初中人教版11.1 功导学案
展开1.理解功的概念;
2.能分析力是否对物体做功;
3.会利用功解释生活中常见现象;
4.能进行功的简单计算。
【知识导图】
【基础知识】
知识点一、力学中的功
1.功的概念
【探究发现】通过对表中实例进行分析,可以发现三个实例的共同点是对物体施加了力的作用,并且物体都在力的作用下沿力的方向移动了一段距离。
【归纳总结】如果有力作用在物体上,物体在这个力的方向上移动了一段距离,就说这个力对物体做了功。
2.做功的两个必要因素
力学中所说的做功,包含两个必要因素:一个是作用在物体上的力,另一个是物体在这个力的方向上移动的距离。这两者缺一不可。
3.三种不做功的情况
【典例1】下列实例中,有力对下面“打点”物体做功的是( )。
A.苹果从树上自由的落到地面;B. 背着书包在水平路面上行走;
C. 推着油桶不动阻止其向下滚动;D.小球在光滑水平面上匀速运动
知识点二、功的计算
1.功的计算公式
功等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积,即功=力×物体在力的方向上移动的距离。
若用W表示功,F表示力,s表示物体在力的方向上移动的距离,则功的计算公式为:W=Fs。
2.功的单位
在国际单位制中,力的单位是牛顿(N),距离单位是米(m),则功的单位是牛·米(N·m),它用专门的名称“焦耳”来表示,简称为焦,符号是J,1J=1N·m。
1J的物理意义是1N的力的作用在物体上使其沿力的方向移动1m距离所做的功。
3.对公式W=Fs的理解
4.应用公式W=Fs计算功时的注意事项
5.功的公式的变形公式及其应用
6.对做功的两种表述
(1)力的方向与物体移动方向一致,称为力对物体做功。
(2)力的方向与物体运动方向相反,可以称为克服某个力做功。如克服重力做功:向上抛出某个物体时,重力方向向下,物体运动方向向上,对于该物体,我们一般说物体克服重力做功。
【典例2】一同学用50N的水平方向的力,将一只重5N的足球沿水平方向蹋了出去,足球在地上滚动了30m停下。在球滚动的过程中,脚对球所做的功是( )。
A.5JB.1500JC.150JD.0J
【方法帮】
题型一:判断力是否做功
判断力是否做功的方法:
(1)判断了是否做功的两个必要因素(作用在物体上的力和物体在力的方向上移动的距离)是否同时存在;
(2)看是否符合三种不做功的情况,即有距离无力、有力无距离、有力有距离但力的方向与物体移动的方向垂直。
【典例3】如图所示的情景中,根据图片和文字叙述,可以确定下列过程中人对物体做功的是( )。
A. 人推一块大石头没推动;B. 人举着哑铃不动
C. 人拿着物体沿水平路面匀速前行;D. 人将地面上的石块捡起来
题型二:功的计算
【角度1】比较功的大小(易错)
根据公式W=Fs,做功的多少取决于力和物体在力的方向上移动的距离的乘积。
★易错警示
滑动摩擦力与接触面间的压力、接触面的粗糙程度有关,与速度大小无关,不要误认为物体速度越大所受滑动摩擦力越大。
【典例4】如图所示,在粗糙程度相同的水平面上,先用拉力F1将物体从A拉到O,再改用拉力F2将物体从O拉到C,其中LAO=LOB,用频闪相机每隔相同的时间拍下物体的位置(用虚线框表示),若拉力F1在AO段所做的功为W1,拉力F2在OB段所做的功为W2,物体在AO段受到的摩擦力为f1,在OC段受到的摩擦力为f2。下列判断正确的是( )。
A.W1>W2B.W1<W2C.f1>f2D.f1<f2
【角度2】功的估算
解决了力和距离的估算,结合公式W=Fs即可进行功的估算。
【典例5】一名初中生将2个鸡蛋从地面举高至头顶,对这2个鸡蛋做的功约为( )。
A.0.2JB.2JC.20JD.200J
【角度3】对公式W=Fs同体性的理解
公式中的三个物理量必须是同一物体上的物理量。根据题目设定的内容需要认真判断。
【典例6】在台球比赛中,选手在水平台面推动球杆撞击白球,白球运动后碰撞其它球,以下说法正确的是( )。
A.手推动球杆前进时,手的推力对球杆做了功;
B.白球运动时,水平台面对球的支持力做了功;
C.球在水平台面滚动的过程中,球的重力对它做了功;
D.白球撞击黑球后没有静止,是因为球杆还在对白球做功
【角度4】对公式W=Fs同时性的理解
(1)公式中F是使物体沿着力的方向移动距离s过程中(同时),作用在物体上的力;
(2)若物体在运动过程中力是变化的,应分过程计算力的功。
【典例7】放在水平地面上的物体A受到水平向右的力F的作用。力F的大小以及物体A的运动速度大小v随时间t的变化情况如图乙、丙所示。根据图像信息回答当t=7s时,物体A受到的摩擦力f的大小为______N,方向为______。912s,物体克服摩擦力做的功是______J。
【角度5】对公式W=Fs同向性的理解
公式中F是作用在物体上的力,s是物体在力的方向上移动的距离,有时不能看作物体实际移动的距离。
【典例8】如图所示,斜面长5m,高1m,工人用沿斜面方向400N的力把重1600N的集装箱匀速推到车上,推力对集装箱做的功是( )。
A.1000JB.2000JC.1600JD.8000J
题型三:变形公式的应用
【角度1】的应用
解答此类问题的关键是看清给出的量和待求量,不要受题目给出的信息干扰,有时候有的信息是多余的。
【典例9】如图所示,用10 N的水平推力推重为20 N的物体沿水平方向做匀速直线运动。若5 s内推力对物体做了80 J的功,则在这一过程中,物体沿水平方向运动了________m。
【角度2】的应用
分过程计算做功的大小:
求力对物体做功时,若力的大小和方向是变化的,可将全过程分为几个相互独立的过程,在每个分过程中应用W=Fs进行计算,最后进行相加。
【典例10】一个重200N的物体在水平拉力作用下匀速前进了20m,拉力撤消后,物体由于惯性又前进了5m。若拉力做的功为500J,则拉力的大小为 ___________N。
题型四:功与图像的结合
(1)分清图像坐标轴所代表的物理量;
(2)根据题意判断物理量的变化带来的待求量的变化情况;
(3)对照给出的图像,判断正确的选项。
【典例11】用大小不同的力F甲、F乙且F甲>F乙,分别拉同一个物体,两个力所做的功W与物体在力的方向上移动的距离的关系图象描述正确的是( )。
A.B.C.D.
【中考帮】
考点一:判断力是否做功
【典例12】(2022·四川乐山)下列四幅图中,力有对物体做功的是( )。
A. 推车未推动;B. 提着滑板水平前行;
C. 搬石未搬起;D. 用绳子提升物体
中考考题要求同学们理解功的概念,能从功的角度分析并重新认识生活中常见的现象。这是物理核心素养物理概念的体现。
考点二:功的计算
【典例13】(2022·四川自贡)小明同学用15N的水平推力推动重为100N的超市购物车。购物车自静止开始在10s内沿水平方向前进了10m。在整个过程中推力做功为___________J,重力做功为___________J。
中考考题要求同学们理解功的计算公式,并能在简单的物理情景中求解做功的多少,这是物理核心素养的物理概念的体现。
【作业帮】
一、基础练(知识巩固)
1.用50N的水平拉力分别拉重为100N和80N的两辆车,在粗糙程度不同的水平路面上,沿水平方向匀速前进了10m,则( )。
A.拉小车做的功多 B.拉两辆车做的功一样多
C.拉大车做的功多 D.条件不足,无法比较
2.为迎接 2022 年北京冬奥会,运动员积极训练。关于图中的项目,下列说法正确的是( )。
A.跳台滑雪运动员在下落过程中,重力对运动员做功;
B.短道速滑运动员在转弯滑行过程中,运动状态不变;
C.花样滑冰运动员向前滑行,是由于受到惯性的作用;
D.掷出后的冰壶对冰面的压力与其重力是相互作用力
3.物体A和B叠放在不光滑的水平面上,A的质量为1kg,B的质量为2kg,在B上作用一个水平向右的3N的拉力,使AB一起匀速前进了4m,在这个过程中B对A做功( )。
A.4JB.12JC.0D.6J
4.小强用100N的力,将重5N的足球踢出30m远处,在球飞出的过程中,他对足球做的功为( )。
A.3000JB.150JC.0JD.无法计算
5.关于功,下列说法正确的是( )。
A.力越大做功越多;
B.物体在力的方向上移动的距离越大做功越多;
C.做功所用的时间越长做功越多;
D.功等于作用在物体上的力与物体在力的方向上通过的距离的乘积
6.科技改变生活,某餐馆用智能送菜机器人(如图)替代人工送菜。
(1)该机器人以1米/秒的速度运行30米将菜送到客人桌前,用时___________秒;
(2)若机器人工作时牵引力恒为50牛,完成本次送菜,牵引力做功___________焦。
7.重800N的小车在拉力的作用下沿水平地面匀速前进10m,小车受到的阻力为车重的0.3倍,则拉力对小车做的功为______J,重力对小车做功______J。
二、综合练(能力提升)
8.撑杆跳是使用撑杆做一系列动作使人体越过一定高度的田径项目,它可依次分解为如图所示几个连续的过程。身高1.9m、体重80kg的运动员,在一次撑杆跳训练中的成绩是5m,则他克服重力做的功最接近(运动员起跳前重心高约1m)( )。
A.1600JB.2400JC.3200JD.4000J
9.如图甲所示,物体在水平拉力F的作用下由静止沿粗糙水平面向右运动,0~6s内拉力随时间变化的规律如图乙,速度随时间变化的规律如图丙,则在2~4s内,拉力所做的功为( )。
A.10JB.30JC.50JD.80J
10.如图所示,举重比赛时,运动员第一阶段把杠铃很快举过头顶,第二阶段使杠铃在空中静止3s。下列关于运动员对杠铃做功的说法中正确的是( )。
A.他在第一阶段内没做功B.他在第二阶段内没做功
C.他在两个阶段内都没做功D.他在两个阶段内都做了功
11.如图所示,李晶同学将放在课桌边的文具盒水平推至课桌中央,对此过程的分析,下列说法正确的是 ( )。
A.重力对文具盒做了功;
B.摩擦力变大;
C.文具盒对桌面的压强变大;
D.推力F对文具盒做了功
理由______。
三、培优练(挑战自我)
12.已知甲物体在光滑的斜面上运动,乙物体在粗糙的水平面上运动,丙物体在光滑的水平面上运动,现用相同大小的推力F分别使甲、乙、丙三个物体沿力的方向移动相同的距离s,三次推力所做的功分别是W甲、W乙、W丙,则三者的大小关系是( )。
A.W甲>W乙=W丙 B.W甲>W乙>W丙 C.W甲=W乙=W丙 D.W甲
A.当t=1s时,物体静止不受摩擦力;
B.当t=3s时,物体所受合力为2N;
C.2~4s内,物体所受摩擦力为5N;
D.4~6s内,拉力F所做的功为20J
14.面积很大的水池,水面上浮着一边长为a、质量为m的正方体均匀木块,开始时木块静止,如图甲。现用力F将木块匀速下压,运动时,F随深度H变化如图乙,则:
(1)木块静止时,所受浮力F浮=______,正方体木块的密度ρ木=_______ρ水;
(2)木块开始下沉到恰好浸没的过程中,重力对木块做功是______; (用a、m、g表示)
(3)在木块匀速下沉过程中,F最大值是_______?木块开始下沉到恰好浸没的过程中,忽略水面高度的变化,F对木块做的功是______?(提示:F是匀速增大的,用a、m、g表示)
实例
研究对象
示意图
工作(或作用力)的成效
人用了推小车
小车
人推小车的力
小车在推力F的作用下向前移动了距离s
人用力提起一桶水
水桶
人提水桶的力
水桶在拉力F的作用下向上移动了距离h
苹果从树上落下来
苹果
苹果受到的重力
苹果在重力G的作用下向下移动了距离h
★特别提醒
“做功”≠“做工”
物理学中的“做功”与日常生活的“做工”不同。“做功”是生产、生活中普遍存在的物理现象,它由严格而明确的含义,偏重于“成效、贡献”;“做工”是指消耗一定体力和脑力的人类活动。
不做功的情况
图示
实例
分析
有距离无力(不劳务工)
某同学踢足球,足球离开脚后在地面上滚动的过程中,该同学对足球没有力的作用,不做功
足球由于惯性移动一段距离,球滚动时踢足球的力不再对足球做功
有力无距离(劳而无功)
同学搬石头,但没有搬动,她对石头没有做功
有力作用在物体上,但物体没有移动,即物体没有在力的方向上移动距离,力对物体没有做功
力与移动方向垂直(垂直无功)
滑板在水平方向上移动了一段距离,但在人的拉力方向上没有移动距离,拉力没有做功
物体受到了力的作图,也移动了一段距离,但移动的方向与力的方向垂直,即物体在力的方向上没有移动距离,则这个力对物体没有做功
▲拓展培优
对“物体在力的方向上移动距离”的理解
力对物体做功时,物体的移动方向并非一定要与力的方向完全一致,移动的方向和力的方向有夹角(夹角不等于90°)时力也对物体做功。如图中,拉力F对物体做功。
同向性
公式中的s是物体在力F的方向上移动的距离。例如,某人用50N的水平推力,推动重100N的箱子,箱子在水平地面上前进10m,求重力对箱子做的功。如果按W=Gs=100N×10m=1000J计算,则计算结果是错误的,因为这个10m不是在重力方向上移动的距离,实际是重力没有做功。
同体性
F、s必须对应同一物体
同时性
W=Fs中的力在使物体沿着力的方向移动距离s的过程中,应始终作用在物体上,该力撤销后物体移动的距离不能计算在内。
分过程计算
应用公式W=Fs计算时,力的大小和方向应是不变的,若力的大小和方向是变化的,应分过程计算
单位统一
利用公式进行计算时,必须同时使用国际单位制中的单位,F的单位用N,s使用m,W使用J
相关因素
力对物体做功的多少,只与作用在物体上的力F,以及物体在力的方向上移动的距离s有关,与物体的质量m、速度v、运动状态(加速、减速或匀速)无关
已知力做的功和物体在力的方向上移动的距离,可求出力
已知力所做的功和施加在物体上的力,可求出物体在该力的方向上移动的距离
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