物理11.1 功学案

这是一份物理11.1 功学案，共12页。学案主要包含了学习目标，学习重点，学习难点，自主预习，合作探究，分析归纳，想想议议，精讲点拨等内容，欢迎下载使用。

1. 知道力学中做功的含义。能说出做功包含的两个必要因素，并能判断出力是否对物体做功。能列举出生活中关于做功的实例。
2. 明确计算功的大小的表达式，以及表达式中每个物理量的物理意义和单位。
3. 能应用公式W=Fs进行简单的计算。
【学习重点】
1. 理解功的概念以及做功的两个因素；
2. 功的计算。
【学习难点】
三种不做功的情况。
【自主预习】
阅读教材，完成以下问题：
1.物理学中规定：如果一个力作用在物体上，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：
①作用在物体上的力； ②物体在力的方向上移动的距离。
3.力不做功的三种情况：①“劳而无功”：物体受力但没移动距离；②“不劳无功”：有距离，但是和距离同一方向上没有力的作用，凭惯性保持继续运动，所以没有力做功；③“垂直无功”：物体受力和移动的方向垂直。
4.功的大小：
①规定：功等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积。公式：W =Fs。
②功的单位：焦耳（J）。把一个鸡蛋举高2m ，做的功大约是1J。
③理解：公式中的s一定是在力F的方向上通过的距离，F和s是同一个物体在同一时间内，且同一方向上的两个量。
【合作探究】
探究一、力学中的功
【想一想】叉车把货物从地面托起，使货物向上发生位置的移动。在这个过程中，货物受到哪些力的作用？是哪个力提高了货物？
【分析】在叉车举高货物的过程中，货物受到两个力的作用：竖直向下的重力G和竖直向上的托力F。货物在托力F的作用下，向上移动了一段距离s，我们看到了叉车工作的成效。力F作用的成效体现在货物被举高了。对于这种情况，物理学中就说叉车托起货物的力做了功。
1. 功的概念
如果一个力作用在物体上，物体在这个力的方向上移动了一段距离，在物理学中就说这个力对物体做了功。
物理学中的功包含一种“贡献”和“成效”的含义，如果某个力对物体的移动做出了贡献，就说这个力对物体做了功。
2. 做功的两个必要因素
【想一想】如图甲、乙所示是力对物体做功的两个实例，这两个力做功的实例有什么共同点？
甲 小车在推力的作用下, 向前运动了一段距离 乙 物体在绳子拉力的作用下升高
【分析归纳】甲和乙的共同点：物体受到了力的作用；物体沿力的方向上移动了一段距离。
【想一想】如图丙、丁所示是力对物体没有做功的两个实例。力对物体为什么没有做功？
【分析归纳】丙图中，人对滑板施加了向上的力，滑板在水平方向上移动了一段距离，但没有在力的方向上移动距离，因此人没有对滑板做功。
丁图中，人对石头施加了向上的力，但石头在力的作用下没有移动距离，因此人没有对石头做功。
丙 提着滑板在水平路面上前行 丁 搬而未起
【总结】做功的两个必要因素：
①作用在物体上的力；②物体在力的方向上移动的距离。
有时为了叙述方便，某个力做功往往也说成施力的物体做了功。如人推小车，推力做了功，也常说人做了功。
3. 不做功的三种情况
【想想议议】以下三种情况中，力是否做功？
①如图甲、乙所示，举重运动员举着杠铃不动、人没有搬动石块。
甲 举着杠铃不动 乙 没抬动

【分析归纳】有力作用在物体上，但物体在力的方向上没有通过距离，所以力不做功。F≠0，s＝0（劳而无功）
②如图丙、丁所示，冰壶在平滑的冰面上滑行、踢出去的足球。
丙 冰壶在平滑的冰面上滑行 丁 踢出去的足球
【分析归纳】冰壶和足球由于惯性移动了距离，但是和距离同一方向上没有力的作用，所以没有力做功。F=0，s≠0 (不劳无功)
③如图戊、己所示，人提着滑板在水平路面上前行，叉车举着货物在水平方向上移动。
戊 提着滑板在水平路面上前行 己 叉车举着货物在水平方向上移动
F
【分析归纳】人提着滑板在水平路面上前行，叉车举着货物在水平方向上移动；都有力作用在物体上，物体也移动了距离，但是力和距离是垂直的，所以没有力做功。(垂直无功)
【总结】力对物体没有做功的三种情况：
【例题1】如图所示的四种情形中，对力是否做功判断正确的是（ ）
A．甲图中人提着滑板在平直的道路上匀速行走，人对滑板做了功
B．乙图中人推着货车在平直的道路上匀速行走，人对货车做了功
C．丙图中人用力搬石头但石头未被搬动，人对石头做了功
D．丁图中足球离开脚后继续在空中飞行的过程中，人对足球做了功
【答案】B.
【解析】A．甲图人提滑板在平直的路面上行走，人对滑板施加了竖直向上的力的作用，但滑板没有在力的方向上通过距离，所以人对滑板不做功，故A错误；
B．乙图中人推着货车在平直的道路上匀速行走，货车沿着推力的方向通过了距离，所以人对货车做了功，故B正确；
C．丙图中人用力搬石头但石头仍保持静止，人对石头施加了力，石头没有在力的方向上通过距离，所以人对石头没有做功，故C错误；
D．丁图中足球离开脚后由于惯性继续在空中飞行的过程中，足球不再受人的踢力，所以人对足球没有做功，故D错误。
所以选B.
探究二、功的计算
【想想议议】做功的多少和什么因素有关系呢？如图所示，是起重机把每一个重力都相同的货物提高的情景，请同学们仔细观察，思考下面的问题。
甲与乙两次，哪一次做功多？你判断的理由是什么？甲与丙两次，哪一次做功多？你判断的理由是什么？
甲 乙 丙
【分析】甲与乙两次，乙做功多。因为力相等，乙通过的距离大。
甲与丙两次，丙做功多。因为通过的距离相等，丙用的力大。
【总结】作用在物体上的力越大，物体在力的方向上移动的距离越大，力所做的功越多。
1. 功的大小
力学中规定：功等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积。
公式：功＝力×距离 W = Fs
2. 功的单位
在国际单位制中，力的单位是N，距离的单位是m，则功的单位是N•m，它有一个专门的名称叫做焦耳，简称焦，符号是J。
1 J＝1 N•m
1 N的力使物体在力的方向上通过1m的距离时所做的功为1 J。
把1个鸡蛋举高2m，做的功大约是1J。
3. 运用功的公式时须注意的几个问题：
①使用W＝Fs时，统一使用国际单位制中的单位。
②根据W＝Fs可知，做功的多少只由力F和距离s决定，与物体的质量、速度、运动方向、是否有摩擦等情况无关（有关/无关）。
【例题3】质量为50kg的雪橇上装满了350kg的原木，一匹马拉着雪橇沿着平直的雪地中匀速前行，将原木运到了500m外的货场。如果雪橇行进中受到的摩擦力是800N，求马的水平拉力做的功。
【答案】4×105J。
【解析】雪橇在平直的雪地匀速前行，则马的水平拉力F拉=f摩=800N
雪橇沿水平拉力的方向移动的距离s=3000m
所以马的水平拉力做的功W=Fs=800N×500m=4×105J
注意：雪橇受到的重力G与雪地的支持力F都不做功。
5. 关于克服阻力做功
如果物体运动的方向与一个力的方向相反，通常说这个力是阻力，我们就叫物体克服这个阻力做功。
例如，在水平面上推动物体前进时，要克服摩擦力做功；提高物体时要克服重力做功。
人在爬楼梯时，要克服自己的重力做功，计算做功的大小时，应该用人的重力G乘以楼梯的竖直高度h，即W=Gh。
克服自己的重力做功 图5
【例题3】如图5所示，小兰的质量为45kg，书包的质量为5kg，沿着楼梯登上三楼教室，若每层楼梯有15级台阶，每级台阶高20cm，问小兰从地面登上三楼需做多少功？（g=10N/kg）
【答案】3000J。
【解析】小兰与包的总重力 G=（m人+m包）g =50kg×10N/kg=500N
从地面登上三楼升高的高度 s=15×2×20cm=600cm=6m
则需做功 W=Fs=Gs=500N×6m=3000J
【精讲点拨】
1. 三种不做功的典型情况
①“有力无距离”：有力的作用，但是物体在力的方向上移动的距离为零。
②“有距离无力”：有移动的距离，但是物体在移动距离的方向上不受力的作用。
③“力和距离方向垂直”：有力，也有移动的距离，但是力和距离的方向是相互垂直的。
2. 从能量转化的角度理解功的含义：做功的过程伴随着能量转化的过程。例如风力发电机，风通过对叶轮做功把机械能转化为电能，做了多少功，就有多少机械能发生了转化，就转化成多少电能，所以说功是能量转化的量度。
3.不同情况下计算功的方法：
①力F和移动距离s的方向相同：该力做功大小为W=Fs。
②克服阻力做功：如果物体移动的方向与一个力（阻力）的方向相反，我们就说物体克服这个力做功。比如克服重力做功时，做功大小为W=Gh（G为重力）；克服摩擦力做功时，功的大小为W=fs（f为摩擦力）。
【归纳整理】

如果一个力作用在物体上，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。
功的含义
功的计算
①功等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积。
②功=力×距离 W = Fs
③功的单位：焦耳 1J＝1 N • m。
④功的大小只由力F和距离s决定，与物体的质量、速度、
运动状态、是否有摩擦等情况无关。
⑤重力做功W=Gh 摩擦力做功W= fs
功
①一是作用在物体上的力；
②物体在力的方向上移动的距离。
做功的两个
必要因素
①有力无距离；
②有距离无力；
③力与距离垂直。
不做功的
三种情况

【课堂练习】
1．下列情况下，小明对物理课本做了功的是 （ ）
A. 阅读静止在桌面上的物理课本
B. 水平推物理课本，但未推动
C. 物理课本自由下落的过程
D. 将物理课本从地面捡起的过程
【答案】D
【解析】A. 阅读静止在桌面上的课本，人没有施加力，课本也没有移动距离，所以小明对课本没有做功，故A不符合题意；
B. 水平推课本，未推动，所以对课本没有做功，故B不符合题意；
C. 物理课本自由下落的过程中，受重力作用，课本沿重力方向通过了距离，因此重力对课本做了功，但人对课本没有做功，故C不符合题意；
D. 将物理课本从地面捡起的过程中，人对课本有力的作用，课本在力的方向上移动了距离，所以小明对课本做了功。
所以选D。
2. 下列所示现象中，力对物体做功的是（ ）
A．图甲：用力搬石头，没有搬动
B．图乙：用力提着滑板在水平路面上前行
C．图丙：用力将木箱推到斜面的顶端
D．图丁：用力举着杠铃在空中不动
【答案】C。
【解析】A．用力搬石头，没有搬动，人对石头施加力的作用，但石头在力的方向上没有移动距离，人对石头没有做功，故A不符合题意；
B．用力提着滑板在水平路面上前行，人对滑板施加的力竖直向上，滑板在力的方向上没有移动距离，人对滑板没有做功，故B不符合题意；
C．用力将木箱推到斜面的顶端，木箱在力的方向上移动了距离，所以人对木箱做功，故C符合题意；
D．用力举着杠铃在空中不动，人对杠铃施加力的作用，杠铃在力的方向上没有移动距离，人对杠铃没有做功，故D不符合题意。
所以选C.
3．如图所示是台球比赛中的情景，白球和黑球静止在水平球台上，运动员手推球杆撞击白球，白球运动后再撞击黑球。下列说法正确的是（ ）
A. 击球后，白球离开球杆向前滚动时，球杆对白球做了功
B. 白球在水平球台上滚动时，白球的重力对它做了功
C. 白球撞击黑球后，黑球滚动时，白球对黑球做了功
D. 运动员手推动球杆前进时，手对球杆做了功
【答案】D。
【解析】A. 击球后，白球离开球杆向前滚动时，不受球杆的推力，球杆对白球没有做功，故A错误；
B. 白球在水平台上滚动时，没有在重力的方向上通过距离，白球的重力没有做功，故B错误；
C. 白球撞击黑球后，黑球滚动时，白球对黑球没有力的作用，白球对黑球没有做功，故C错误；
D. 运动员手推动球杆前进时，手对球杆有力的作用，球杆在力的方向上也通过了距离，手对球杆做了功，故D正确。所以选D。
4. 如图所示，小明同学的质量约50 kg，从一楼走到三楼，他上楼过程中克服重力所做的功可能为（ ）
A. 30 J B. 300 J C. 3 000 J D. 10 000 J
【答案】C.
【解析】小明的重力 G=mg =50kg×10N/kg=500N
从地面登上三楼升高的高度 S=6m
则克服重力所做的功 W=FS=GS=500N×6m=3000J
选项C正确。
5. 小明同学用40 N的水平推力推着重100 N的小车在水平地面上前进了2 m，松开手后，小车仍向前滑行了1 m，整个过程中小明做功____J，小车的重力做功____J。
【答案】80；0.
【解析】小明所做的功 W=FS=GS=40N×2m=80J
松开手后，小车由于惯性仍向前滑行了1 m，没有力做功；重力的方向与运动方向垂直，重力不做功。
6. 小明参加中考体育测试。在跳绳测试中，1 min跳了150次，每次跳起的高度为5 cm，小明的质量为50 kg。小明所受的重力是_____N，小明每跳一次做功是____J。（g取10 N/kg ）
【答案】500，25.
【解析】小明所受的重力是G=mg =50kg×10N/kg=500N
从地面跳起的高度 S=5cm=0.05m
则小明每跳一次做功W=FS=GS=500N×0.05m=25J
7．一个人先后用同样大小的力F 将质量为m的物体分别在光滑水平面、粗糙水平面和粗糙斜面上沿力的方向移动相同的距离S（如图所示），该力在这三个过程中所做的功分别为W1、W2、W3，关于它们之间的大小关系说法正确的是（ ）
A. W1＜W2＜W3 B. W1＜W2 = W3 C. W1 = W2 = W3 D. W1= W2＜W3
【答案】C.
【解析】在这三个过程中，人先后用的力F大小相等，沿力的方向移动相同的距离也相等，根据W=FS可知：在这三个过程中力所做的功相等。
这三个过程中外力所做的功与物体的运动状态、受力情况都无关。
所以选C。
8．如图所示，AC＞BC，用相同的推力沿粗糙程度相同的斜面AC和BC分别将同一重物从底部推到顶端，则此过程中（ ）
A．两次推力做功大小相同
B．两次克服摩擦力做功大小相同
C．两次克服物体重力做功大小相同
D．两个斜面的支持力对物体做功大小不相等
【答案】C.
【解析】A．两次推力大小相同，但是AC＞BC，所以两次推力做功大小不相同；
B．AC边的摩擦力大于BC边的摩擦力，通过的距离大，所以克服摩擦力做功多；
C．两次都是将同一重物从底部推到顶端，提的高度相等，所以克服物体重力做功大小相同 ；该选项正确；
D．两个斜面的支持力方向与物体运动方向垂直，对物体不做功。
通过以上分析可知，ABD选项都错误，只有C正确。所以选C。
9. 如图所示，甲、乙两同学各用水平推力推一相同的木箱，甲推的木箱下面有轮子，乙推的木箱直接放在同样的水平地面上，若甲、乙都把木箱匀速向前推了1m的距离，则甲、乙两同学做的功 （ ）
甲 乙
A．甲做的功多 B．乙做的功多
C．甲、乙做的功一样多 D．无法确定
【答案】B.
【解析】因为甲木箱下面有轮子，摩擦力小，甲对物体的作用力小；乙推的木箱直接放在同样的水平地面上，乙对物体的作用力大，F乙＞F甲。
甲、乙都把木箱匀速向前推了1m的距离，根据功的计算公式W=Fs可知，乙对物体所做的功多。
所以选B。
10. 如图所示，被誉为“中华神盾”的防空导弹驱逐舰是我国海军的中坚力量，它满载时总重力为6.0×107N。在某次演习中，驱逐舰满载时以36km/h的速度匀速直线航行了30min，航行过程中受到的阻力是总重力的0.01倍。求驱逐舰匀速直线航行过程中：
①通过的路程是多大？
②牵引力是多大？
③克服阻力做了多少功？
【答案】①18000m；② 6×105 N；③1.08×1010 J。
【解析】①路程 s＝vt＝36 km/h× 0.5h＝18 km =18000m
②驱逐舰匀速航行，牵引力与阻力是平衡力，大小相等
F＝f＝0.01G＝0.01×6.0×107 N＝6×105 N
③克服阻力做的功 W＝Fs＝6×105 N×1.8×104 m＝1.08×1010 J
【课后反思】本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？不做功的情况
分析
事例
①有力无距离
有力作用在物体上，但物体没有通过距离，也叫“劳而无功”.
人用力但没有搬起石头，对石头没有做功.
②有距离无力
物体在运动方向上没有受到力的作用，由于惯性通过一段距离，没有力做功，也称“不劳无功”.
足球离开脚后在水平面上继续滚动一段距离，人对足球没有做功.
③力与距离的
方向垂直
物体受到了力的作用，也通过了一段距离，但通过的距离与受力的方向垂直.
足球在地面上滚动，重力与支持力对足球没有做功.