【学习要求】

1.知道做功的过程就是能量转化或转移的过程.

2.知道机械功和功率.能用生活中的实例说明机械功和功率的含义.

3.知道机械效率.会测定某种简单机械的机械效率.

4.了解提高机械效率的途径和意义.

【知识网络】

【知识要点】

1.功（机械功）

力作用在物体上，使物体在力的方向上通过一段距离，这个力就对物体做了功.做功的过程就是能的转化或转移的过程.其中作用在物体上的力和物体在力的方向上通过的距离是做功的两个必要因素，两者缺一不可.功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积，即

W=Fs.

功的单位是牛·米（N·m），称作焦耳，简称焦（J）.焦是功的专用单位，前一节中出现的力和力臂的乘积也是牛·米（N·m），但不能写成焦（J）.

物体通常受到几个力的作用，所以特别要明确哪个力在对物体做功，做了多少功.为了防止把力和距离的对应关系搞错，最好能画出做功的那个力和在这个力的方向上所通过的距离的示意图.

2.功率

在物理学中，把一段时间内做的功与做功所用的这段时间的比叫做功率，即

功率的单位是瓦特，简称瓦（W）.

功率是表示物体做功快慢程度的物理量，它跟功有关系，又与功不同.功率的单位较多，计算时要注意功和功率单位的统一，同时要注意选择合适的单位，使计算简化.

3.功的原理

利用任何机械做功时，动力对机械所做的功，等于机械克服阻力所做的功，也就是使用任何机械都不能省功，这个结论叫做功的原理.

4.机械效率

机械效率的高低是表示机械优劣的标志，计算机械效率的关键在于分清使用机械做功时，总功、有用功和额外功各是怎样计算的.有用功跟总功的比值叫做机械效率，即

由于利用任何机械都要做额外功，即有用功总小于总功，故由上式可知，机械效率总小于1.

【典型例题】

例1　正常人的心脏推动血液流动的功率约为1.5W，那么在一天时间内心脏做功_____J，这些功可把一个质量为60kg的人匀速举高________m.（g取10N/kg）

点拨　该题以人体自身为题材考查有关知识，把物理学和人体生理有机联系起来，让学生体会物理无处不在，有利于激发学生的探究欲和从物理学角度认识人体生理现象的兴趣.

图　6-24

例2　某人乘坐出租车在平直公路上匀速行驶，出租车的牵引力为3×103 N，图6-24所示为他乘车到达目的地时的车费发票.求：（1）出租车行驶的时间.（2）出租车行驶的速度.（3）出租车在这段时间内所做的功.

点拨　试题源于生活，又有所抽象，这正是从物理现象认识社会生活的有效之处.从表面上看，该题考查的是速度和功的公式，但题干只给出牵引力这一已知条件，其余条件则需从发票中挖掘，而发票中的有用信息和无用信息混杂在一起，需要学生自主收集有用信息，所以该题又考查了学生处理信息的能力.这种问题很有现实意义，有利于引导学生从生活中学习物理，养成善于观察、勤于思考的良好习惯，将所学的物理知识运用到实际问题的解决中去.

例3　有用功和额外功是根据人们的需要来命名的.同一个物理过程，由于我们的主观需要不同，功的名称也不同.

（1）用桶在井中提水，什么功是有用功？什么功是额外功？

（2）在井中捞桶，有用功和额外功又分别是什么？

点拨　通过具体的事例说明有用功和额外功是根据人们的需要来命名的，避免学生死记硬背知识.

例4　阅读材料，回答问题：

做功和能量

做功在物理学中具有特定的含义.人推车时对车施加一个向前的推力，车在力的作用下前进一段距离，只有在这种情况下，物理学才认为人对车做了功.

力和在力的方向上移动的距离，是做功的两个因素，缺一不可.你从地面上提起水桶时，水桶在力的作用下，向上移动了一段距离，水桶的重力势能增加了，你对水桶做了功，如果手提着水桶站着不动，你只是费了力气，但没有对水桶做功，这叫“劳而无功”.

从斜面上滚下来的钢球撞在木块上，能将木块推动一段距离；飞行的子弹能打穿物体，都是钢球和子弹克服阻力做功的结果.

举高的物体也能做功.铁锤从高处落下，能把木桩打入地下；高空落下的冰雹，由于做功而砸坏了地上的农作物.

形状变化的弹簧也能做功.钟表里被旋紧的发条慢慢地放松，带动指针滴滴答答走个不停.

一个物体能做功，就是它具有能量.能量大的物体，做功的本领也大.

（1）材料告诉我们，做功须具备哪两个因素？

（2）请你用物理语言解释“劳而无功”的含义.

（3）物体对外做功后它自己的能量将怎样？别的物体对这个物体做功后，这个物体的能量又将怎样？

点拨　阅读课外材料是一种学习手段，也是一种自学能力的体现，通过它能激发学习兴趣，增长知识.本题是通过阅读使同学们对功和能量的关系加深认识.

例5　在全班交流“测定滑轮组机械效率”的实验结果时，老师提出：如果各组所用的滑轮和串绕绳子的方式不变，改变其他因素，是否会影响它的机械效率呢？大家积极思考，提出了各种猜想，概括起来有如下几种：

猜想一：可能与匀速提升的速度大小有关.

猜想二：可能与被提升钩码的重力有关.

猜想三：可能与匀速提升的速度大小和被提升的钩码重力都有关.

猜想四：可能与被提升的高度有关.

芳芳和兰兰分别根据自己的猜想进行了探究，实验记录如下表：

芳芳的实验记录

兰兰的实验记录

（1）由表格中内容可知，芳芳探究的是猜想________，兰兰探究的是猜想________，她们在探究时都采用了同一种科学方法，即______________.

（2）请帮助兰兰完成表中的计算.

（3）归纳她俩的实验探究，你所得的结论是：______________________________________________________________________________________________________________.

点拨　探究活动是思维活动和行为活动的高度结合，探究中要运用多种多样的科学方法.当探究的对象和多个因素有关时，要注意控制变量，在得到实验数据后，要能够分析、归纳，找到规律或得出结论.

【例题解析】

例1：心脏工作一天所做的功

W=Pt=1.5×24×3600J=1.296×105J.

设这些功可把一个质量为60kg的人匀速举高h，则

例2：（1）从发票中提供的信息可知出租车行驶的时间(www.daowen.com)

t=5min=300s.

（2）出租车行驶的速度

（3）出租车在这段时间内所做的功

W=Fs=3×103N×6000m=1.8×107J.

例3：（1）由于提水的目的是将水提上来，所以有用功是对水做的功，额外功是对桶做的功.

（2）由于捞桶的目的是将桶捞上来，所以有用功是对桶做的功，额外功是对水做的功.

例4：（1）力和在力的方向上移动的距离.

（2）“劳而无功”就是指对一个物体施了力，但物体没有在力的方向上移动距离，因而没有做功.

（3）物体对外做功，自己的能量减小；别的物体对这个物体做功后，这个物体的能量将增大.

例5：（1）观察表中所提供的信息，注意他们实验过程中所控制的实验条件，可知芳芳探究的是猜想一，兰兰探究的是猜想二.她们都采用了“控制变量法”.

（2）根据机械效率的计算方法，表格中的空白处填83.3%.

（3）归纳她俩在实验探究过程中所获得的证据，可得出结论：滑轮组的机械效率与提升的速度无关，与被提升的钩码重有关，钩码越重，滑轮组的效率越高.

自我评估

一、填空题

1.某女同学将质量为2kg的实心球从地上拿起，用双手举高到离地1.8m后用400N的力抛出，球恰好落在6m处的达标线上.在举高过程中该同学克服实心球的重力做功________J，实心球在空中飞行过程中，该同学对实心球做功为________J.

2.跳绳是一项很好的健身运动.某同学做了相关的测量：小军的体重为400N，跳起时重心升高的高度平均为0.02m，则小军跳一次做功________J；若小军1min跳150次，则小军跳绳时的平均功率为________W.

3.工人用定滑轮将重240N的物体匀速向上提升，所用拉力为250N，5s内重物上升4m.此过程中，拉力做功的功率为________W，该定滑轮的机械效率是________.写出一条拉力不等于物重的原因：________________________________________________________.

4.如图6-25所示的两套装置，每个滑轮的质量均相等，它们分别将重力为G1和G2的重物匀速提升一定高度，所用竖直向上的拉力大小分别为F1和F2，忽略绳重和摩擦.若F1=F2，则G1__________G2；若G1=G2，则它们的机械效率η1__________η2.（均选填“＞”“=”或“＜”）

图　6-25

图　6-26

5.如图6-26所示，将质量为80kg的木箱，用一个平行于斜面向上的拉力从斜面底端匀速拉到斜面顶端.斜面长10m、高3m，在此过程中斜面的机械效率为80%.则拉力做的功为________J.若换一个质量小一点的木箱，用力匀速将木箱拉到斜面顶端，此时斜面的机械效率将________.（选填“增大”“不变”或“减小”）.

二、选择题

6.下列有关功的说法正确的是（　　）.

A.足球在水平地面上滚动时，重力对足球没有做功

B.吊车吊着重物使其沿水平方向匀速移动过程中，吊车对重物做了功

C.运动员举着杠铃在空中停留的时间内，对杠铃要做很多的功

D.用相同的力将质量不同的两个物体沿力的方向移动相同的距离，所做的功不同

7.一个滑轮组改进后提高了机械效率，用它把同一物体匀速提升同样的高度，改进后与改进前相比较（　　）.

A.做的有用功减少了　　B.总功不变，有用功增加了

C.总功不变，额外功减少了　　D.有用功不变，总功减少了

8.甲、乙两个机械，甲机械的机械效率是70%，乙机械的机械效率是50%，则（　　）.

A.使用甲机械省力　　B.使用乙机械做功多

C.使用甲机械做功快　　D.以上说法都不对

三、实验和设计题

9.九年级某班的男同学要举行爬楼比赛，看谁的功率大，并要测出某同学爬楼的功率.

（1）已测出了这个同学的质量m，还要测量的物理量是__________和__________.

（2）需要的测量工具是_______________________________________________________.

（3）由测得的物理量，计算爬楼的功率的表达式为___________________________________.

图　6-27

10.如图6-27所示，小明利用两个倾角不同的斜面进行实验.若两斜面的粗糙程度相同，则将同一木块分别从两斜面底端匀速拉至斜面顶端时，拉力所做的额外功W甲_______W乙；若甲、乙两斜面光滑，则拉力F甲_______F乙；将木块分别从两光滑斜面顶端自由释放，则木块到达斜面底端的速度v甲_______v乙.（均选填“＞”“=”或“＜”）

11.用图6-28所示装置探究“斜面机械效率”，实验记录如下表.

图　6-28

（1）沿斜面拉动物体时，应使其做________运动.

（2）根据图6-28所示的弹簧测力计的示数可知，实验序号2的机械效率为________.由实验可得初步结论：斜面倾斜程度相同时，________越小，机械效率越大.

（3）实验序号1中，木块所受摩擦力为_______N.

四、计算和应用题

12.重为3.2×104N的卡车，经过一段水平路面，再以9.6×104 W的功率沿与水平地面成30°角的斜坡匀速向上爬行.已知车轮与地面接触的总面积为0.5m2，卡车爬坡的机械效率为80%.求：

（1）卡车对水平路面的压强.

（2）卡车爬坡时的牵引力.

（3）卡车爬坡时的速度.

13.如图6-29所示，质量为60kg的工人用滑轮组提升重物，每个滑轮的重力均为50N.

（1）用该滑轮组使重力为250N的物体匀速上升2m的过程中，人做的有用功为多少？

（2）若绳子能够承受的最大拉力为400N，在重物匀速提升过程中，绳重和摩擦对应的额外功始终占总功的10%，求滑轮组的最大机械效率.

图　6-29

图　6-30

14.某地农民栽种出一个超级大南瓜.为将南瓜顺利装车，村民们用如图6-30所示的滑轮，用绳子绕制成滑轮组.在20s时间内，村民们用750N的拉力将绳端沿竖直方向匀速向下拉动6m，把南瓜提升1.5m，此过程中滑轮组的机械效率为90%.问：（g取10N/kg）

（1）按题意画出滑轮组的绳子绕法.

（2）村民们拉动滑轮组的功率为多大？

（3）超级大南瓜的质量为多大？