如果把這個(gè)箱子勻速舉高1.5米，他做了多少功？ 分析：水平推箱子做的功W1，等于水平推力F和水平前進(jìn)的距離S的乘積FS。勻速舉箱子時(shí)用的力F與箱子重G大小相等、方向相反。舉箱子是F克服重力（

11、阻力）G使箱子在F方向上升高h(yuǎn)，所做的功W2FhGh，這種情況下，常常為了簡便而說：克服阻力G做的功W2Gh。 解答：F50牛，S10米，G100牛，h1.5米。 W1FS50牛10米500焦。 W2Gh100牛1.5米150焦。 答：他推箱子做功500焦，舉箱子做功150焦。 說明：題中給了兩個(gè)力：50牛、100牛，也給了兩個(gè)距離：10米、1.5米。千萬不要死記亂套公式，算出兩個(gè)功：W1100牛10米1000焦，W250牛1.5米75焦。 對于公式，務(wù)必要在理解的基礎(chǔ)上記憶、運(yùn)用。WFS中的F是使物體在它的方向上通過距離S的力，S是物體在F方向上通過的距離。 例2. 重為100牛的物體在光滑

12、水平面上勻速移動(dòng)80米，則重力對物體做的功是多少？ 分析：重力的方向豎直向下，在豎直方向上物體沒有發(fā)生移動(dòng)；物體在光滑水平面上移動(dòng)，是由于物體有慣性，可以保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變。水平方向上沒有受到作用力。 解答：WGh10000 說明：力對物體做功，必須有力作用在物體上，且物體在力的方向上通過距離。如果有作用力，但在力的方向上沒發(fā)生移動(dòng)，或者不受作用力，物體靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)，都沒有力對物體做功。 例3. 某人用100牛頓的水平拉力，將500牛頓的物體在水平地面上勻速移動(dòng)8米，拉力做了多少功？若他用100牛頓的力豎直向上提此重物，他對物體做多少功？ 分析：當(dāng)他用100牛頓的水平拉力作用于物體，且物體

13、在這個(gè)力的方向上移動(dòng)8米，他對物體做的功應(yīng)等于FS。而他用100牛頓的力豎直向上提重物時(shí)，物體仍靜止不動(dòng)，物體沒有在這個(gè)力的方向上移動(dòng)距離，所以他對物體沒做功。 解答：W1F1S1100牛8米8102焦 S20 W20 說明：做功有兩個(gè)必要的因素，即作用在物體上的力和物體在該力的方向上移動(dòng)的距離，兩者缺一不可。 例4. 高出水面30米處有一個(gè)容積是50米3的水箱，要用一臺(tái)離心式水泵抽水給水箱，1小時(shí)能把水箱充滿即可。這臺(tái)水泵的功率至少是多少千瓦？（取g10牛/千克） 分析：這道題要求的是功率。功率，其中t是1小時(shí) 而W可以根據(jù)WGh求出，其中G是50米3水重，h是30米。G的值，從水的體積V和

14、密度求出質(zhì)量m以后就知道了。 解答： 答：水泵的功率應(yīng)不小于4.2千瓦。 說明：要區(qū)分功、功率和效率。 功率是反映做功快慢的物理量，它與功和完成這個(gè)功所用的時(shí)間都有關(guān)系，即用表示，計(jì)算時(shí)各量都用國際單位，功率的國際單位是“瓦”。 例5. 一個(gè)瀑布每分鐘有490米3的水從50米高處落下，利用這個(gè)瀑布對水輪機(jī)做功，功率多少？ 分析：用490米3的水可計(jì)算出水的重力，落下來時(shí)，重力做功。功率等于每秒鐘所做的功。 解答： 答：功率是4106瓦特。 例6. 一臺(tái)拖拉機(jī)耕地時(shí)，在25分鐘內(nèi)勻速前進(jìn)3000米，如果拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率是2.94104千瓦，這臺(tái)拖拉機(jī)耕地時(shí)的速度多大？牽引力多大？受到的阻力多大？ 分析：因?yàn)橥侠瓩C(jī)耕地時(shí)勻速前進(jìn)