第11章工作和机械能量
本章包括功、功率、动能与势能、机械能及其转化四部分内容，本章从能量的角度解决力学问题，引导学生认识功，在认识功的基础上，理解功与能量的关系，认识能量的概念，理解动能、势能和机械能。
课程要求：
1.通过实验知道动能，势能和机械能，了解动能和势能的相互转换。
2.了解机械功和功率。用生活中的例子解释机械功和功率的含义。
知识结构：
要点和学习建议：
1.本章新增概念较多，一定要分清，记牢。
1.工作的两个必要因素：
①作用在物体上的力。
②物体沿该力的方向移动的距离s。
这里我们需要理解“物体在这个力的作用方向上移动的距离”。如果物体上力的方向垂直于运动方向（即移动距离的方向），就说明物体在这个力的作用方向上没有移动，那么这个力就是错的。物体所作的功称为“垂直反作用功”。如图1所示，滑板受到垂直向上的力，但是它在水平方向上移动了一段距离，所以拉力对滑板不做功。如果物体上力的方向与移动距离的方向相同，力既不垂直也不在一条直线上，那么这个力对物体是有功的。但是，在使用公式W=Fs计算功的大小时，必须求出正确的“s”。这里的“s”指的是物体在力的作用方向上移动的距离。距离的那部分，初中物理要求这里学生不多，只要知道这个情况，能解简单的题就行了。
There is when the of the force on the is to the of the .初中的时候叫“克服这里的力做功”（高中的“做功”分为“正功”和“负功”）。例如：重3N的物体沿如图2所示的斜面的顶部由如下开始，物体受到的摩擦力为0.6N初中物理动能和势能，斜面长2m，高1m，在从物体上方和向下移动物体的过程中，分析各个力对物体所做的功。 First, the on the on the plane, which are , force and . The of the force is to the of the 's and does not do work. W支撑=0J；物体在竖直方向上下降的距离是h，重力做功，W重=Fs=Gh=3N×1m=3J；摩擦力方向与移动距离方向正好相反，克服摩擦力做功W摩擦=Fs= fs=0.6N×2m=1.2J。
学生应该熟悉不做功的三种情况：不做功（有力，但沿力的方向行进的距离为零）；不做功（行进的距离有，但没有沿距离方向作用的力）；垂直无贡献（有力且有距离，但力的方向和距离互相垂直）。
2. Power is a that how fast work is done. Here we pay to the "fast" and "how much". “快”有一定时间的意思。 More work per unit time (or a time) means work. Less work means work, so high power means work, low power means work.功率的定义为P=W/t。这个公式是初中唯一要求的，但你需要了解另一个推导公式 P=W/t =Fs/t=Fv，P=Fv 这个公式在初中阶段的计算题中不能直接使用，跑步推导过程再使用初中物理动能和势能，其中v 是沿力F 方向的运动速度，单位使用“m/s”，功率单位为“W”。
3.使用公式时要注意单位的统一。
工作公式的摘要：w = fs = pt;
电源公式总结如下：
4. 动能与势能的划分，分析机械能的转换及机械能守恒
初中对能量概念的理解，需要从函数关系的角度去分析。能对外做功的物体就有能量。这里要明确，能对外做功是指物体有做功的能力但不一定在做功。比如山顶上静止的一块大石头，它是没有能量的。它在做功，但它有做功的能力，它就有能量。学生还应该知道，物体能对外做的功越多，它的能量就越大。能对外做的功的多少就是衡量物体能量大小的尺度。同时对做功的过程也有了初步的认识。它是不同形式能量相互转化的过程。
通过分析质量、速度、高度、弹性变形的变化，可以分析出动能、重力势能、弹性势能的变化。机械能是动能、重力势能、弹性势能的总称，在分析能量转换时，要注意一种形式的能量减少，另一种形式的能量增加，减少的能量就转化为增加的能量。教材上关于机械能守恒定律给出的内容是“如果只有动能与势能相互转化，但总的机械能不变”，但如何判断机械能是否守恒呢？由于初中学习内容的限制，常见的例子中，如果动能与势能相互转化（一个减少，一个增加），那么就看有没有阻力（或者阻力是否做功）。这里的阻力指的是摩擦阻力或空气阻力。受阻力克服阻力做功则机械能总量减少（部分机械能转化为内能，九年级讲内能时进一步分析），不受阻力则机械能总量保持不变。
在复习题目的时候，要注意一些隐含的分析：
（1）判断变化的速度大小，如从“匀速”→v不变、“加速（越来越快）”→v变大和“计量（刹）”→v减小；
（2）判断高度的变化从“上升”→h变大、“下降（上升）”→h变小、“近地点”→h变小、“远地点”→h变大等；
（3）确定质量的变化，如“发射救灾物资的飞机”、“洒水车”→m减少；
（4）确定能量的变化，如“平稳”→没有摩擦，“粗糙”→克服摩擦做功。
举个例子，我们来分析一下图中小球在摆动过程中动能与势能的相互转化。小球在摆动过程中质量不变，当它从最高点A向最低点B运动时贝语网校，高度减小，速度增大，重力势能减小，动能增大，重力势能转换成动能。从B点向C点运动过程中，高度增大，速度减小，重力势能增大，动能减小，动能转换成重力势能。忽略阻力（理想情况），机械能总量不变，C点高度与A点高度相同。但现实中C点高度比A点低，说明机械能总量减少了，这是因为克服阻力做了功，将一部分机械能转换成了其他形式的能量（内能）。
例如，当孩子滑下滑梯时，高度降低，重力势能减小，速度增大，动能增大，重力势能转化为动能。但由于孩子受到滑梯的摩擦阻力，必须克服阻力做功，因此机械能总量减少。这意味着减少的重力势能一部分转化为动能，另一部分转化为其他形式的能力了（九年级会讲转化为人体滑梯的内能）。
其次，该实验的重点是该实验在往年的高中入学考试中经常出现。
实验推测：物体的动能可能与物体的质量、速度有关。
实验器材：不同质量的钢球，木块，斜面，刻度尺。
钢球是研究对象，我们用不同质量的钢球来探究动能和质量的关系，这里需要控制速度相同，此时我们利用第八章“阻力对物体运动的影响”中的方法，让不同质量的钢球以相同的速度运动。钢球从静止状态从同一坡度同一高度滚下，滚到水平面时的初速度相同，我们要研究的就是钢球此时的动能，钢球动能的大小如何表示呢？目前没有工具可以直接测量能量，所以我们利用能量的概念（函数关系），钢球能做的功越多，它原来的动能就越大。用钢球撞击放在水平面上的木块，钢球的推力对木块做功，木块移动的距离越长，钢球做的功就越多，也就是说钢球在撞击木块之前就具有了更多的动能。所以木块移动的距离表示钢球动能的大小，这里用的是换算方法。多次实验使用同一块木块很重要，每次实验前木块应摆放在同一位置，水平面应保持不变，并有一定的粗糙度（不同于“阻力对物体运动的影响”实验）。如果是平滑的水平木块运动，就无法进行比较和得出结论。
在研究运动能力与速度的关系时，利用同一个钢球控制质量可靠性，每次让钢球从不同高度由静止滚下，改变钢球运动到水平面时的速度。
记录数据的形式可以设计为如下形式：
这里还需要提醒一下，设计表中要记录原始数据，所以表中有钢球下落高度一栏，但在总结结论中，应该直接表述自变量（或称恒定控制量）—速度。从一定高度下落，将重力势能转化为动能。本实验研究的是水平面上钢球的动能，所以结论必须直接表述为速度。结论：同样质量的物体，运动速度越大，运动速度越快，其动能就越大；同样速度的物体，质量越大，动能就越大。
在中学的入学考试中，与重力势能能量有关的实验问题是相同的。
例如：（2022）热爱劳动的津津在家学做天津特色菜“铁钵钵鱼”，不小心一个饮料瓶掉在松软的玉米面团上，在面团上留下了深深的痕迹。他灵机一动，用玉米面团和盛有水的饮料瓶做了如图所示的实验，以探究以下两个问题。
问题1：压力的影响与哪些因素有关
问题2：重力势能的大小与哪些因素有关
（1）做实验①②③是探究问题一（选择“问题1”或“问题2”）；
（2）利用实验④⑤探究重力势能是否与质量有关；
（3）《民法典》规定“禁止从建筑物上抛掷物品”，我们在日常生活中，必须杜绝“高处抛掷物品”，这种行为严重威胁公共安全。可以分析“高处抛掷物品”危害性如此大的原因。对实验⑤⑥得出的结论进行解释，请写出结论：物体的质量越大，位置越高，重力势能越大。
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