1、第2节 功 和 能1.1.了解功的原理，知道使用任何机械都不省功，能利用功的原了解功的原理，知道使用任何机械都不省功，能利用功的原理进行相关计算。理进行相关计算。2.2.知道功和能之间的区别和联系，了解功是能量转化的量度的知道功和能之间的区别和联系，了解功是能量转化的量度的含义。含义。重点：重点：1.1.功和能的关系。功和能的关系。 2.2.知道能量的转化用做功来量度。知道能量的转化用做功来量度。难点：在具体的问题中如何分析能量的转化情况，并用做功来难点：在具体的问题中如何分析能量的转化情况，并用做功来 定量地反映这种转化。定量地反映这种转化。 一、机械功的原理一、机械功的原理1 1不使用任何
2、机械与使用机械的区别不使用任何机械与使用机械的区别(1)(1)不使用任何机械时，动力所做的功即为不使用任何机械时，动力所做的功即为_克服物体所受克服物体所受_做的功。做的功。(2)(2)使用机械时动力与阻力做功使用机械时动力与阻力做功动力动力重力重力动力做功动力做功阻力做功阻力做功动力对机械所做的功动力对机械所做的功( (输入功输入功) )，通常称为总功。，通常称为总功。W W动动=W=W输入输入=W=W总总有用功：机械克服有用阻力所做的功有用功：机械克服有用阻力所做的功W W有用有用，也称，也称为输出功为输出功W W输出输出额外功：机械克服额外阻力所做的功额外功：机械克服额外阻力所做的功W
3、W额外额外，也称，也称为损失功为损失功W W损失损失阻力的功：机械克服所有阻力所做的功阻力的功：机械克服所有阻力所做的功W W阻阻，W W阻阻=W=W有用有用+W+W额外额外2.2.功的原理功的原理（1 1）内容）内容使用任何机械时，使用任何机械时，_对机械所做的功总是等于机械对机械所做的功总是等于机械_所做的功。所做的功。W W动动=W=W阻阻=_=_或或W W输入输入=_=_。（2 2）意义）意义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，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，它告诉我们，使用任何机械都不能它告诉我们，使用任何机械都不能_，做一定量的功，要省，做一
4、定量的功，要省力就要力就要_做功时的位移，而要减小做功时的位移就要做功时的位移，而要减小做功时的位移就要_。 动力动力克服阻克服阻力力W W有用有用+W+W额外额外W W输出输出+W+W损失损失省功省功增大增大多用多用力力二、做功和能的转化二、做功和能的转化1.1.能量能量如果一个物体能够对别的物体如果一个物体能够对别的物体_，我们就说这个物体具有能，我们就说这个物体具有能量，它表示一个物体具有对其他物体量，它表示一个物体具有对其他物体_的本领。的本领。2.2.功能关系功能关系做功的过程就是能量做功的过程就是能量_的过程，做了多少功，就表示有多少的过程，做了多少功，就表示有多少能量从一种形式转
5、化为另一种形式，功是能量转化的能量从一种形式转化为另一种形式，功是能量转化的_。做功做功做功做功转化转化量度量度3.3.机械的作用机械的作用利用机械做功利用机械做功, ,从本质上讲，做功的机械是从本质上讲，做功的机械是_能量，实现能能量，实现能量转化的装置。机械做功，只能将能量从一个物体量转化的装置。机械做功，只能将能量从一个物体_到另到另一个物体，或者将一种形式的能量一个物体，或者将一种形式的能量_为另一种形式的能量。为另一种形式的能量。传递传递转移转移转化转化【判一判【判一判】（1 1）使用机械就是为了省功。）使用机械就是为了省功。 ( )( )（2 2）省力的机械一定增大了位移。）省力的
6、机械一定增大了位移。 ( )( )（3 3）一个物体做功的本领越大，它具有的能量就越多。）一个物体做功的本领越大，它具有的能量就越多。( )( )（4 4）功和能量是一个物理量的不同表述。）功和能量是一个物理量的不同表述。 ( )( )提示：提示：（1 1）（）（2 2）由机械功的原理可知，做一定量的功，省力）由机械功的原理可知，做一定量的功，省力就要增大做功时的位移就要增大做功时的位移, ,而要减小位移就要多用力，故（而要减小位移就要多用力，故（1 1）错，）错，（2 2）对。）对。（3 3）由能量的定义可知（）由能量的定义可知（3 3）对。）对。（4 4）功是力和在力的方向上位移的乘积。能
7、量是物体做功的）功是力和在力的方向上位移的乘积。能量是物体做功的本领大小的物理量，它可以用做功的多少来量度，故（本领大小的物理量，它可以用做功的多少来量度，故（4 4）错。）错。 机械功的原理机械功的原理1.1.以人通过滑轮组提升重物为例，尝试分析公式以人通过滑轮组提升重物为例，尝试分析公式W W输入输入=W=W输出输出+W+W损失损失中各项的含义。中各项的含义。提示：提示：W W输入输入为人的拉力做的功，为人的拉力做的功，W W输出输出为机械为机械( (滑轮组滑轮组) )提升重物时提升重物时对重物做的功，对重物做的功，W W损失损失为克服摩擦阻力做的功，摩擦阻力包括滑轮为克服摩擦阻力做的功，
8、摩擦阻力包括滑轮与轴间的摩擦以及绳与轮间的摩擦，和动滑轮的重力。与轴间的摩擦以及绳与轮间的摩擦，和动滑轮的重力。2.2.根据功的原理可知，任何机械都根据功的原理可知，任何机械都不省功，或者说任何机械都是费功不省功，或者说任何机械都是费功的，请思考：既然不省功，为什么的，请思考：既然不省功，为什么还要使用机械呢？还要使用机械呢？提示：提示：(1)(1)使用机械虽然不能省功，使用机械虽然不能省功，但使用机械可以改善工作环境，可以完成人很难直接完成的工但使用机械可以改善工作环境，可以完成人很难直接完成的工作。作。(2)(2)使用机械可以方便地实现能量转化。例如使用机械可以方便地实现能量转化。例如,
9、,通过电动机、柴通过电动机、柴油机等工作，若不借助机械，人是不可能通过自己的身体直接油机等工作，若不借助机械，人是不可能通过自己的身体直接利用电或者柴油工作的。利用电或者柴油工作的。【知识点拨【知识点拨】功的原理的理解功的原理的理解（1 1）使用机械时，一方面动力对机械做功，另一方面机械又克）使用机械时，一方面动力对机械做功，另一方面机械又克服阻力对外做功，这两者总是相等的。服阻力对外做功，这两者总是相等的。（2 2）机械克服阻力所做的功包括有用功）机械克服阻力所做的功包括有用功W W有用有用（又称输出功）和（又称输出功）和额外功额外功W W额外额外（又称损失功）。（又称损失功）。（3 3）使
10、用任何机械只可以省力，但都不能省功。）使用任何机械只可以省力，但都不能省功。【探究归纳【探究归纳】使用机械与不使用机械的区别：使用机械时，动力所做的功等使用机械与不使用机械的区别：使用机械时，动力所做的功等于有用功与额外功的和。于有用功与额外功的和。W W动动=W=W有用有用+W+W额外额外或或W W输入输入=W=W输出输出+W+W损失损失【典例【典例1 1】对于机械做功】对于机械做功, ,下列说法错误的是下列说法错误的是( )( )A.A.使用机械时使用机械时, ,输入功可以大于、小于或等于机械克服阻力做的输入功可以大于、小于或等于机械克服阻力做的功功B.B.使用机械时使用机械时, ,输入功
11、一定不能小于输出功输入功一定不能小于输出功C.C.使用机械时使用机械时, ,动力对机械做的功一定不能小于输出功动力对机械做的功一定不能小于输出功D.D.使用机械时使用机械时, ,动力对机械做的功等于机械输出功和损失功之和动力对机械做的功等于机械输出功和损失功之和【思路点拨【思路点拨】根据功的原理使用任何机械都不省功，输入功等于输出功与损根据功的原理使用任何机械都不省功，输入功等于输出功与损失功之和。失功之和。【解析【解析】选选A A。根据功的原理，动力对机械做的功即输入功等于。根据功的原理，动力对机械做的功即输入功等于机械克服阻力所做的功，机械克服阻力所做的功，A A项错误。机械克服阻力所做的
12、功包括项错误。机械克服阻力所做的功包括输出功和损失功两部分输出功和损失功两部分, ,所以动力对机械做的功等于输出功和损所以动力对机械做的功等于输出功和损失功之和失功之和, ,且一定不小于输出功且一定不小于输出功, ,选项选项B B、C C、D D正确。正确。【变式训练【变式训练】下列说法中正确的是下列说法中正确的是( )( )A.A.用水桶从井中提水的时候，对桶做的是有用功用水桶从井中提水的时候，对桶做的是有用功B.B.用水桶从井中提水的时候，对水做的功是总功用水桶从井中提水的时候，对水做的功是总功C.C.桶掉到井里，从井里把水桶捞上来的时候，对桶做的功是有桶掉到井里，从井里把水桶捞上来的时候
13、，对桶做的功是有用功用功D.D.桶掉到井里，从井里把水桶捞上来的时候，桶里带了一些水，桶掉到井里，从井里把水桶捞上来的时候，桶里带了一些水，对桶和水做的功是有用功对桶和水做的功是有用功【解析【解析】选选C C。用水桶从井里提水的时候，其目的是要将水从井。用水桶从井里提水的时候，其目的是要将水从井中提取，对水所做的功是有用功，对水桶所做的功是额外功。中提取，对水所做的功是有用功，对水桶所做的功是额外功。对水和水桶做的功是总功。故对水和水桶做的功是总功。故A A、B B两项均错。水桶掉到井里，两项均错。水桶掉到井里，要将水桶捞上来，对水桶所做的功是有用功，对水所做的功是要将水桶捞上来，对水桶所做的
14、功是有用功，对水所做的功是额外功。故额外功。故C C项正确，项正确，D D项错误。项错误。 做功和能的转化做功和能的转化1.1.由功和能的单位可知，二者的单位相同，两者的物理意义相由功和能的单位可知，二者的单位相同，两者的物理意义相同吗？两者又有什么关系呢？同吗？两者又有什么关系呢？提示：提示：(1)(1)功和能是两个不同的概念，功是一个过程量，能是一功和能是两个不同的概念，功是一个过程量，能是一个状态量，二者虽然具有相同的单位，但它们有本质的区别。个状态量，二者虽然具有相同的单位，但它们有本质的区别。(2)(2)对功和能关系的理解，要掌握以下两层含义：对功和能关系的理解，要掌握以下两层含义：
15、做功的过程就是能量转化的过程，能量的转化可通过做功来做功的过程就是能量转化的过程，能量的转化可通过做功来实现。实现。做功与能量转化的数值相等，即做了多少功，就有多少能量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。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，亦可用能量转化的多少来计算做功的多少。反之，亦可用能量转化的多少来计算做功的多少。【误区警示【误区警示】一是不要认为功和能量是一个物理量，明确功和一是不要认为功和能量是一个物理量，明确功和能的区别；二是要了解功和能的联系，可通过能的转化求解做能的区别；二是要了解功和
16、能的联系，可通过能的转化求解做功的多少，也可用做功的多少求解物体能量的变化。功的多少，也可用做功的多少求解物体能量的变化。2.2.试从功的原理和功能关系两方面分析机械做功所遵循的规律。试从功的原理和功能关系两方面分析机械做功所遵循的规律。提示：提示：(1)(1)从功的原理可知，机械做功过程中，动力做的功等于从功的原理可知，机械做功过程中，动力做的功等于机械克服阻力做的功机械克服阻力做的功, ,即即W W动动=W=W阻阻。由于任何机械都存在无用阻力，。由于任何机械都存在无用阻力，所以总有所以总有W W输入输入W W输出输出，所以任何机械都不会省功。要提高机械的，所以任何机械都不会省功。要提高机械
17、的效率就需要尽量减少无用阻力。效率就需要尽量减少无用阻力。(2)(2)从功能关系看，机械只是传递能量、实现能量转化的装置，从功能关系看，机械只是传递能量、实现能量转化的装置，且能量转化的多少在数值上等于机械克服阻力所做的功。且能量转化的多少在数值上等于机械克服阻力所做的功。【知识点拨【知识点拨】对功和能的理解对功和能的理解（1 1）功和能的区别）功和能的区别功和能具有相同的单位，但它们却是两个不同的物理量。其区功和能具有相同的单位，但它们却是两个不同的物理量。其区别是：功是过程量，功与一段位移相联系；能量反映了物体做别是：功是过程量，功与一段位移相联系；能量反映了物体做功的本领，反映了物体的一
18、种状态，所以能是状态量。我们可功的本领，反映了物体的一种状态，所以能是状态量。我们可以说某时刻物体具有多少能，但不能说某时刻物体具有多少功，以说某时刻物体具有多少能，但不能说某时刻物体具有多少功，而只能说在某一段时间内（或某一过程中或某一段位移上）物而只能说在某一段时间内（或某一过程中或某一段位移上）物体做了多少功。体做了多少功。（2 2）功和能的联系）功和能的联系做功的过程总是伴随着能量的转化，且做了多少功，能量就转做功的过程总是伴随着能量的转化，且做了多少功，能量就转化多少。化多少。【探究归纳【探究归纳】 1.1.能量是表示物体做功本领大小的物理量。能量是表示物体做功本领大小的物理量。2.
19、2.一个物体能够做功我们就说这个物体具有能。一个物体能够做功我们就说这个物体具有能。3.3.功和能的联系功和能的联系(1)(1)功和能都是标量；功和能都是标量；(2)(2)功和能的国际单位都是焦；功和能的国际单位都是焦；(3)(3)功是能量转化的量度。功是能量转化的量度。4.4.功是过程量，能是状态量。功是过程量，能是状态量。功在数值上等于转化的能量的多少，但功不是能。功在数值上等于转化的能量的多少，但功不是能。【典例【典例2 2】关于功和能，下列说法正确的是】关于功和能，下列说法正确的是( )( )A.A.功就是能，功可以转化为能功就是能，功可以转化为能B.B.做功越多，物体的能量就越大做功
20、越多，物体的能量就越大C.C.能量转化过程中，做的功越多，能量转化就越多能量转化过程中，做的功越多，能量转化就越多D.D.功和能的单位相同，它们的物理意义也相同功和能的单位相同，它们的物理意义也相同【思路点拨【思路点拨】功能关系并非功和能量之间的相互转化，而是通过做功实现能功能关系并非功和能量之间的相互转化，而是通过做功实现能量转化，用做功的多少来量度能量转化的多少。量转化，用做功的多少来量度能量转化的多少。【解析【解析】选选C C。功和能是两个不同的概念，功是过程量，能是状。功和能是两个不同的概念，功是过程量，能是状态量，故态量，故D D错；做功的过程就是能量转化的过程。功是能量转化错；做功
21、的过程就是能量转化的过程。功是能量转化的量度，故的量度，故A A错；做功越多，表明能量转化得越多，并不表明物错；做功越多，表明能量转化得越多，并不表明物体的能量越大，故体的能量越大，故B B错，错，C C正确。正确。【变式训练【变式训练】关于功和能关于功和能, ,下列判断正确的是下列判断正确的是( )( )A.A.古代的钻木取火是通过摩擦力做功来将其他能转化为内能的古代的钻木取火是通过摩擦力做功来将其他能转化为内能的B.B.举重运动员把重物举起来举重运动员把重物举起来, ,体内的一部分化学能转化为重力体内的一部分化学能转化为重力势能势能C.C.跳高运动员起跳时跳高运动员起跳时, ,通过体内肌肉
22、做功通过体内肌肉做功, ,体内的部分化学能转体内的部分化学能转化为人的动能化为人的动能D.D.人走路时人走路时, ,没有力做功没有力做功, ,所以没有能量转化所以没有能量转化【解析【解析】选选A A、B B、C C。做功的过程是能量转化的过程。做功的过程是能量转化的过程, ,人在走路人在走路时时, ,一是重心的高度不断变化一是重心的高度不断变化, ,二是空气和摩擦阻力都与运动的二是空气和摩擦阻力都与运动的方向相反，所以人要做功方向相反，所以人要做功, ,故故A A、B B、C C正确正确,D,D错误。错误。【温馨提示【温馨提示】使用机械可以改变工作的环境，达到省力和人力使用机械可以改变工作的环
23、境，达到省力和人力所不能及的目的，但不省功，并且由于机械的摩擦和机械本身所不能及的目的，但不省功，并且由于机械的摩擦和机械本身被举高部分的重力，所以要做一些无用功。被举高部分的重力，所以要做一些无用功。【典例】用如图所示的滑轮组提升一个重【典例】用如图所示的滑轮组提升一个重G=G=1 200 N1 200 N的物体，作用在绳子自由端的拉力的物体，作用在绳子自由端的拉力F=300 NF=300 N，绳子的自由端移动，绳子的自由端移动15 m15 m，求力，求力F F做做的总功、有用功及额外功。的总功、有用功及额外功。考查内容考查内容滑轮组中力的做功滑轮组中力的做功【思路点拨【思路点拨】解答本题时
24、应明确以下三点：解答本题时应明确以下三点：(1)(1)绳子自由端移动距离与物体升高距离的关系。绳子自由端移动距离与物体升高距离的关系。(2)(2)克服物体重力所做的功为有用功。克服物体重力所做的功为有用功。 (3)(3)总功、有用功及额外功的关系。总功、有用功及额外功的关系。【解析【解析】力力F F作用点的位移为作用点的位移为s=15 ms=15 m，物体升高为，物体升高为则力则力F F做的总功为做的总功为W W总总=Fs=300=Fs=30015 J=4.515 J=4.510103 3 J J。有用功为有用功为W W有用有用=Gh=Gh=1 200=1 2003 J=3.63 J=3.610103 3 J J。由功的原理由功的原理W W总总=W=W有用有用+W+W额外额外，则，则W W额外额外=W=W总总-W-W有用有用=4.5=4.510103 3 J-3.6 J-3.610103 3 J=9 J=910102 2 J J。答案答案: :4.54.510103 3 J 3.6 J 3.610103 3 J 9 J 910102 2 J J sh3 m,5
