鲁科必修2第1章2节

1、第 2 节 功 和 能,一、机械功的原理 1.输入功、输出功和损失功：,动力,有用阻力,额外阻力,2.功的原理的内容：使用任何机械时，动力对机械所做的功 总是_机械克服阻力所做的功。 3.公式表达：W动=W阻=_ 或W输入=_。 4.机械原理：任何机械都不能_。做一定量的功，要省力 就要增大做功时的_，而要减小做功时的位移就要多_。,等于,W有用+W额外,W输出+W损失,省功,位移,用力,【自我思悟】 1.一切机械都能省力吗？ 提示：不一定都能省力；不同的机械，其工作特点不同，有的机械能省力，如杠杆斜面等，有的机械能省位移，如理发剪。 2.有人认为“有的机械省力，有的机械费力，但所有机械都能省

2、功”。这种观点正确吗？ 提示：不正确；应用省力机械做功时一定多费位移，应用费力机械做功时却能省位移，不论什么机械都不能省功。,二、做功和能的转化 1.能量：一个物体能够对别的物体_，这个物体就具有 能量。 2.功能关系：做功的过程就是_转化的过程，做了多少 功，就表示有多少能从一种形式转化为另一种形式，因此， 功是能量转化的_。 3.机械做功的本质：做功的机械是_能量、实现_ 的装置。机械做功，只能将能量从一个物体_到另一个物 体，或者将一种形式的能量_为另一种形式的能量。,做功,能量,量度,传递,能量转化,转移,转化,【自我思悟】 1.“一个物体没有对别的物体做功，我们就认为这个物体没有能量

3、”，这种观点正确吗？ 提示：不正确；物体能够对别的物体做功，物体具有能量，具有能量的物体并不一定对别的物体做功，不能根据物体是否对别的物体做了功来判断物体是否具有能量。 2.有力做功就一定存在能量转化吗？ 提示：一定；做功的过程就是能量转化的过程，只要有力做了功，就一定有一种形式的能量转化为另一种形式的能量。,一、对机械功的原理的理解 深化理解 1.对功的原理表达式的理解： (1)W输入=W输出+W损失，因为W损失0，只有在不使用机械或使用没有摩擦的理想机械时，才有W损失=0，则必然存在W输入W输出，说明使用机械不省功。 (2)W动=W阻=W有用+W额外，因为W额外0，只有在不使用机械或使用理

4、想机械时，才有W额外=0，必然存在W动W有用，说明使用机械不省功。,2.“不省功”的含义：“不省功”是功的原理的核心。“不省功”有两层含义： (1)“等于”(即理想机械)，是指使用机械做的功与不使用机械而直接用手所做的功是相等的。 (2)“大于”，即费功(非理想机械)，是指使用机械做的功比不使用机械而直接用手所做的功多。使用机械做功除了完成有用功外，还必然要克服由机械本身带来的无用阻力做功。,3.对功的原理的理解：功的原理是机械的基本原理，是机械做功所遵循的基本规律。 (1)“使用任何机械时，动力对机械所做的功等于机械克服阻力所做的功”，这一描述具有普遍性。 (2)机械克服的阻力包括有用阻力和

5、无用阻力，克服无用阻力做的额外功对完成工作没有任何意义，事实上使用机械都是费功的，因此，机械效率总小于1。,【微思考】 (1)使用机械不省功，意味着使用机械做的功等于或大于不使用机械而直接用手做的功，现实中存在二者相等的情况吗？ 提示：不存在；只有使用理想机械时，使用机械做的功才等于不使用机械而直接用手所做的功，事实上，没有额外阻力的理想机械是不存在的。,(2)使用机械不但不能省功反而费功，那么，为什么人们还广泛应用各种机械呢？ 提示：使用机械尽管不能省功，但为了能完成工作，(比如搬运重物)就必须借助省力机械才能完成，有些时候人们为了节省位移也必须借助某些机械来完成。机械的使用不是为了少做功，

6、而是为了能完成工作或方便地完成工作。,【题组通关】 【示范题】如图所示，通过一个定滑轮和一个动滑 轮组成的滑轮组，将一重物匀速提高2 m，已知重 物的质量为100 kg，动滑轮自身的质量为1 kg， 绳的质量和摩擦均不计，(g取10 m/s2)求： (1)人的拉力及拉力做的功； (2)该机械的有用功和额外功。,【解题探究】(1)若将动滑轮与重物看成一个整体时， 其受力个数为_(A.二个 B.三个 C.四个)。 (2)利用该机械工作的目的是提升_。 (3)使用该机械的无用功是克服_的重力做功。,C,重物,动滑轮,【规范解答】(1)由题意知，动滑轮和重物的整体受力平衡， 而整体向上的方向有三根绳子

7、承担，即 3F=G1+G2=1010N 所以人的拉力F= 336.7N 要使重物升高2m，绳的作用点的位移 s=3h=6m。 拉力做的功WF=Fs=2020J,(2)利用该机械是为了将重物提升2m。 所以有用功为 W有用=G1h=10002J=2000J 而提升过程中，克服动滑轮的重力做功是不可避免的，这是额外的，所以额外功 W额外=G2h=102J=20 J。 答案：(1)336.7N 2 020 J (2)2 000 J 20 J,【通关1+1】 1.(拓展延伸)在【示范题】中，(1)若仅用一个定滑轮在滑轮正下方把物体匀速提高2m，有用功和人的拉力做的功各是多少？(2)若仅用一个动滑轮把物

8、体匀速提高2m，有用功和人的拉力做的功各是多少？,【解析】(1)使用定滑轮时，人对绳子的拉力大小等于物体的重力，即F=mg=1000N，拉力作用下的位移为s=2m，则拉力做的功为W1=Fs=2000J 有用功就是克服重力所做的功，则W有用=mgh=2000J,(2)使用动滑轮时，人对绳子的拉力大小为 F= (mg+m0g)=505N 拉力作用下的位移s=2s=4m，则拉力做的功为 W=Fs=2020J 有用功为W有用=mgh=2000J 答案：(1)2000J 2000J (2)2000J 2020J,2.工人在劳动中为了方便，利用一个斜面将一个重为106N的机座升高了0.5m。斜面长为4m。

9、 (1)若不计摩擦阻力，机座被缓慢地拉上斜面，求工人对机座的拉力有多大？ (2)若机座与斜面之间的动摩擦因数为=0.1，则工人对机座的拉力所做的功为多大？,【解析】(1)机座在运动过程中拉力对机座所做的功等于机座 克服重力所做的功，根据功的原理可知： Fl=Gh 代入数值得：F= =106 =1.25105N,(2)机座在斜面上运动过程中，对机座的拉力是动力，拉力所做的功是总功，机座的重力沿斜面向下的分力和斜面对机座的摩擦力都是阻力，其中机座克服重力所做的功是有用功，克服摩擦阻力所做的功是额外功。,根据功的原理可得：W动=W阻=W有用+W额外 即Fl=Gh+Gcosl 又cos= 因此，拉力对

10、机座所做的功为 W动=1060.5J+0.1106 4J8.97105J 答案：(1)1.25105N (2)8.97105J,【变式训练】1.盘山公路总是筑得盘旋曲折，因为( ) A.盘山公路盘旋曲折会延长爬坡的距离，根据斜面的原理，斜面越长越省功 B.盘山公路盘旋曲折显得雄伟壮观 C.盘山公路盘旋曲折会延长爬坡长度，斜面的原理告诉我们，高度一定，斜面越长越省力 D.盘山公路盘旋曲折是为了减小坡度，增加车辆的稳度,【解析】选C。盘山公路应用了斜面的机械原理，车辆爬坡过程中克服的阻力是重力沿斜面向下的分力和摩擦阻力，在斜面上运动时的阻力小于物体的重力，斜面能够省力，高度一定的情况下，斜面越长越

11、省力。但斜面不省功，选项C正确，其他选项均错。,2.如图所示，把同一物体分别沿BA、CA、DA三个光滑斜面匀速推到同一高度的A点，下列说法中正确的是( ) A.沿BA斜面最费力，做的功最多 B.沿DA斜面最费力，做的功最少 C.沿三个斜面做的功一样多，沿DA斜面最省力 D.沿三个斜面做的功一样多，沿BA斜面最省力,【解析】选D。由功的原理知道，使用任何机械都不省功，由于不计摩擦，无论沿哪个斜面将物体推上A点，都与不用斜面直接将物体从E点匀速推到A点做的功一样多。若推力为F，坡长为L，则有FL=Gh，L越长，F越小，所以选项D正确，选项A、B、C错误。,【素养升华】 应用机械功原理解题四步曲 (

12、1)对研究对象进行受力分析，确定动力和阻力，明确有用阻力和无用阻力(或额外阻力)。 (2)对问题进行过程分析或效果分析，确定物体在各力作用下的位移。 (3)根据功的定义式求解各恒力做的功。 (4)应用机械功的原理列方程进行求解。,二、能量与功能关系 拓展延伸 1.能的概念的理解： (1)物体能够对外做功，或者物体具有对外做功的本领，我们就说这个物体具有能量。能量是反映物体能够对外做功本领大小的物理量。 (2)能量反映的是物体具有的对外做功本领的大小，但不是反映物体对外做功的多少。一个物体对外做功的本领很大，却不一定对外做功。也就是说，物体的能量大，但对外做功不一定多，甚至不对外做功。能量大小与

13、做功多少无关。,(3)一切物体都具有能，只是能的形式不同。无论是微观的分子，还是宏观的天体都在运动，因此，能量是物体的固有属性。每一种运动形式都对应着相应形式的能，如物体由于机械运动而具有机械能，组成物体的分子由于热运动具有内能等。 (4)能量是状态量，能量是由物体的状态所决定的。能量又是标量，能量没有方向性。能量的国际单位与功的单位相同，都是焦耳。,2.功能关系：做功的过程必然伴随着能量的转化，做了多少功就有多少能量发生了转化。概括地说，功是能量转化的量度和原因。用公式表达为W=E。具体可以从以下三个方面理解： (1)做功的过程是能量转化的过程：能量有多种形式，各种形式的能可以相互转化，在转

14、化过程中满足总能量守恒。比如：在电灯通电后，电流做功，电能转化为内能和光能；汽车发动机工作，把化学能转化为机械能。要使能量的形式发生变化，必须通过做功才能实现。,(2)功是能量转化的量度：在做功使能量发生转化的过程中，做功与能量转化的数值相等。即做了多少功，就有多少能量发生了转化。因此，可以用做功的多少来量度能量转化的多少，反之，也可用能量转化的多少来计算做功的多少。 (3)功与能并不能等同，功只是反映了能量转化的多少，但不能认为物体对外做的功就等于物体的能量，只能反映物体转化了多少能量。,【微思考】 有人认为“只要物体对外做功多物体的能量就大，反之，只要物体对外做功少物体的能量就小。”这种观

15、点正确吗？ 提示：不正确。能量是物体做功本领大小的量度，不是物体做功多少的量度。能量大的物体对外做功不一定多。,【题组通关】 【示范题】(2013泉州高一检测)关于功和能的说法正确的 是( ) A.能就是功，功就是能 B.物体做功越多，物体的能就越大 C.外力对物体不做功，这个物体就没有能 D.能量转化的多少可以用功来量度,【解题探究】(1)功是力对空间的累积效果，是过程量；能是物体对外做功本领的量度，是状态量。 (2)功和能之间有着怎样的关系？ 提示：功是能量转化的原因和量度。功在数值上等于所对应的能的转化量。,【规范解答】选D。功和能是完全不同的两个物理量，选项A错误；物体做功多，物体的能

16、量转化就多，但物体的能量不一定大，能量是物体做功本领的量度，并不是做功多少的量度，选项B、C错误；能量转化需要做功来完成，力做了多少功就有多少能量发生了转化，做功是能量转化的量度，选项D正确。,【通关1+1】 1.(2013三明高一检测)下列关于功和能的说法中正确的是 ( ) A.功可以转化为能 B.物体做的功越多，物体具有的能就越大 C.人在跑步机上跑步时原地不动，说明人没有做功 D.能量转化中，做的功越多，能量转化的就越多,【解析】选D。功和能是两个不同的物理量，功是能量转化的量度，但功不能转化为能，选项A错误；物体做功越多说明能量转化越多，并不代表物体的能量大，选项B错误，而选项D正确；

17、人在跑步机上跑步时，由于运动而消耗了体能，一部分体能转化为内能散失，根据功能关系可知，该过程中人做了功，选项C错误。,2.(2013吉林高一检测)运动员把原来静止的足球踢出去，使足球获得100J的动能。则在运动员踢球的过程中，运动员消耗的体能( ) A.等于100 J B.大于100 J C.小于100 J D.无法确定,【解析】选B。原来静止的足球获得了100J的动能，根据功能关系可知，运动员对足球做了100J的功，有100J的体内化学能转化成了动能；运动员在踢球过程中，不仅对足球做了功，由于剧烈运动还有一部分自身能量转化为内能散失，因此，踢球过程中运动员消耗的体能大于100J，选项B正确，

18、其他选项均错误。,【变式训练】1.流水从高处落下，对水轮机做了3108J的功，这句话的正确理解为( ) A.流水在对水轮机做功前，具有3108J的能量 B.流水在对水轮机做功时，具有3108J的能量 C.流水在对水轮机做功后，具有3108J的能量 D.流水在对水轮机做功的过程中，能量减少了3108J,【解析】选D。根据“功是能量转化的量度”可知，流水在对水轮机做功的过程中，有能量参与转化，流水对水轮机做了3108J的功，则有3108J的机械能减少了。因此，选项D正确，其他选项均指状态量，故错误。,2.一质量均匀的不可伸长的绳索，重为G，A、B两端固定在天花板上，如图所示，今在最低点C施加一竖直

19、向下的力将绳索拉至D点，则在此过程中，绳索AB的重心位置将( ) A.逐渐升高 B.逐渐降低 C.先降低后升高 D.始终不变,【解析】选A。设拉动绳索的过程极其缓慢，即绳索的动能不变，则由功能关系可知，拉力所做的功应等于绳索克服重力所 做的功。当用力将绳索的最低点C拉至D点的过程中，拉力对绳索做正功，又由于绳索的动能不变，则拉力做的功必定使绳索的重力势能增加，绳索的重力势能增加了，其重心位置一定是逐渐升高的。,【素养升华】 功能关系的四点延伸 (1)做功的过程一定伴随着能量的转化，做了多少功就有多少能量发生了转化，做功的多少反映的是能量转化的多少，绝不是能量的多少。 (2)某种形式的能量减少，

20、必然存在其他形式的能量增加，减少的能量与增加的能量一定相等。,(3)某个物体的能量减少，必然存在其他物体的能量增加，且减少的能量与增加的能量一定相等。 (4)能的基本性质就是不同形式的能量间可发生相互转化，并且转化过程中能的总量不变。,【资源平台】备选角度：功能关系的应用 【示范题】如图所示为撑杆跳高运动的几个阶段：助跑、撑杆起跳、越横杆。下面定性地说明在这几个阶段中能量的转化情况，其中不正确的是( ),A.运动员助跑阶段，身体中的化学能转化为人和杆的动能 B.起跳阶段，运动员的动能和身体中的化学能转化为人的重力势能和动能，使人体升高 C.起跳阶段，运动员的动能和身体中的化学能转化为人的重力势能、动能和杆的弹性势能，使人体升高 D.运动员上升越过横杆后，运动员的重力势能转化为动能,【标准解答】选B。助跑阶段，人做功将自身化学能转化为人和杆的动能，故A正确；起跳阶段，人的动能和化学能转化为人的重力势能、杆的弹性势能和人的动能，故B错误，C正确；越过杆后，通过重力做功，人的重力势能转化为动能，D正确。故选B。,功能关系及其应用 【案例剖析】(2013龙岩高一检测)重为100N长1m的不均匀铁棒平放在水平面上，某人将它一端缓慢竖起，需做功55J，将它另一端缓慢竖起，需做功( ) A.45J B.