第十一章机械功与机械能单元整体设计

第十一章机械功与机械能

一、《课标》要求

1.知道机械功的概念。能用生活、生产中的实例解释机械功的含义。

2.知道功率的概念。结合实例理解功率的概念。了解功率在实际中的应用。

3.理解机械效率。

4.能用实例说明物体的动能和势能以及它们的转化。能用实例说明机械能和其他形式

的能的转化。

二、本章教材分析

1.本章概述

本章讲述功和能的初步知识，主要内容有：功、功率、机械效率的概念，动能、势

能、机械能的概念以及动能、势能的相互转化规律。

功和能的关系及各种不同形式的能相互转化和守恒的规律，从更深的层次上反映了物

质运动和相互作用的本质，是自然科学的核心内容之一。能的概念把各种自然现象统一起

来，揭示了自然界中的各种现象不是孤立的，而是互相有联系的。本章所讲述的机械能是

最常见的•种形式的能量，是学习各种不同形式能的起点；所讨论的机械功和功率的概

念，是运动和力的进一步综合和扩展，也是理解机械能和他各种不同形式能的基础，为以

后学习电功和电功率打下基础，。

本章教材的编写思路是：按照初中生的认知规律和知识的内在联系，先探究“机械

功”的基本知识，进而研究“机械能二本章的前三节主要讨论“机械功”：第一节介绍

“怎样才叫做功”，建立功的概念，给出功的公式和单位，学习测算功的大小；第二节研究

“怎样比较做功的快慢”，从而建立功率的概念，给出功率的公式和单位，并运用公式测量

功率；第三节通过分析机械做功的实例，认识有用功和额外功，由此建立机械效率的概

念，学习测算简单机械的机械效率。第四节则主要介绍“机械能”：先以功的概念为基础，

提出“物体具有做功的本领，即具有能”，然后安排了两个活动，让学生通过观察实验，分

析两种形式的机械能一一动能和势能的大小分别跟什么因素有关，最后指出动能和势能是

可以相互转化的，做功的过程就是能量相互转化的过程。

本章的教学重点：功的知识贯穿全章，只有深刻理解功的概念，才能学好功率、机械

效率及机械能。机械能是最常见的一种形式的能量，是学习各种不同形式能的起点。因此

功和机械能的概念是本章的教学重点。

本章的教学难点：物理学中的“做功”不同于生活中的“做工”，学生在生活中形成的

关于“做工”的前概念，影响他们建立机械功的概念；在分析、解决实际问题时，学生不容

易区分有用功、额外功和总功，因而难以正确解答机械效率的问题；能的概念较为抽象，学

生理解起来有一定的难度，所以功、机械效率及能的概念构成了本章教学的难点。

2.编写特点

本章教材在编写上有以下一些特点：

（1）以物理知识的内在联系为线索，从生活实例引入。功和能的知识与生活、生产实

际的联系广泛，因此教材通过大量列举日常生活、生产劳动中的事例，结合图示的方式逐

步呈现教学内容，贴近学生生活，激发学生的学习兴趣。例如，”如何提高机械效率”一节

中，通过观察教材图13-16中的两种机械，引导学生讨论、分析：用滑轮提升重物和用挖

掘机挖掘、搬运泥土时，哪些功是我们需要的，哪些功是我们不得不额外做的？从而引出

有用功和额外功，帮助学生为建立机械效率的概念。又如，在“认识动能和势能”一节

中，教材图13-19展示了学生熟悉的一些生活场景：形变的跳板能把运动员弹起、拉紧的

弓能把箭射出等，让学生从中发现它们的共同特征，进而引导学生建立能的初步概念。再

如，“怎样才叫做功”一节中，“自我评价与作业”的第4题取材于实际生活中的一张出租

车发票，要求用物理学的眼光从中搜寻信息，探寻其物理道理，深化认识，体现了从生活

走向物理，从物理走向社会的新理念。

（2）以科学方法为指导，探究教学内容。本章在重视科学探究的同时，还非常重视科

学方法的渗透，有效的降低了知识学习的难度，使本章教材的内容更符合学生认知特点。

例如，在学习“怎样才叫做功”时，引导学生通过观察两个做功的实例：人向上提水桶和

沿水平地面推小车，从中找出两个活动的共同点，总结出做功的两个必要因素，这里就渗

透了“归纳”的方法。又如，通过课本图13-10展示的用起重机和滑轮向高处运输建筑材

料的两种情景，要求学生讨论：用什么方法来比较它们做功的快慢，自然地引出功率的概

念，同时渗透了“类比”的学习方法。

（3）以实践活动为载体，落实教学内容。本章的内容中安排了一些实践活动。例如，

第一节的“活动3：怎样正确地测算功”；第二节的“活动2：比一比，谁的功率大”，以及

本节的“课外活动”：在生产、生活实践中了解各种车辆、机械和家用电器的功率等。本章

共安排各种“活动”11个。这些活动生动活泼，联系实际，让学生通过动手、动脑、合

作、交流，探究并认识物理规律，积极、主动地学习新知识，体会物理知识在实际中的应

用。这不仅提高了学生学习物理的乐趣，而且有利于培养学生的实践能力和创新精神，体

现了物理课程的基本理念：提倡学习方式多样化；从生活走向物理，从物理走向社会。

3.课时安排

本章共4节内容，建议全章教学用7课时，其中第4节用2课时，其余每节各用I课

时，复习总结用1课时。

课题11.1怎样才叫做功课时序号：1课时总第课时

本节是沪粤版九年级物理上册第十三章第一节的内容，在机械运动的基础

上，讲述了机械功以及做功的必要条件和功的计算。这些知识是物理学的基础知

教材分析识，又与现实生活联系十分密切。在学习“怎样才叫做功”时，引导学生通过观

察两个做功的实例：人向上提水桶和沿水平地面推小车，从中找出两个活动的共

同点，总结出做功的两个必要因素，这里就渗透了“归纳”的方法。

知识与技能

⑴知道机械功的概念，理解做功的两个必要因素。

⑵理解功的计算公式知道功的单位。能用功的公式进行有关计算。

过程与方法

教学目标⑶经历观察和解释生活、生产中的有关实例的过程，了解功和能的含义，学习

从物理现象中归纳简单物理规律的方法。

情感态度与价值观

⑷通过观察生产、生活中的做功实例，认识到物理知识与自然现象、生产生活的

紧密玦系，培养乐于探索自然现象和物理规律的品格。

教学重点能识别物体在什么情况下做功，在什么情况下未做功。

教学难点怎样正确的测算功。

教学准备教学课件

教学过程修改意见

一、提出问题：

利用教材图13-1及相关的文字说明引入课题，使学生心生疑问：为什么

“大汗淋漓”却没有做功？从而激发学生探究的兴趣,

讲故事：大华同学是一个品学兼优的好学生，不仅在学校里学习好，而且在

家里也经常帮爸爸妈妈做一些力所能及的家务。星期天，大华上午去买了30斤

大米，午饭后又帮妈妈收拾碗筷，接着又去井边帮爸爸把一大桶水提回家，累得

满头大汗。大华的爸爸是个物理教师，他说：“大华今天很辛苦、很劳累，但从

物理学的角度来看，你今天做这几项家务活时，并没芍做功！大华同学百思不

得其解。大华的爸爸说得对吗？这就是我们今天要研究的问题一一怎样才叫做

功？

二、怎样才叫“做功”

活动1找找共同点

“活动1”让学生通过观察两种情况做功时的共同点，建立功的概念。

教材这样安排，一是为了避免抽象的说教，而通过联系生产和生活实际使学

生感到亲切，从而激发学生主动探究的兴趣；二是渗透了科学方法。在教学中学

生一般只注意到“物体移动了一段距离”，而忽视“物体移动的距离是在力的方

个必要因素的理解：

（1）物体没有受到力的作用，靠惯性通过一段路程，也就是没有力做功

（F=0）；

（2）物体受到力，但没有移动距离，即通过的路程为零（尸0）；

（3）物体受力方向和物体运动的方向垂直（尸与s的方向垂直）。

三、怎样测算功

关于功的计算公式、单位，可以直接告诉学生：既然物理学中规定“作用在

物体上的力，使物体在力的方向上通过一段距离，就说这个力对物体作了功”，因

此，“功的大小”就由力和物体移动的距

离决定，由此引出功的计算公式，并介绍

功的单位。也可板画图13-1,引导学生通

过回答下面的问题，讨论总结功的计算公

式：

（1）如图13-1所示，水平面上的木

块，受到水平方向的拉力F,使小车在力

的方向上通过了一段距离，拉力对木块做图13-1

功了吗？

（2）假设在甲这种情况下，木块受到的拉力为1N,通过的距离是s,拉力对

木块做了1份功；那么,在乙、丙两种情况下，拉力E分别做了多少份功？将结

果填入下面的表格：

小车受到的拉力小车沿力的方向通过的距离拉力劝小车所做的功

1NS1份功

2NS

2N2s

（3）分析表格数据，可知功的大小与力的大小和距离的大小有什么关系？

（答：力越大，使物体移动的距离越远，做的功越多.功的大小跟作用在物体上

的力成正比，跟物体通过的距离成正比。）

（4）如果用W表示功，用F表示力，用s表示物体在力的方向上通过的距

离，（同时板书三个字母及对应的物理量名称），则功的大小可表示为W二八。

关于功的单位焦（J），要让学生弄清其来历，并尝试解释IJ的物理含义（用

1N的力使物体在力的方向上通过1m的距离，所做的功为1J）。为了提高学生的

兴趣，还可让学生按教材图13-5所示的方法把两个鸡蛋（或两个钩码）匀速举高

1m,计算做的功，让学生对1焦耳功的大小形成感性认识。还可用多媒体课件播

放有关焦耳在物理学方面的贡献和事迹，组织学生阅读，激发学生学习物理的兴

趣，激励他们发奋学习，刻苦钻研。

活动3怎样正确地测算功

“活动3”的目的是帮助学生理解功的计算公式。通过对错例的分析、讨论,

学生会发现：

（1）2O（）ON的重力并没有对车子作功。因为重力的方向是竖直向下的，而车

子是在水平方向上移动，

（2）要计算人拉车的力所做的功，就要用拉力的大小乘以车子在拉力方向上

通过的距离。已知车子沿拉力的水平方向前进了5m,所以还需要知道拉力的大

“例题”通过具体实例，让学生练习运用公式计算功。该题的关键是要让学

生明确：利用公式2人计算功时，力F和移动的距离s要对应，即距离s必须

是沿着力尸的方向通过的距离。

四、机械功原理

机械功原理是机械的重要定律，是能量守恒在机械中的体现。学生在八年级

己学过简单机械，这里可适当结合滑轮或杠杆，说明使用机械只能省力或省距离,

但不能省功，让学生对机械功原理有初步的感性认识,

五、教学评价

1.图13-2所示四种情景中,人对物体做了功的是（)

图13-2

2.一个足球运动员用100N的力踢一个重为5N的足球，球离脚后在水平草

地上向前滚动了30m.在球滚动的过程中，运动员对足球

做的功为（）

A.3000JB.500J

C.150JD.0J

一位同学沿教学大楼的楼梯匀速登高了该同

3.3m,图13-3

学登楼做的功最接近（）

A.15000JB.1500J

C.150JD.15J

4.如图13-3所示，有一重为1（）N的物体，沿着长为2m,高为1m的光滑

斜面自顶端滑下，重力做的功为Jo

5.兰倩同学用500N的水平推力推着重为100N的箱子在水平地面上前进了

10m,则她对箱子做的功是J,重力对箱子的做的功是Jo

6.用拖拉机耕田，如果牵引力是28000N,拖拉机水平行驶了3km,那么它共

做了多少功？

7.若质量是60kg的人骑重40kg电动自行车在水平路面,以6m/s的速度匀

速行驶时,受到的阻力是人与车总重的与02倍,取g=10N/kg,求：行驶lOmin,

电动机对自行车做的功，

六、总结

1.功的含义和功的两个必要因素

2、功计算公式：W=FS

3、功的原理：使用任何机械都不能省功。

，就说

段距离

过了一

向上通

力的方

物体在

力，使

体上的

用在物

义：作

功的含

一、做

功.

做了

物体

力对

这个

素

要因

个必

的两

做功

二、

力

上的

物体

用在

1、作

距离

过的

上通

方向

力的

体在

板2、物

书

况：

三种情

做功的

设3不

）

无功

（劳而

S=0

WO

F

计（］）、

功）

劳无

0（不

W

0S

F=

（2）、

无功）

（垂直

.S

FJ

W0

S

FWO

（3）,

计算

功的

三.

N-m

lJ=i

位:J

2、单

・s

眇'=F

离

乂距

功=力

式：

1、公

功

能省

都不

机械

任何

使用

理：

的原

四.功

作

2

业1、

与作

评价

自我

业

教

学

反

思

课题11.2怎样比较做功的快慢课时序号：1课时总第课时

本节主要内容有：功率的概念、公式、单位以及怎样测算功率。在学生已经

知道了机械功的含义，以及怎样计算功的大小之后，本节课再进一步学习怎样比

较做功的快慢，从而和前一节的内容构成了较为完整的知识体系，是功的知识的

拓展和延伸。功率是后面进一步学习电功率的基础。另外，功率是衡量各种机械

性能的一个重要指标，在生活和生产实践中有非常重要的实际意义。教材的编写

思路:本节教材由浅入深，先通过“用起重机吊起大件建筑材料''和"用滑轮吊起建

筑材料”两幅图片的比较，引出做功有快有慢的讨论；再通过“活动1”，针对两位

教材分析

同学提出的两种不同意见，引导学生参与讨论，提出自己的看法，自然的引出功

率的概念。然后进行功率的简单计算，并通过“活动2”指导学生设计比较登楼功

率大小的比赛方案，练习在实际问题中测算功率最后，通过“信息浏览”给出人、

电视机和汽车的功率，帮助学生对功率单位“瓦特”具有较多的感性认识，并进一

步认识功率的实用价值和意义。和旧教材相比，本教材增加了测算爬楼的功率这

个活动，川实验探究的方法让学生学会自己测算功率，学以致用，可充分调动学

生学习的积极性，引导学生主动建构新知识

知识与技能

⑴理解功率的概念。

⑵知道功率的计算公式和功率单位的含义，会计算有关功率的简单问题。

过程与方法

教学目标⑶通过建立功率概念的过程，理解用比值定义物理展的方法。

情感态度与价值观

⑷通过实例说明功率的含义，认识功率在实际应用中的重要价值，培养学生关注

生活、关注社会的意识。

⑸通过测量活动的组织安排，培养学生的合作意识、协作能力。

教学重点功率的概念。

教学难点功率的单位。

教学准备教学课件

教学过程修改意见

一、怎样比较做功快慢：

用实际生活中遇到的问题引入课题。教师问学生：在建筑工地上，需要把几

百块砖全部送到楼顶，你能想出几种办法？你认为应选择哪种办法？为什么这样

选择？

活动1怎样比较做功的快慢

先让学生阅读课本组13-10的情景，再用多媒体课件播放相关视频资料，提

高学生的学习兴趣，要注意引导学生观察两个情景，了解女同学和男同学各是怎

么说的，再让学生分组讨论、交流，提出自己的看法。由于图中两位“同学”的

说法都带有片面性，即女同学只比较功的多少血没有考虑时间，男同学只比较时

间的长短而没有考虑做功的多少，这些“不恰当”的比较方法反而更容易激发出

学生辨论的热情。

~~经过讨论交流，学生可以得出：两位同学的说法都是片面的，不能只比较做

功多少或只比较做功时间的长短。要比较物体做功的快慢，必须同时考虑两个因

素：一是物体做了多少功，二是物体做功所用的时间，

二、认识功率

引导学生回忆：我们是如何比较物体运动快慢的？再让学生思考：能否用同

样的方法来比较做功的快慢？学生可以答出：比较做功的快慢也有两种方法，方

法一：完成相同的功比较做功所用的时间，时间越短做功越快；方法二：在相同

的时间内比较做功的多少，做功多的做功快。

这时教师可向学生指出：为了定量地比较物体运动的快慢，我们引入了速度

的概念；同理，为了定量比较物体做功的快慢，我们引入功率的概念来表示物体

做功的快慢。

接着，要求学生用类比的方法，对照速度的定义'公式，给出功率的定义、

公式。在讲解公式时要指出各个符号代表什么物理量。最后结合速度的定义和公

式让学生理解功率的比值定义法——利用两个物理最的比值，可以定义一个新的

物理量。启发学生回忆；除速度外，我们以前学过的哪个物理量也是用比值法定

义的？（密度）。在以后的学习中，我们还将用这种方法来定义新的物理量。

在上述学习过程中，可用多媒体课件播放如下表格，根据学生回答的情况,

按顺序播放表格中的内容，使整个类比过程直观化。

比较运动的快慢比较做功的快慢

比较1.通过相同的路程比较运动时间比较1完.戊相同的功比较所用的时间

方法2相.同运动时间内比较路程方法2相.同的时间内比较做功的多少

物理意义：表示物体运动的快慢物理意义：表示物体做功的快慢

定义：物体在单位时间内通过的路

定义：单位时间内物体做功的多少

速度程的多少功率

路程S功VV

公式：速度二77K（%一）公式：功率,.（尸）

时间t时间t

关于功率的单位，可让学生阅读教材第50页，了解瓦特（W）的由来和意义。

并提醒学生注意：功用斜体的“W”表示，功率单位用正体的“W”表示。有条件

的话，还可用多媒体课件播放瓦特和蒸汽机的故事，并鼓励学生上网了解更多的

关于瓦特的故事。

功率的单位是教学的难点，为了使学生对“瓦特”单位的大小有些感性认识，

可先向学生举例说明IW的大小：在1s内将两个鸡蛋举高1m,做功的功率约为

IWo再让学生阅读教材第52页“信息浏览”，了解一些物体的功率，并说明其意

义：

(I)人跑步功率约400W,表示人跑步时平均每秒做功约400J；

(2)电视机功率约120W,表示电视机工作时，其电源每秒对电视机做功约

120J；

(3)轿车发动机功率约100kW,表示轿车发动机工作时每秒做功约100000J。

还可用多媒体课件播放一些其他机械的功率。这样，通过更多的实例容易让

学生对功率的单位形成感性认识.

关于功率的计算，可以先请学生口答下面两道比较简单的问题，熟悉功率的

公式和单位后，再列式解答课本“想一想”中的问题,

①人在3s内做功150J,求人的功率？

②挖掘机在Imin内做了7.2X106J的功，求挖掘机的功率?

根据口答情况，教师要引导学生总结：应用公式进行功率计算时要注意统一

单位。

“想一想”中的问题是对活动1的回应，旨在让学生运用功和功率的公式进

行计算，知道如何比较做功的快慢，以加深对功和功率的认识。教学时要引导学

生首先弄清题意，找出己知量和待求量，明确解题的过程。分析是沿着P=上一

t

W=Gh的思路进行的，要强调拉力就等于物体受到的重力；解题则是沿着先求出

//；再求出户的顺序进行的。

最后引导学生对比比题中起重机和滑轮的功率，进一步理解功率的含义。

活动2比一比，谁的功率大

“活动2”目的是让学生学会在实际问题中测算功率，加深对功率概念的理

解，提高学习的兴趣。坦织全班同学参加比赛。

可以按照以下顺序让学生讨论，自行设计实验方法：

(1)要测出每个同学上楼的功率，需要知道哪%物理量？

(2)怎样测量这些物理量？

(3)测量顺序是怎样的？

(4)怎么设计记录数据的表格？

学生经过讨论可以说出：测出人的体重G、登楼的高度儿即可求出人上楼

做的功二G〃：再测出上楼所用的时间,,就可以求出上楼的功率P=？G」h，

t

即G、/?、，这些物理量如何测定，用什么仪器，可以让学生自己想办法。学生会

想出各种办法。

在拈动完成后，LL各小组充分展示自己的实验结果。这个结果可以是实验过

程的展示，也可以是口头汇报(包括实验数据)，还可以是理论推导过程。总之

要让每个学生都有充分的机会交流，并且认真听取其他学生的意见。最后要求学

生写出简单的探究报告，循序渐进地引导学生用尽可能准确的语言表述自己的探

究过程、收集的数据及自己的观点。

在此基础上，可让学生选择性地讨论以下问题的实验方案，作为拓展：

(1)怎样测定每个同学举重时的最大功率？

(2)如何测定引体向上的功率？

(3)如何测出一分钟