第3节 能量转化的量度(第一课时)

第一课时做功的含义及功的计算,举重运动员举起杠铃时，能量形式是如何转化的？,运动员体内的化学能,杠铃的势能,起重机提升重物时能量又是如何转化的？,电能,重物的动能和势能,在上述例子中，有多少能量转化了？,为了度量能量转化的多少，我们引入新的物理量,功（W）,一、做功的含义,当运动员举着杠铃不动时，运动员对杠铃做功吗？,尽管用很大的力，但此时运动员并没有对杠铃做功。,做功需要什么条件？,1.下列图示是物体在力的作用下做功的实例。想一想，在这两个实例中有什么共同特点？,叉车把货物从地面抬升到一定高度,人推小车在水平路面上通过一段路程,共同的特点：,货物和小车都受到了力的作用,都在力的方向上运动了一段距离。,2.下列图示是物体在力的作用下没有做功的实例。想一想，有什么共同特点？,人用力搬石头，石头没有搬动,人提书包在水平路面上匀速通过一段距离,都没有在力的方向上运动了一段距离。,共同的特点：,石头和书包都受到了力的作用,在科学上，如果物体受到力的作用，并且在这个力的方向上通过了一段距离，我们就说这个力对物体做了功。,1、功,2、做功的两个必要因素,一是作用在物体上的力，,二是物体在力的方向上通过一段距离。,做功跟我们日常所说的“做工”或“工作”一样吗？,不一样。,“做工”更多是指从事体力劳动。,体力劳动中，人可能做功，也可能没有做功。,如建筑工人搬运重物在水平路面行走，是在“做工”，但没有做功。,“工作”可以指体力劳动，也可以是脑力劳动，脑力劳动没有做功。,塔式起重机下挂着重物，在重物静止不动、匀速向上运动、沿水平方向匀速移动三种情形中，钢索的拉力是否都对重物做了功？,重物静止不动时，钢索的拉力对重物不做功。,匀速向上运动时，钢索的拉力对重物做功。,沿水平方向匀速移动时，钢索的拉力对重物不做功。,3、不做功的三种情况：,（1）有力缺距离,（2）缺力有距离,（3）有力有距离，但距离与力方向垂直。,那么功的大小和做功两个必要因素有何关系呢？,叉车抬起的货物越重，作用的力越大，它做的功就越多；,叉车把货物从地面上抬升的高度越高，它做的功也越多。,1牛米（Nm）,二、功的计算,1、功的定义,科学上规定：功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。,2、定义公式,W=FS,3、功的单位,力的单位是：,N（牛）,m（米）,J（焦耳）,功的单位是：,距离的单位是：,1焦耳（J）,=,功,=,距离,力,焦耳,焦耳（18181889）是英国著名的实验物理学家。他从小就对实验着迷，在家里做起了各种实验，后来成为一名业余科学家。1840年，焦耳通过对电流的热效应的研究，得出了著名的焦耳定律。焦耳定律给出了电能向热能转化的定量关系（我们将在本章第6节中学习该定律）。,焦耳（JamesPrescottJoule）,焦耳特别热衷于热功当量的实验测量。1847年，他完成了热功当量测量的经典实验：先是测量一桶水的温度，然后把铜制的翼轮放入水中，用下落的砝码带动翼轮转动来搅动水，使水的温度升高。焦耳测量了翼轮所做的功和水温的升高，从而计算出多少机械能产生多少热，这个值被称为“热功当量”。,焦耳从1843年开始测量热功当量，直到1878年最后一次发表实验结果，先后做实验不下四百余次，并且采用了原理不同的各种方法，测量了他能想到的各种过程所产生的热包括机械的、电的、磁的，获得了大量的实验数据。他以极其精确的数据，为热和功的相当性提供了可靠的证据。人们为了表达对他的敬意，将功和能量的单位叫做焦耳。,1焦耳有多大呢？,把2只鸡蛋举高1米，做的功大约是1焦。,4、功的计算,先审题，后公式，再计算,.物体受到几个力的作用？,.哪个力做了功？哪个力没有做功？,.物体朝哪个方向移动？移动距离多少？,.根据功的定义公式计算。先公式后代入。,.注意各个物理量的单位。,【例题】：有一物体重100牛，把该物体从地面匀速提到高为1米的桌面上，需要做多少功？如果将这个物体用30牛的力沿水平地面拖动10米，需要做多少功？,解：,匀速提升物体所用的向上的力：,F1,=,G,=,100牛,物体在力的方向上通过的距离：,S1,=,1米,所以，力F1所做的功为：,W1,=,=,F1,S1,100牛,1米,=,100焦,拖动的水平拉力：,F2,=,30牛,距离：,S2,=,10米,W2,=,=,F2,S2,30牛,10米,=,300焦,答：举高物体做功100焦；拖动物体做功300焦。,先审题。,已知什么？求什么？,在平地上，用50N的水平推力推动重100N的箱子，前进了10米，推箱子的小朋友做了多少功？如果把这个箱子匀速举高1.5m，他做了多少功？,先审题。,已知：F=50N，s=10m，G=100N，h=1.5m,求：W1和W2,解：W1=Fs=50N10m=500J,答：他推箱子做功500J，举箱子做功150J。,=Gh=100N1.5m=150J,W2=F2s2,举重运动员将150千克的杠铃举高1.8米，运动员对杠铃至少做多少功？（g取10牛/千克）,答：运动员对杠铃至少做了2700焦的功。,解：F=G=mg=150千克10牛/千克=1500牛,W=Fs=1500牛1.8米=2700焦,此时杠铃的势能增加多少焦？,杠铃的势能增加2700焦。,结合举重等事例，谈谈能量的转化与做功的关系。,举重运动员具有能量才能对杠铃做功，做功时消耗的能量转化为杠铃的重力势能。,做功的过程实质就是能量转化的过程。力对物体做多少功，就有多少能量发生了转化。,5、功的实质,物体具有做功的本领，是因为它具有能。,做功的实质是能量转化的过程，力对物体做了多少功，就有多少能量发生转化。,因此，可以用功来量度能量转化的多少。,能量的单位和功一样，也是焦耳。,我们可以把能比作一个人的能力，功比作一个人对社会的贡献，一个人要为社会作贡献（功），必须具有一定的能力。有能才能做功。,一个人能力（能）高，不一定为社会做的贡献（功）大。人生价值在于奉献，有多大能力（能），就要尽力为社会多做贡献（功）。,小结：,一、做功的含义,1、做功的两个必要因素,一是作用在物体上的力，,二是物体在力的方向上通过一段距离。,2、不做功的三种情况：,（1）有力缺距离,（2）缺力有距离,（3）有力有距离，但距离与力方向垂直。,二、功的计算,1、定义公式,W=FS,功,=,距离,力,2、功的单位,J（焦耳）,1焦耳=1牛米,2、在图的四种情境中，人对物体做功的是（）,A提着水桶在水平地面上匀速前进B扛着米袋慢慢爬上楼梯C用力推汽车，汽车没动D举着杠铃原地不动,B,1、对物体做功的两个必要因素是：、。,一是作用在物体上的力,二是物体在力的方向上通过一段距离,3、小刚把重为1000牛的箱子沿着水平地面拖动1米，小刚对箱子做的功为-（）（A）1000焦耳（B）100焦耳（C）0焦耳（D）无法确定,D,4、某同学在水平方向用25