高中物理第1章功和功率第2节功和能 精品导学案鲁科版必修二5

第2节功和能

学习目标核心提炼

1.了解机械功的原理，并能解释相关现象。

2.理解功和能的关系。

3.会根据功能关系分析问题。

1个原理——机械功原理

1个关系——功和能之间的关系

1个本质——机械功的本质

一、机械功的原理

阅读教材第8～9页“机械功的原理”部分，初步知道输入功、输出功和损失功的概念。知道机械功的原理。

1.输入功、输出功和损失功：

输入功动力对机械所做的功W动，也就是W总

输出功克服有用阻力所做的功，即W有用

损失功克服额外阻力所做的额外功，即W额外

三者关系W动＝W阻＝W有用＋W额外或W输入＝W输出＋W损失

2.机械功的原理

使用任何机械时，动力对机械所做的功总是等于机械克服阻力所做的功。也就是说，使用任何机械都不省功。

思维拓展

任何机械都不能省功，人们为何要使用简单机械呢？

答案使用任何机械虽然都不能省功，但可以省力或省位移，改变人的工作方式和劳动强度，提高工作效率。

二、做功和能的转化

阅读教材第9～10页“做功和能的转化”部分。了解能的概念，功和能之间的关系。

1.能的概念：如果一个物体能够对别的物体做功，我们就说这个物体具有能量。

2.功和能之间的关系：做功的过程就是能量转化的过程。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，功是能量转化的量度。

3.机械做功的本质：做功的机械是传递能量、实现能量转化的装置。机械做功，只能将能量

从一个物体转移到另一个物体，或者将一种形式的能量转化为另一种形式的能量。

思考判断

(1)能够做功的物体具有能量。( )

(2)机械可以对外做功是因为机械可以产生能量。( )

(3)能量的转化并不一定需要做功来完成。( )

答案(1)√(2)×(3)×

对机械功原理的理解

[要点归纳]

1.功的原理的表达式

(1)不使用机械时：W输入＝W输出(或W动＝W阻)。

(2)使用机械时：W动＝W阻＝W有用＋W额外(或W输入＝W输出＋W损失)。

(3)功的意义

①W动＝W总表示动力对机械做的功；

②W阻表示机械克服所有阻力做的功；

③W有用＝W输出表示机械克服有用阻力做的功；

④W额外＝W损失表示机械克服额外阻力做的功。

2.不省功的两层含义

(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(即非理想机械)，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。

3.机械在生活中的应用

(1)省力机械：千斤顶、螺丝刀、斜面、钳子、扳手、开瓶器等。

(2)省位移的机械：自行车、理发剪、筷子、鱼竿等。

(3)不省力也不省位移，只改变工作方式的机械：定滑轮、等臂杠杆等。

[精典示例]

[例1] 如图1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：

图1

(1)人的拉力大小及拉力做的功；(计算结果保留四位有效数字) (2)该机械的有用功和额外功。

解析 (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承担，即

3F ＝G 1＋G 2＝1 010 N

所以人的拉力F ＝1 010

3

N≈336.7 N

要使重物升高2 m ，绳的作用点的位移s ＝3h ＝6 m 拉力做的功W F ＝F ·s ＝2 020 J 。 (2)该机械是为了将重物提升2 m

所以有用功为W 有用＝G 1h ＝1 000×2 J＝2 000 J

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

＝G 2h

＝10×2 J＝20 J 。

答案 (1)336.7 N 2 020 J (2)2 000 J 20 J

应用机械功的原理解题时应注意的问题

(1)通过对研究对象的受力分析，确定动力和阻力，区分有用阻力和无用阻力(或额外阻力)。 (2)通过过程的分析或效果的分析确定各力作用下的位移。

(3)根据功的定义式求解各力所做的功，根据机械功的原理列方程求解。

[针对训练1] 如图2所示，甲、乙、丙三位建筑工人用三种不同的方法把水泥从一楼运到三楼，根据图中的数据分析，这三种方法中：

图2

(1)所做的有用功分别是多少？

(2)哪种方法所做的总功最多，是多少？哪种方法所做的总功最少，是多少？

解析(1)甲、乙、丙三位工人都是将重为400 N的水泥运到三楼，有用阻力相同，都为水泥的重力，故三人所做的有用功都为W有用＝G水泥h＝400×6 J＝2 400 J。

(2)工人甲做的总功为

W甲＝(G水泥＋G桶＋G人)h＝(400＋20＋400)×6 J＝4 920 J

工人乙做的总功为

W乙＝(G水泥＋G桶＋G滑轮)h＝(400＋20＋10)×6 J＝2 580 J

工人丙做的总功为

W丙＝(G水泥＋G口袋＋G滑轮)h＝(400＋5＋10)×6 J＝2 490 J

可见，工人甲做的总功最多，为4 920 J，工人丙做的总功最少，为2 490 J。

答案见解析

做功与能量转化的关系

[要点归纳]

1.功与能之间的关系

2.功与能的区别

(1)能量是表征物体具有做功本领的物理量，是状态量。

(2)功描述了力的作用效果在空间上的累积，反映了物体受力并运动的效果，是过程量。

3.对功能关系的理解

(1)做功的过程就是能量转化的过程，能量转化的过程也就是做功的过程。