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八年级物理功与功率课程目标123理解功的物理含义掌握功的计算方法掌握功率概念及应用通过实例和图解，帮助学生理解功的物理概学习功的计算公式W=F·s，能够熟练应用公理解功率表示做功快慢的物理量，掌握功率念及其在日常生活中的表现，建立直观认识式解决基本问题，理解力和位移方向的关系公式P=W/t，并能够在日常生活中识别和应用功率概念功的意义功的物理意义在物理学中，功是一个衡量力对物体做的有用效果的物理量当我们对物体施加力，并使物体在力的方向上发生位移时，我们就对物体做了功功的概念帮助我们量化力在使物体运动过程中所传递的能量这是能量转化的一种重要形式，在日常生活和工业生产中有广泛应用功是物理学中表示能量转移或转换的基本物理量，是理解能量概念的关键功的定义公式功的基本公式公式解析当力的方向与物体运动方向一致时，功的计算公式为这个公式表明，功的大小与两个因素成正比
1.作用在物体上的力的大小（F）
2.物体在力的方向上移动的距离（s）其中•W表示功（单位焦耳J）•F表示物体所受恒力（单位牛顿N）•s表示力的方向上通过的距离（单位米m）功的单位换算基本单位换算能量单位换算表功的基本单位是焦耳（J），根据功的定义公式得出单位名称换算关系实际应用场景焦耳（J）基本单位抬起小物体即一个牛顿的力使物体在力的方向上移动一米所做的功是一焦耳千焦（kJ）1kJ=1000J食物热量常用单位兆焦（MJ）1MJ=1000kJ家庭能源消耗•焦耳（J）基本单位千瓦时（kWh）1kWh=
3.6MJ电费计量•千焦（kJ）1kJ=1000J•兆焦（MJ）1MJ=1000kJ=1,000,000J做功的三要素物体发生位移物体必须在力的作用下产生位移如果物体没有移动，即使有力作用，也不会做功作用力位移的大小也直接影响做功的多少，位移越大，在相力与位移方向相同且不为零必须有力作用于物体没有力的作用，就不可能做功同力下做功越多力是做功的根本原因，它能够改变物体的运动状态力的方向与位移方向必须有分量相同，且力和位移都不能为零如果力与位移方向垂直，做功为零力的大小直接影响做功的多少，力越大，在相同位移下做功越多这三个要素缺一不可只有同时满足这三个条件，才能说明有功做出在解题时，我们需要仔细分析这三个要素是否都满足，才能正确判断和计算功不做功的常见情景力有但物体无位移的情况位移与力垂直的情况当我们用力推墙，但墙纹丝不动时，虽然我们施加了力，但由于墙没有位移，所以我们当力的方向与物体运动方向垂直时，力在位移方向上没有分量，因此不做功典型例子对墙没有做功同样，当我们手持重物静止不动时，虽然我们对重物施加了支持力，但是水平拉着行李箱走路时，重力与水平位移垂直，重力不做功由于重物相对于我们没有位移，我们对重物也没有做功•月球绕地球运动，地球引力与月球位移垂直•举重运动员举起杠铃后保持静止•水平拉行李箱，重力方向与位移方向垂直•用力推无法移动的大石头•书放在桌子上，桌子对书的支持力功的例题剖析例题基础计算1问题小明用10牛顿的水平推力，推动一个箱子在水平地面上移动了2米，小明对箱子做了多少功？解析
1.确定已知条件F=10N，s=2m
2.力与位移方向相同，应用公式W=F·s
3.计算W=10N×2m=20J答案小明对箱子做了20焦耳的功例题斜面分析2问题小红沿着与水平面成30°角的斜面，用20牛顿的力推动一个箱子沿斜面上移5米，求小红对箱子做的功解析
1.已知F=20N，s=5m，力与位移方向相同
2.应用公式W=F·s=20N×5m=100J功的图示分析位移方向与力方向同向，做正功位移方向与力方向垂直，不做功当力的方向与物体运动方向一致时，力对物体做正功例如，推车前进时，推力与车子前进方向一致，推力做正功当力的方向与物体运动方向垂直时，力对物体不做功例如，物体做圆周运动时，向心力与运动方向垂直，向心力不做功位移方向与力方向反向，做负功当力的方向与物体运动方向相反时，力对物体做负功例如，刹车时，摩擦力与车子运动方向相反，摩擦力做负功日常生活中的做功举重健身提水上楼拉车运输举重时，人对哑铃做功若一个50牛顿的哑铃被提水上楼时，人对水桶做功假设一桶10升水，拉车时，拉力对车做功如果用30牛顿的力拉车举高1米，则做功W=50N×1m=50J在健身重约100牛顿，将其提高1米，则做功W=100N前进5米，则做功W=30N×5m=150J学生房锻炼时，我们不断地对各种器械做功，这也是×1m=100J在农村地区，人们经常需要从井拉着书包车上学，农民拉着农具去田间，都是在为什么锻炼后会感到疲劳中提水，这个过程就是做功的典型例子做功功的专题拓展不同情况下功的大小比较斜面做功实验数据分析在物理学中，我们经常需要比较不同情况下做功的大小以下是几种典型情况的比较在斜面实验中，我们可以研究力、位移和功之间的关系•相同的力，位移越大，做功越多斜面角度施加力N位移m做功J•相同的位移，力越大，做功越多•相同的力和位移，力与位移夹角越小，做功越多15°25250例如，将相同质量的物体提升到不同高度，提升高度越高，重力做的功越多；不同质量的物体提升到相同高度，30°502100物体质量越大，重力做的功越多45°702140机械功与能量关系做功能量转化过程能量守恒定律=当力对物体做功时，能量从一种形式转化为另能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能一种形式例如，推动物体时，人体的化学能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转化为物体的动能；提升物体时，人体的化学转移到另一个物体做功是能量转移的一种重能转化为物体的重力势能要方式实际应用能量转换效率理解功与能量的关系对解决实际问题至关重要在能量转换过程中，由于摩擦等因素，部分能例如，计算提升重物所需的最小功，预测物体量会转化为热能散失，导致有用功减少提高下落的速度等，都需要应用功与能量的关系能量转换效率是现代科技的重要目标功率的定义功率的物理意义功率是物理学中表示做功快慢程度的物理量它定义为单位时间内所做的功，反映了能量转换或传递的速率在日常生活中，我们经常需要考虑不仅仅是完成多少工作，还要考虑完成这些工作需要多长时间例如，两台发动机可能能够完成相同的工作，但如果一台能在更短的时间内完成，我们就说它的功率更大功率是衡量能量传递效率的重要指标，它告诉我们能量转换有多快功率的直观理解想象两个学生搬运相同重量的书籍上楼，虽然他们做的功相同，但如果一个用了5分钟，另一个用了10分钟，那么前者的功率是后者的两倍功率公式基本功率公式拓展功率公式功率的基本定义公式为结合功的公式W=F·s，我们可以得到功率的另一种表达式其中其中v=s/t是物体的速度•P表示功率（单位瓦特，W）•W表示做功（单位焦耳，J）•t表示时间（单位秒，s）这个公式表明，功率等于在一定时间内所做的功除以所用的时间功率越大，表示单位时间内做功越多，工作效率越高功率的单位换算基本单位常用单位功率的国际单位是瓦特（符号W），以在实际应用中，我们经常使用瓦特的倍数英国工程师詹姆斯·瓦特命名单位•千瓦（kW）1kW=1000W•兆瓦（MW）1MW=1000kW=这意味着，功率为1瓦特的设备每秒钟做11,000,000W焦耳的功•吉瓦（GW）1GW=1000MW=1,000,000,000W其他功率单位在一些特定领域，也使用其他功率单位•马力（hp）1hp≈746W•千卡/小时（kcal/h）1kcal/h≈
1.163W•英热单位/小时（BTU/h）1BTU/h≈
0.293W生活中的功率案例照明设备厨房电器交通工具不同功率的灯泡亮度不同传统白炽灯常见功率微波炉通常功率在700W-1200W之间，常见的家普通家用汽车发动机功率约为50kW-150kW（约有40W、60W、100W等，而同亮度的LED灯功用微波炉功率约为900W这意味着它每秒钟传70-200马力）大型货车发动机功率可达300kW率只有白炽灯的约1/10一个60W的白炽灯泡每递900焦耳的能量到食物中电饭煲的功率通常以上功率越大，加速性能越好，但燃油消耗也小时消耗60W×3600s=216000J的电能，而同样在400W-2000W之间，具体取决于其容量和功能越多电动汽车的电机功率也类似，但能量转换亮度的LED灯只需6W效率更高计算功率例题2例题计算拉车的功率使用功率的另一公式解题问题小明用250牛顿的水平拉力拉一辆小车，使小车在5秒内匀速移动了2米，求小明拉车的功率我们也可以使用功率的另一个公式P=F·v来解答解析步骤
1.计算速度v=s/t=2m÷5s=
0.4m/s
2.计算功率P=F·v=250N×
0.4m/s=100W
1.确定已知条件•拉力F=250N两种方法得到的结果相同，都是100瓦特•位移s=2m物理意义•时间t=5s
2.计算做功W=F·s=250N×2m=500J
3.计算功率P=W/t=500J÷5s=100W答案小明拉车的功率为100瓦特功率大小的物理意义功率大单位时间做功多，效率高功率大的设备或机器能在短时间内完成更多工作，工作效率高例如，大功率的发动机能够产生更大的加速度，大功率的水泵能在短时间内抽出更多的水高功率设备的优点是工作效率高，能快速完成任务；缺点是能耗大，成本高，有时也会产生更多的热量和噪音功率小单位时间做功少功率小的设备或机器完成相同工作需要更长的时间，但通常能耗较低，运行更稳定例如，小功率的电饭煲煮饭时间长，但耗电少；低功率的电动车速度慢，但续航时间长低功率设备的优点是能耗低，运行成本低，通常噪音小，使用寿命长；缺点是完成任务需要更长时间汽车、火车功率比较交通工具功率对比火车与汽车功率差异原因不同交通工具因其用途、载重量和设计速度的不同，功率差异很大以下是常见交通工具的功率范围火车电机功率通常远大于普通汽车发动机，主要原因包括•普通自行车（人力）约100-200W
1.载重量火车需要拉动数十节车厢，载重可达数千吨，远超汽车•电动自行车约250-500W
2.持续性能火车需要长时间持续高功率输出•摩托车约10-100kW
3.速度要求高速列车需要克服更大的空气阻力•家用轿车约50-150kW
4.加速性能尽管质量大，火车仍需要在合理时间内加速•大型货车约200-500kW•普通火车约2-5MW（2000-5000kW）•高速列车约6-10MW（6000-10000kW）实物工作与功率实验测量搬书上楼功率的小实验实验数据记录与分析目的通过简单实验，测量人体在搬运物体上楼时的功率实验组别书的质量kg楼梯高度m时间s功率W实验器材组别15310147•一摞书或其他重物•电子秤（测量重物质量）组别28312196•卷尺（测量楼梯高度）组别3535294•秒表（测量时间）•计算器从实验数据可以看出实验步骤
1.相同质量和高度，时间越短，功率越大（组别1vs组别3）
1.用电子秤测量书的质量m（kg）
2.相同高度和时间，质量越大，功率越大
2.用卷尺测量从楼下到楼上的垂直高度h（m）
3.相同质量和功率，高度越大，所需时间越长
3.用秒表记录搬运书籍从楼下到楼上所用的时间t（s）
4.计算书的重力F=m×
9.8（N）
5.计算做功W=F×h=m×
9.8×h（J）
6.计算功率P=W/t=m×
9.8×h/t（W）机械效率与功率关系能量损耗的现象机械效率的定义在实际机械工作中，输入的能量并不能完全转化机械效率是指有用功输出与总输入功之比，用η为有用的输出能量，总会有部分能量以热能、声表示能等形式损耗掉例如，电动机消耗的电能不能完全转化为机械能，部分变成了热能；汽车发动机消耗的燃油能量，只有约20%-30%转化为驱动汽车的机械能同样，我们也可以用功率来表示效率这种能量损耗是普遍存在的，理解这一现象有助于我们更好地设计和使用机械设备效率永远小于100%效率越高，表示能量损耗越少，设备性能越好提高机械效率的方法为了减少能量损耗，提高机械效率，可以采取以下措施•减少摩擦使用润滑油、滚动轴承等•减少热损失使用绝热材料•优化设计改进机械结构，减少能量转换环节•使用高效材料如高性能磁材、低阻电线等综合运用生活测算家用电器功率比较家庭每日用电估算不同家用电器的功率差异很大，了解这些差异有助于我们合理用电一个典型三口之家的每日用电情况估算•照明（5个LED灯，每天平均使用5小时）5×10W×5h=250Wh电器典型功率1小时耗电量•冰箱（全天运行，压缩机工作约8小时）200W×8h=1600Wh电饭煲800W
0.8度•电视（平均观看4小时）100W×4h=400Wh•空调（夏季使用6小时）1500W×6h=9000Wh微波炉900W
0.9度•电饭煲（使用1小时）800W×1h=800Wh冰箱200W（压缩机工作时）约
0.4度/天（间歇工作）•其他电器约2000Wh空调1500W
1.5度总计约14050Wh=
14.05kWh（度）电视100W
0.1度LED灯10W
0.01度注意冰箱虽然功率不高，但因为全天运行，总耗电量可能很大资讯与技术应用新能源汽车的功率密度设计现代电动汽车的电机功率密度（单位重量的功率）正在不断提高与传统内燃机相比，电动机的功率密度可以达到更高水平，这意味着相同重量的电动机可以提供更大的功率例如，特斯拉Model3的电机功率密度可达5kW/kg，而传统汽油发动机通常只有约1kW/kg这种高功率密度设计使电动汽车可以实现更快的加速性能，同时提高能源利用效率新一代电动汽车还采用了双电机甚至三电机设计，进一步提高了整车的功率和性能这些技术进步正在改变我们对交通工具的认识基站与大型风力发电机的功率分析5G5G基站的功耗是4G基站的2-3倍，单个基站功率可达2-3kW，这对能源供应提出了更高要求为了解决这一问题，许多地区开始探索使用可再生能源为基站供电大型风力发电机的单机功率已从早期的几百千瓦发展到现在的5-10兆瓦当前世界上最大的风力发电机单机功率已超过14MW，相当于7000多个家用空调同时工作的功率生活节能启示合理选用家电功率，节省能源LED与白炽灯耗能比较在购买和使用家电时，应根据实际需求选择合适功率的产品，避免盲目追求高功率造成能源浪费LED灯与传统白炽灯在能耗方面有显著差异•根据房间大小选择空调功率10-15平方米房间选1匹（约800W）空调即可灯具类型功率亮度（流明）寿命每年电费（每天使用5小时）•根据家庭人口选择热水器容量和功率3口之家一般40-50L、2000W足够•根据实际使用频率选择电饭煲偶尔使用可选择功率较小的基础款白炽灯60W8001000小时约109元此外，合理使用家电也能节约能源•不要长时间开启大功率电器LED灯8W80025000小时约15元•不使用电器时及时关闭电源•定期清洁家电，保持高效运行习题展示11题型计算题（力与位移做功）问题小明用50牛顿的水平推力推动一个箱子，箱子在水平地面上移动了4米，计算小明对箱子做了多少功？解析根据功的计算公式W=F·s，代入数据W=50N×4m=200J答案小明对箱子做了200焦耳的功2题型判断题（做功条件）问题判断下列情况中，力是否对物体做功1将书放在桌子上，桌子对书的支持力2用力推墙，墙没有移动3用力拉箱子，箱子在水平地面上移动解析1不做功支持力与书的位移方向垂直（书没有竖直位移）2不做功虽然有力，但物体没有位移3做功有力，有位移，且力与位移方向一致3题型口算题（不同情况做功比较）问题比较下列情况下做功的大小甲用10N的力推动物体移动2米乙用5N的力推动物体移动4米丙用8N的力推动物体移动3米解析甲W=10N×2m=20J乙W=5N×4m=20J丙W=8N×3m=24J习题展示2单位换算题生活应用题问题1将
2.5千焦（kJ）转换为焦耳（J）问题小红家有一台功率为1200W的电饭煲，每次煮饭需要工作30分钟如果电费为
0.5元/度，计算煮一次饭的电费是多少？解析1kJ=1000J，所以
2.5kJ=
2.5×1000J=2500J解析答案2500J
1.将时间转换为小时30分钟=
0.5小时
2.计算耗电量W=P·t=1200W×
0.5h=600Wh=
0.6kWh问题2将
1.8千瓦（kW）转换为瓦特（W）
3.计算电费
0.6kWh×
0.5元/kWh=
0.3元解析1kW=1000W，所以
1.8kW=
1.8×1000W=1800W答案1800W基础功率计算题问题电动机在10秒内做功5000焦耳，求电动机的功率解析根据功率公式P=W/t，代入数据P=5000J÷10s=500W答案电动机的功率为500瓦特习题展示312综合分析题机器功率比较功率和能耗分析题问题有两台抽水机A和B，A机功率为2000W，B机功率为1500W两机都各自将100立问题某家庭有两台电风扇，大风扇功率为60W，小风扇功率为40W如果大风扇每天使方米的水从地下10米处抽到地面假设两机效率相同，比较哪台机器完成任务用时更短？用5小时，小风扇每天使用8小时，一个月（30天）两台风扇共消耗多少度电？电费为短多少？
0.55元/度，需支付多少电费？解析解析
1.计算水的重力m=100m³×1000kg/m³=100000kg，F=mg=100000kg×
1.计算大风扇月耗电量W_大=60W×5h×30天=9000Wh=9kWh
9.8N/kg=980000N
2.计算小风扇月耗电量W_小=40W×8h×30天=9600Wh=
9.6kWh
2.计算抽水做功W=F·h=980000N×10m=9800000J
3.计算总耗电量W_总=9kWh+
9.6kWh=
18.6kWh
3.计算A机用时t_A=W/P_A=9800000J÷2000W=4900s≈
81.7分钟
4.计算电费
18.6kWh×
0.55元/kWh=
10.23元
4.计算B机用时t_B=W/P_B=9800000J÷1500W=6533s≈
108.9分钟
5.计算时间差t_B-t_A=
108.9分钟-
81.7分钟=
27.2分钟答案A机完成任务用时更短，比B机少用约
27.2分钟课堂小结核心公式功的公式W=F·s功率的公式P=W/t或P=F·v掌握这些基本公式是理解和应用功与功率概念的关键实践体验通过日常生活中的观察和实验，加深对功与功率的直观理解如测量搬书上楼的功率、比较不同电器的功率等珍惜每一次动手实践的机会，将理论知识转化为实际应用能力理论联系实际学习物理不仅是为了掌握公式和解题技巧，更重要的是理解物理概念在现实世界中的应用3通过功与功率的学习，我们可以更好地理解能量转换过程，科学合理地使用能源，为可持续发展做出贡献作业与拓展课后习题查找生活中功率标识请完成教材第四章习题集中的1-10题，包括请查找并拍摄日常生活中至少3种不同类型电器的功率标识（标签），在下次课堂上分享并解释
1.计算不同情况下的功•这种电器的功率范围
2.判断力是否对物体做功•与同类产品相比，它的功率是高还是低
3.计算电器的功率•这种功率设计的优缺点
4.分析日常生活中的功率应用思考题提高做功效率家庭测试活动请在家中完成以下活动，并记录结果
1.测量家中至少5种电器的功率，记录在表格中
2.估算这些电器每天的使用时间
3.计算每种电器每天的能耗（kWh）
4.提出节约用电的合理化建议。
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