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第十五章 功和机械能【课标导航】1 知道机械功的概念和功率的概念。能用生活、生产中的实例解释机械功的含义。2 结合实例认识功的概念，知道做功的过程就是能量转化过程； 3 知道动能和势能，能用实例说明物体的动能和势能以及它们的转化；知道机械能的概念，能用实例说明机械能和其他形式的能的转化。4 尝试用能量转化与守恒的观点分析物理问题。5 结合实例理解功率的概念，了解功率在实际中的应用，知道机械功率的概念，能简单计算机械功率。6 能区分总功、有用功、额外功，理解机械效率。7 了解机械使用的历史了展过程，认识机械的使用对社会发展的作用。【知识要点导学】一、知识要点1、功包含两个必要因素：一个是作用在物体上的 ，另一个是物体在这个方向上 。2、在物理学中，把 与 的乘积叫做功。计算公式为： 功在国际单位中的单位： 。使用任何机械都 ，这叫做功的原理。3、为达到目的，必须要做的功叫做 ，而为达到目的，不得不多做的功叫 把 和 的总和叫总功。4、 和 的比值叫机械效率。机械效率总是小于1。5、单位时间内所做的功叫做 ；它是用来表示做功的快慢。在国际单位中，单位为： 。6、物体由于 而具有的能，叫做动能；质量相同的物体， 越大，它的动能越大；运动速度相同的物体， 越大，它的动能越大。7、势能分为两种：物体由于被举高而具有的能量叫 ，质量相同的物体， 越大，它的势能越大；高度相同的物体， 越大，它的势能越大。物体由于 所具有的能叫做弹性势能。它的大小与 有关8、 和 之和称为机械能。动能和势能可以相互转化。如果只有动能和势能的相互转化，机械能的总和 。二、要点梳理（一）功：正确理解 “作用在物体上的力”和“物体在力的方向上通过的距离”，是做功的两个必要因素，必须同时满足，缺一不可。有力没有距离（劳而无功），或者有距离没有力（不劳无功），这些力都没有对物体做功；特别要注意有力又有距离，但力的方向与距离垂直时，力也没有做功，例如：物体沿水平地面而运动时，支持力和重力都不做。物体在力的方向上通过的距离，不一定是物体运动的实际距离，如提一袋米上楼梯，提力方向移动的距离是指竖直方向上的距离，而不是楼梯的实际长度。（二）正确理解功率的概念及功率与机械效率的区别：1、 功率大小与做功多少无关，而是由做功多少和做功时间的长短共同决定的，是反映物体做功快慢的物理量。功率越大，表示功越快，但所做的功并不一定越多；对于功、功率、时间三个物理量，只有其中两个因素确定了，才能确定第三者的大小。2、功率和机械效率是两个完全不同的物理量，功率反映做功的快慢，机械效率则是反映有用功在总功中所占的比例，它们之间没有必然的联系，功率大的机械，效率不一定高，反之效率高的机械，功率不一定大，两者不能混为一谈。（三）功和能：1、物体能够对外做功，表明这个物体具有能量。特别要注意的是：正在做功的物体，说明具有能量，但没有做功的物体，并不是说它不具有能量。2、力做功的过程是能量发生转化的过程。高处的物体落下，重力做了功，物体的重力势能减小、而转化为了动能。（四）机械效率： 有用功和总功在具体的实例中可以从这个角度区分：有用功就是不用任何机械，而直接对物体所做的功；总功就是使用了机械之后，动力所做的功。如用滑轮组提起货物的过程：有用功就是不用滑轮组，直接提起物体所做的功即Gh，而用滑轮组拉绳子的自由端，所做的功Fs就是总功。（五）机械能是动能和势能的统称，运动物体的动能跟它的势能的总和就是这个物体的机械能。如果没有摩擦和介质阻力，只有重力做功，物体的机械能将保持不变。例如：货物被起重机匀速提升的过程中，货物的动能不变，重力势能增加，故其机械能也增加；一个在空中自由下落的物体（不考虑空气阻力），重力势能减少，动能增加，是重力势能转化为动能，但物体机械能总量保持不变。三、实验技能：1、斜面的机械效率猜想：人们通过斜面拉动物体向上运动，需要克服摩擦阻力做功，因此斜面的机械效率必然与摩擦阻力做功的多少有关。摩擦阻力的大小由压力及接触面的粗糙程度决定，所以压力及接触面的粗糙程度都会影响到机械效率的高低。斜面的倾斜程度又会影响的物体对斜面的压力大小。综合以上分析：斜面的机械效率与斜面的粗糙程度和斜面的倾斜程度有关。在此仅仅探究：斜面的倾斜程度与其机械效率的关系。在实验设计上则应用“控制变量法”进行，即控制斜面及木块的粗糙程度不变而改变斜面的倾斜程度。需要测量的物理量的确定：使用斜面的目的是将物体升高，因此直接提物体所做的功就是有用功，这需要测量木块的重和物体升高的距离；通过斜面将物体升高，拉力所做的功则是总功，应测量拉力和斜面的长度。当然在拉动木块运动时应保持匀速才能测出稳定的拉力。实验结论：斜面越倾斜，机械效率越高。2、动能的大小与什么因素有关？重力势能的大小与什么因素有关？这两个实验的共同点是都是采用了“控制变量法”进行探究的。在实验设计中需要解决的两个问题是：通过什么现象来确定物体的动能或势能的大小？如何能实现对相关因素（如高度、速度）的控制？【典型例题点评】例1、（05.广州）教学大楼每层楼高为m，小明提着一重为50的箱子，沿楼梯从一楼登上三楼，再沿三楼水平走廊走了m进入课室，从一楼到课室过程中小明对箱做的总功为0 J 300 J 450 J 500 J分析与解：小明在登上3楼的过程，提力做功： F=G，S=2h=6m, W=FS=300J.在水平走廊走时，因为提力与运动的方向垂直，所以提力不做功。因此从一楼到教室，小明做的总功为300J。 正确答案：B。点评：此题重点考察功的两要素和功的计算，在计算某个力做功时，应先判断这个力是否做功，确定这个力的方向上移动的距离，切记力的方向上通过的距离不一定是物体运动的实际距离。例2、（05.广州）下列说法中正确的是机械效率越高，机械做功一定越快 做功越多的机械，机械效率一定越高功率越大的机械做功一定越多 做功越快的机械，功率一定越大分析与解：功率是反映做功快慢的物理量，大小等于做功的多少与时间的比值。机械效率则是反映在使用机械时，有用功在总功中占的百分比。A机械效率高，不能说明机械做功快。B、做功多的机械，同样不能说明机械效率高。C功率越大，只说明机械做功快，而不能说明做功多。正确答案：D点评：此题主要考察考生对功率、机械效率在两个物理量的理解。它们都与功相关，但它们分别描述功的不同方面的特性，无法进行大小的比较。 例3、（05.南宁）图14-1所示，小球由静止从轨道最高处的A点滚下到最低处B点时，下列说法中正确的是（ ）A.小球在A点时只有动能，没有重力势能B.小球在A点时只有重力势能，没有动能C.小球从A点到B点的过程中，动能转化为重力势能D.小球从A点到B点的过程中，机械能增加分析与解：物体的动能由其质量、运动速度决定；重力势能由质量、被举起的高度决定。所以小球在A点时，具有重力势能；在B点则具有动能，从A点运动到B点，是重力势能转化为动能的过程。整个过程，如果不计摩擦阻力，则机械能守衡。正确答案：B点评：此题主要考察考动能与什么因素有关、重力势能与什么因素有关，以及动能、重力势能在实际的物体运动过程中相互转化的分析。例4、（05.南通）在“测滑轮组机械效率”的实验中，用同一滑轮组进行了两次实验， 实验数据如下表所示序号钩码重G/N钩码上升的高度h/cm弹簧测力计的示数F/N弹簧测力计移动的距离S/cm1250.6252481.1(1) 在表格的空格处，填上合适的数据(2) 在图14-2中用笔画线代替细绳组装滑轮组(3)第1次实验测得滑轮组的机械效率为_(4)如果将重为3N的钩码挂在同一滑轮组下，根据题中已有的信息可以判断出这时滑轮组的机械效率应在_范围内分析与解：(1)由第一次实验数据中可以看到：弹簧测力计移动的距离是钩码上升的高度的5倍，说明滑轮组是由5段绳子承担总重量。所以在表格中，第二次弹簧测力计移动的距离应该是40厘米。(2)见14-3图，一共是5段绳子。(3)第一次的机械效率 第二次的机械效率(4)对于同一个滑轮组，其机械效率会随着被提起的重物的质量的增大而提高。现提起的重物的重量恰好介于前两次的钩码重量，所以此时机械效率的范围应在第一次与第二次的机械效率之间。即：66.7% ； (3)控制变量法，即在实验