高中物理课件追寻守恒量——能量功.ppt

第七章,新知预习巧设计,名师课堂 一点通,要点一,要点二,第 1、2 节,创新演练 大冲关,随堂检测归纳小结,课下作业综合提升,要点三,1了解自然界中存在的守恒量能量， 理解动能和势能的概念。 2理解功的概念，会利用功的公式进行 有关计算。 3理解正功与负功的意义，并会解释生 活中有关做功与否的实例。,读教材填要点,1追寻守恒量 (1)伽利略的实验探究： 如图711所示,图711,过程： 让小球从斜面A滚落，它会继续滚上斜面B。 现象： 无论斜面B比斜面A陡些或缓些，小球的速度最后总会在斜面上的某点变为O，这一点距斜面底端的高度与它出发时的高度 。 结论： 这一事实说明某个量是 的。在物理学中我们把这个量叫做能量或能。,相同,守恒,(2)势能： 相互作用的物体凭借其 而具有的能量。 (3)动能： 物体由于 而具有的能量。 (4)势能和动能的转化： 从伽利略的斜面实验我们可以看出，势能和动能可以相互转化。小球从斜面上某一高度滚落至斜面底端的过程中 转化为 ；小球从斜面底端沿斜面升高时， 又转化为 ，若忽略空气阻力和摩擦，在动能与势能转化过程中能量是守恒的。,位置,运动,势能,动能,动能,势能,2功 (1)含义：一个物体受到力的作用，并在力的方向上发生了一段位移。这个力一定对物体做了功。 (2)做功的两个因素： ； 物体在力的方向上发生的 。 (3)单位：在国际单位制中，功的单位是 ，符号是J。 (4)公式： 力F与位移l同向时，W ； 力F与位移l有夹角时，W 。 (5)功是标量，其正负既不表示 ，也不表示大小。,力,位移,焦耳,Fl,Flcos ,方向,正功,不做功,负功,3正功和负功 (1)恒力做功的情形： 由公式WFlcos 可知，力对物体做正功还是做负功，由F的方向与位移l的方向间的夹角决定，具体情况见下表：,(2)物体做曲线运动的情形： 看力F的方向与 的方向间的夹角，若为锐角则做正功，若为直角则不做功，若为钝角则做负功。 4合力的功 当一个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，等于各个力分别对物体所做功的 ，也就是这几个力的 对物体所做的功。,速度v,代数和,合力,试身手夯基础,1在伽利略的斜面实验中，小球停下来的高度为h1，与它出 发时的高度h2相同，我们把这一事实说成是“某个量守恒”， 下面说法中正确的是 ( ) A小球在运动的过程中速度是守恒的 B小球在运动的过程中高度是守恒的 C小球在运动的过程中动能是守恒的 D小球在运动的过程中能量是守恒的 解析：伽利略的斜面实验中，小球的高度、速度、势能都随时间变化，而能量恒定不变，故D正确。 答案：D,2下列关于做功的说法中正确的是 ( ) A凡是受力作用的物体，一定有力对物体做功 B凡是发生了位移的物体，一定有力对物体做功 C只要物体受力的同时又有位移发生，则一定有力对 物体做功 D只要物体受力，又在力的方向上发生了位移，则一 定有力对物体做功,解析：做功的两个必要条件是：力和物体在力的方向上的位移，也就是说，只有力或只有位移是不符合做功条件的，故A、B错误；若物体发生位移的同时，也受力的作用，当力与位移垂直时，此力并不做功，故C错，D对。 答案：D,3下列说法中正确的是 ( ) A功是矢量，正、负表示方向 B功是标量，正、负表示外力对物体做功，还是物体 克服外力做功 C力对物体做正功还是做负功取决于力和位移的方向 关系 D力对物体做的功总是在某过程中完成的，所以功是 一个过程量,解析：功是标量，但有正功、负功之分，其正负由力和位移的方向关系决定，正功表示外力对物体做功，负功表示物体克服外力做功，力做功与物体运动过程有关，是个过程量，故A错误，B、C、D均正确。 答案：BCD,4如图712所示，静止在光滑水平面 上的物体质量m25 kg，在与水平方向成60角斜向上的力F作用下运动10 s，已知F10 N，求在这10 s内力F所做的功。(取g10 m/s2),图712,答案：50 J,1功的概念 (1)做功的两个必不可少的因素： 理解功的概念，首先要知道做功的两个不可缺少的因素：力和物体在力的方向上发生的位移。力对物体是否做了功只与这两个因素有关，与其他因素诸如物体运动的快慢、运动的性质、物体质量等无关，与物体是否受其他力无关。 (2)功是一个过程量，总是与一个具体的过程相对应，同 时功与具体的某个力或某几个力相对应，通常我们说某个力或某几个力所做的功。,2对功的公式的理解 对功的公式WFlcos ，应从以下几方 面加强理解： (1)公式中的F是恒力，即公式WFlcos 并不是普遍适用的，它只适用于大小和方向均不变的恒力做功。例如，如图713所示，被压缩的弹簧将物体弹出的过程中，弹力所做的功就是变力做功，力F的大小时刻在变化，这时WFlcos 就不适用了。 (2)公式中的l是指力的作用点的位移。,图713,(3)公式中的是指力的方向和位移方向的夹角，即代表力和位移两个矢量箭头所指方向间的夹角。 (4)F与l必须具备同时性，即l必须是力F作用过程中物体的位移。如果力消失后物体继续运动，力所做的功就只跟力作用的那段位移有关，跟其余的位移无关。 3对功的正负的理解 (1)功是标量，但有正、负之分，其正负可由力与位移或速度的夹角小于90还是大于90来区分。 (2)功的正、负不表示大小，只说明力在这个运动过程中是动力还是阻力。,1如图714所示，质量为m的物体置于倾角为的斜面上，物体与斜面间的动摩擦因数为，在外力作用下，斜面以加速度a沿水平方向向左做匀加速运动，运动中物体m与斜面体相对静止。则关于斜面对m的支持力和摩擦力的下列说法中错误的是 ( ) A支持力一定做正功 B摩擦力一定做正功 C摩擦力可能不做功 D摩擦力可能做负功,图714,思路点拨 解答本题时应注意以下两点： (1)先确定力与物体位移的夹角大小，再判断力做功的正负。 (2)物体所受的摩擦力的方向与加速度a的大小有关。 解析 支持力方向垂直斜面向上，故支持力一定做正功。 而摩擦力是否存在需要讨论。 当agtan 时，摩擦力不存在，不做功 当agtan ，摩擦力沿斜面向下，做正功 当agtan ，摩擦力沿斜面向上，做负功。 综上所述，B是错误的。 答案 B,力做正功还是负功的判断方法： (1)看力F与位移l的夹角： 90，力做正功，90，力做负功； (2)看力F与速度v的夹角： 90，力做正功，90，力做负功； (3)看速率增大还是减少，若在力作用下速率增大，此力做正功，反之做负功,1单个恒力做功 直接用公式WFlcos 计算。 2多个恒力同时作用的总功 (1)先求物体所受的合外力，再根据公式W合F合lcos 求合外力的功。 (2)先根据WFlcos ，求每个分力做的功W1、W2、Wn，再根据W合W1W2Wn，求合力的功。,名师点睛 (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。,2如图715所示，在光滑水平面上， 物体受两个相互垂直的大小分别为F13 N和 F24 N的恒力，其合力在水平方向上，从静 止开始运动10 m，求： (1)F1和F2分别对物体做的功是多少？代数和为多大？ (2)F1和F2合力为多大？合力做功是多少？ 思路点拨 力F1和F2及其合力均为恒力，可以用功的公式WFlcos 求解它们的功。,图715,答案 (1)18 J 32 J 50 J (2)5 N 50 J,(1)如果物体处于平衡状态或某一方向受力平衡时，或者物体在某一方向上做匀变速直线运动时(合力等于ma)，先求合力再求功的方法更简捷； (2)如果已知物体所受的力之中有的不做功，有的做功且方便求得该力的功(如重力功)时，选择W合W1W2Wn简单方便。,1将变力做功转化为恒力做功 (1)分段法： 力在全程是变力，但在每一个阶段是恒力，这样就可以先计算每个阶段的功，再利用求和的方法计算整个过程中变力做的功。,(2)微元法： 当力的大小不变，力的方向时刻与速度同向(或反向)时，把物体的运动过程分为很多小段，这样每一小段可以看成直线，先求力在每一小段上的功，再求和即可。例如，滑动摩擦力、空气阻力总与物体相对运动的方向相反，可把运动过程细分，其中每一小段都是恒力做功，整个运动过程中所做的总功是各个阶段所做功的和，即力与路程的乘积。,图716,2利用图像法求变力做功 如图717所示，在Fl图像中，若能求 出图线与l轴 所围的面积，则这个面积即为F在 这段位移l上所做的功。类似在vt图像中，图线 与t轴所围的面积表示位移。 名师点睛 大小不变的空气阻力、滑动摩擦力在往返运动过程中做功与路径有关，做功大小等于力与路程大小的乘积，即WFs路。,图717,3.如图718所示，轻弹簧一端与竖直墙壁连接，另一端与一质量为 m 的木块连接，放在光滑的水平面上，弹簧的劲度系数为k，弹簧处于自然状态，用水平力缓慢拉木块，使木块前进x, 求这一过程中拉力对木块做了多少功？,图718,思路点拨 解答本题应注意以下两个方面： (1)拉力F为变力。 (2)拉力F随位移均匀变化。,(1)若力的大小不变，方向时刻在改变，可用微元法将求变力做功转化为求恒力做功。 (2)若力的方向不变，大小随位移均匀变化，则可先求平均作用力，再求平均作用力的功。也可用图像法求功。,1(对应要点一)下列关于力做功的说法中正确的是 ( ) A人用力F300 N将足球踢出，球在空中飞行40 m，人 对足球做功1 200 J B人用力推物体，但物体未被推动，人对物体做功为零 C物体竖直上升时，重力不做功 D只有恒力才能做功，变力不能做功,解析：人用力踢足球时，力F不是始终作用于足球上，A错误；人用力推物体，物体位移为零，则人对物体做功为零，B正确；物体竖直上升时，重力做负功，C错误；只要物体在力的方向上有位移，力就对物体做功，无论此力是恒力还是变力，D错误。 答案：B,2(对应要点一)一人乘电梯从1楼到20楼，在此过程中经历了 先加速，后匀速，再减速的运动过程，则电梯对人的支持力的做功情况是 ( ) A加速时做正功，匀速时不做功，减速时做负功 B加速时做正功，匀速和减速时做负功 C加速和匀速时做正功，减速时做负功 D始终做正功 解析：在加速、匀速、减速的过程中，支持力与人的位移方向始终相同，所以支持力始终对人做正功，故D正确。 答案：D,3(对应要点二)同一个物体，分别沿两个光滑斜面由B、 C匀速提升到A。如图719所示，若沿两个斜面的拉力分别为FB、FC。两个过程中拉力做的功分别为WB、WC。则 ( ) AWBWC FBWC FBFC DWBWC FBFC,图719,解析：物体匀速上升，有FBmgsin B，FCmgsin C，因BC，故FBFC；又WBFBlABmglABsin B，WCFClACmglACsin C，又lABsin BlACsin C，故WBWC，只有B正确。 答案：B,4(对应要点三)静止在水平面上的 物体M，受到一水平向右的推力作 用，在推力作用下向右运动了4 m， 水平推力随物体位移的变化图像如 图7110所示，推力的最大值为4 N，且力随位