2016-2017学年高中物理 第7章 机械能守恒定律新人教版必修2_3

成才之路 物理 路漫漫其修远兮 吾将上下而求索 人教版 必修 2 机械能守恒定律 第七章 第二节 功 第七章 学习目标定位1 课堂情景切入2 知识自主梳理3 重点难点突破4 考点题型设计5 课 时 作 业7 易错案例剖析6 学习目标定位 * 理解功的概念，知道力和在力的方向上发生的位移是做功不可缺少的两个因素 * 掌握功的公式 W Flcos，能用公式进行有关计算 * 理解正功与负功的意义，并会解释生活实例 课堂情景切入 下面几幅图片中人或机械做了功的有哪几幅？做功的大小与哪些因素有关？ 要回答这个问题，我们需要明确功的定义。 知识自主梳理 1 概念： 一个物体受到力的作用，并在 _发生了一段位移，这个力就对物体做 了功。 2 做功的因素： _和物体在 _上发生的 _，是做功的两个不可缺少的因素。 功 力的方向上 力 力的方向 位移 3 功的 计 算 (1)若力的方向与位移的方向一致，则 W _。 (2)若力的方向与位移的方向夹角为 ，则 W _。 4 功的 单 位： 国际单位制中，功的单位是 _，简称 _，符 号是 _。 Fl Flcos 焦耳 焦 J 设力 F与位移 l方向间的夹角为 ，则由功的公式 W Flcos可得下表： 正功和 负 功 做正功 动力 不做功 动力 阻力 做负功 阻力 当物体在几个力的共同作用下发生一段位移时，这几个力对物体所做的总功等于： 1各个分力分别对物体所做功的 _； 2几个力的 _对物体所做的功。 总 功的 计 算 代数和 合力 重点难点突破 一、 对 功的理解 1 功是 过 程量： 描述了力的作用效果在空间上的累积，它总与一个具体过程相联系。 2 做的功的两个必要因素 (1)物体受到力的作用； (2)物体在力的方向上有位移。 如图甲所示，举重运动员举着杠铃不动时，杠铃没有发生位移，所以举杠铃的力对杠铃没有做功。 如图乙所示，足球在水平地面上滚动时，在重力的方向上没有发生位移，所以重力对球做的功为零。 功是力在空间上的积累效应，它总是与一个具体的过程相联系，因此，功是一个过程量。同时功与具体的某一个力 或某几个力对应，学习时要注意是哪一个力或哪几个力的功，以及所对应的过程。 3 功的 单 位 焦 (J)， 1J 1N1m 1Nm 4 对 公式 W Flcos的理解 对公式 W Flcos可以有两种理解：一种是力 F在位移 l方向上的分力 Fcos与位移 l的乘积；另一 种是力 F与在力 F方向上的位移 lcos的乘积。 特 别 提醒： (1)式中 F一定是恒力。若是变力，中学阶段一般不用上式求功。 (2)式中的 l是力的作用点的位移，也为物体对地的位移。 是 F的方向与 l的方向间的夹角。 (3)力对物体做的功只与 F、 l、 三者有关，与物体的运动状态等因素无关。 如图甲所示，将物块叠放在一起。 如图乙所示，在水平方向匀速搬动一盆花。 如图丙所示，费了很大的劲，杠铃仍纹丝不动 如图丁所示，向前匀速推动拖把拖地。 A B C D 答案： C 解析： 乙 图 中花盆受到的合力 为 零，丙 图 中杠 铃 的位移 为 零，人 对 物体没做功，其它两种情况人 对 物体做了功。 二、 对 正功和 负 功的理解 1 功是 标 量 (1)功是标量，只有量值，没有方向。功的正、负并不表示功的方向，而且也不是数量上的正与负。我们既不能说 “正功与负功的方向相反 ”，也不能说 “正功大于负功 ”，它们仅仅表示相反的做功效果。 (2) 一个力对物体做负功，往往说成物体克服这个力做功，这两种说法是等效的。例如，滑动摩擦力对物体做的 功为 10J，也可以说成物体克服摩擦力做的功为 10J。 (3)比较做功多少时，只比较功的绝对值，不看功的正负号。例如， 8J的功要比 5J的功多。 2 判断力是否做功及做功正 负 的方法 (1)看力 F的方向与位移 l的方向间的夹角 常用于恒力做功的情形。 (2)看力 F的方向与速度 v的方向间的夹角 常用于曲线运动的情形。 若 为锐角则做正功，若 为直角则不做功，若 为钝角则做负功。 3 功的正 负 的物理意 义 动力学角度 能量角度 正功 若某力对物体做正功，则这个力对物体来说是 动力 若力对物体做功，则外界向物体提供能量，即受力物体获 得了能量 负功 若某力对物体做负功，则这个力对物体来说是 阻力 若物体克服外力做功，则物体要消耗自身的能量，即物体 失去了能量 A甲图中支持力对人做正功 B乙图中支持力对人做正功 C甲图中摩擦力对人做负功 D乙图中摩擦力对人做负功 答案： A 解析： 图 甲中支持力 竖 直向上， 对 人做正功， A正确； 图 乙中支持力垂直履 带 斜向上， 对 人不做功， B错误 ； 图 甲中摩 擦力 为 零， C错误 ； 图 乙中摩擦力沿履 带 向上， 对 人做正功 ， D错误 。 三、关于摩擦力的功和相互作用力的功 1 摩擦力做功的特点 (1)滑动摩擦力和静摩擦力都可以对物体不做功。 (2)滑动摩擦力和静摩擦力都可以对物体做负功。 (3)滑动摩擦力和静摩擦力都可以对物体做正功。 2 作用力、反作用力做功的特点 (1)作用力与反作用力特点：大小相等、方向相反，但作用在不同物体上。 (2)作用力、反作用力作用下的物体的运动特点：可能向相反方向运动，也可能向相同方向运动，也可能一个运动 而另一个静止，还可能两物体都静止。 (3)由 W Flcos可以判断，作用力与反作用力的功的特点是：没有必然关系，即不一定是一正一负， 绝对值也不一定相等。 答案： D 解析： 各力的方向与位移方向均一致，所有力都做正功， 选项 D正确。 四、合力和 变 力做功的 计 算 1 总 功的 计 算 物体受到多个外力作用时，计算合外力的功，要考虑各个外力共同做功产生的效果，一般有如下两种方法： (1)先由力的合成与分解法或根据牛顿第二定律求出合力 F合 ，然后由 W F合 lcos计算。 (2)由 W Flcos计算各个力对物体做的功 W1、 W2、 、 Wn，然后将各个外力所做的功求 代数和，即 W合 W1 W2 Wn。 特 别 提醒： (1)先求各个力做的功，再求总功时，应用的是算术运算法则，而不是矢量运算法则。 (2)求某一个力做的功时，不受其他力存在的影响。 (3)求各个力做的总功时，每个力对应的位移必须是相对于同一惯性参考系的位移 (一般选地面 )。 答案： D 考点题型设计 对 功的概念的理解 解析： 选项 A中，由于行李受力平衡，工人 对 行李的作用 力 竖 直向上，与行李的运 动 方向始 终 垂直，故 对 行李不做功 ， 选项 A错误 ；在 选项 B中，工人 对 行李的作用力与行李的运 动 方向 夹 角 为锐 角，故 对 行李做正功， 选项 B正确；根据牛 顿 第三定律，作用力与反作用力大小相等，方向相反，但二者 对 不同的物体做功，两个受力物体的位移大小也不一定相等， 所以 选项 C错误 ； D选项 中，摩擦力是 变 力，且 总 与物体相 对 地面的运 动 方向相反，因此当物体回到出 发 点后， 虽 然物 体位移 为 0，但摩擦力仍 对 物体做了 负 功，故 选项 D错误 。 答案： B 点 评 ： (1)注意 “做功 ”与 “做工 ”的区 别 ， A选项 中，工人 在 “做工 ”。 (2)C选项 中，要注意一 对 作用力与反作用力做功的大小不 一定相等，符号也不一定相反。 A无论水平面光滑与否，都有 W1 W2 B若水平面光滑，则 W1 W2 C若水平面粗糙，则 W1 W2 D若水平面粗糙，则 W1 W2 答案： A 解析： 由 题 意可知： F1做功 为 W1 FLcos F2做功 为 W2 FLcos 故 B、 C、 D错误 ， A正确。 功的正 负 的判断 答案： CD 点 评 ： 本 题 涉及 对 功的概念的理解和做功正、 负 的判断 问题 ，要 认 真分析 题 中 给 出的物理情境，搞清哪些力 对 物体 做功，是做正功 还 是做 负 功，受力分析要全面。在解 题 中不要 只分析人 对车 的推力做功，而漏掉了人 对车厢 底部摩擦力做 功的分析。 答案： AC 解析： 重力与速度方向成 锐 角，重力做正功；摩擦力与速 度方向垂直，摩擦力不做功；支持力与速度方向成 钝 角，支持 力做 负 功。 综 上所述， A、 C项 正确。 功的 计 算 答案： (1)80J (2)68J 答案： 重力和支持力做功为零 拉力做功 48J 摩擦力做功 28J 合力做功 20J 开放 探究 当木 块 相 对 木板向右滑 动 ，它 们 之 间为 滑 动 摩擦力。此 时 木板 对 木 块 的滑 动 摩擦力和木 块 位移方向相反， 显 然做 负 功。 若此 时 木板仍保持相 对 地面静止，木板受木 块 的滑 动 摩 擦力不做功。 若此 时 木板也向右运 动 ，但木 块 和木板仍有相 对 滑 动 ， 即仍 为 滑 动 摩擦力， 则 木板受木 块 的滑 动 摩擦力和木板位移 方向相同，故做正功。 可 见 滑 动 摩擦力不一定做 负 功。 (2)把木 块 放在 长 木板上，用力 F1向右拉木 块 ，用力 F2向 左拉木板，木 块 相 对 于地面向右运 动 ，木板相 对 于地面向左 运 动 ，木 块 和木板之 间 有一 对 滑 动 摩擦力， 为 作用力和反作 用力， 经 分析可得它 们 都做 负 功，而木板和木 块 相 对 于地面 的位移也不一定相等，可 见 一 对 作用力和反作用力的功大小不 一定相等，符号也不一定相反。 点 评 ： 作用力、反作用力分 别 作用在两个物体上，求各力 的功要和各自 对应 物体的位移 结 合起来，与一 对 平衡力要区 分开。 答案： 这种说法不对；地面摩擦力对人没做功。 解析： 我 们 知道：人的走路 过 程是脚蹬地 抬脚 迈 步，脚蹬地 时 地面摩擦力作用在脚上，但脚没有离地也就没 有位移，脚一旦抬起 迈 步，摩擦力随之消失。 根据功的定 义 可以断定，无 论 脚蹬地 时还 是 迈 步 时 ，摩 擦力做功都等于零。可 见 人行走前 进 并非地面摩擦力做功，而 是人体内肌肉的力做功的 结 果。 也 许 人 们 会 问 ：如果 说 摩擦力不做功，可是没有地面摩 擦力，人便不能行走， 这 又如何解 释 呢？ 这 是因 为 地面摩擦 力 为 人体肌肉施力做功提供了条件，使人体内力做功得以 实现 。所以人走 动 必 须 依靠地面摩擦力，至于摩擦力是否做功，只 能根据功的定 义 来确定。 易错案例剖析 易 错 分析： 对本题易错选项及错误原因具体分析如下： 易错选项 错误原因 A 误认为匀加速过程的拉力大于匀速过程的拉力，所以匀加速过程拉力做的功要比匀速过程做的功 多，实际上拉力做的功与拉力的大小和位移的大小两个因素有关。 B 误认为匀速运动过程