通用版2018-2019版高考物理总复习主题三机械能及其守恒定律3.1-3.2追寻守恒量--能量功学案新人教版.doc

3.1追寻守恒量能量3.2功学习目标核心提炼1.理解动能、势能及能量的概念与意义。1个守恒量能量4个概念动能、势能、能量、功1个表达式WFlcos 2.能独立分析伽利略理想斜面实验的能量转换和守恒关系。3.理解功的概念和做功的两个要素。4.理解正功、负功的含义，能解释相关现象。5.会利用公式WFlcos 进行有关运算。一、追寻守恒量1.伽利略的斜面实验探究过程将小球由斜面A上某位置由静止释放，小球运动到斜面B上现象小球在斜面B上速度变为0时，即到达最高点时的高度与它出发时的高度相同结论这一事实说明某个量是守恒的，在物理学上我们把这个量叫做能量或者能2.动能与势能：(1)动能：物体由于运动而具有的能量。(2)势能：相互作用的物体凭借其位置而具有的能量。(3)能量转化：小球的动能和势能A(A.可以B.不可以)相互转化。思维拓展1.如图1所示，射箭运动员正在参加射箭比赛。结合图分析射箭过程中能量是怎样转化的。图12.如图2所示，在游乐场里，“过山车”运动是一种非常有趣的刺激性游戏活动。结合图分析过山车运动过程中的能量是怎样转化的。图2答案1.在射箭过程中，运动员将弓拉开的过程，是把人体的生物能(化学能)转化为弓的弹性势能；而箭在射出的过程中，又将弓的弹性势能转化为箭的动能。2.过山车从高处滑向低处时，重力势能转化为动能；过山车从低处向高处运动时，动能转化为重力势能。二、功1.概念：一个物体受到力的作用，并在力的方向上发生了一段位移，这个力就对物体做了功。2.做功的两个因素3.公式(1)力F与位移l同向时，WFl。(2)力F与位移l夹角为时，WFlcos_。其中F、l、分别为力的大小、位移的大小和力与位移方向的夹角。4.单位：国际单位制中，功的单位是焦耳，符号是_J_。5.正功和负功的取值W的取值含义W0力F不做功0W0力F对物体做正功W0力F对物体做负功(或说成物体克服力F做功)6.总功的计算(1)各个分力分别对物体所做功的代数和。(2)几个力的合力对物体所做的功。思维拓展1.如图3所示，人推着木箱在水平地面上运动。人推木箱前进时，推力和摩擦力对木箱有没有做功？如果做功，分别做的是正功还是负功？图32.一个物体受到两个力的作用，其中F1做功10 J，F2做功15 J，力F1和F2哪个力做的功多？两力做的总功是多少？答案1.做功。推力的方向与木箱的运动方向一致，做正功；摩擦力的方向与木箱的运动方向相反，做负功。2.F2做的功多。两力做的总功为WW1W210 J15 J5 J。对功的理解要点归纳1.功是过程量：描述了力的作用在空间上的累积效果，它总与一个具体过程相联系。2.对公式WFlcos 的理解(1)由公式WFlcos 可以看出力对物体做功，只与F、l、有关，与物体的运动状态及物体是否还受其他作用力等因素均无关。(2)计算时应注意F与l必须具有同时性，即l必须是力F作用过程中物体发生的位移。(3)同一个客观运动，相对于不同的参考系，位移l是不同的，在中学物理中约定，计算功都以地面为参考系，即l应理解为“力的作用点的对地位移”。(4)明确公式WFlcos 适用于计算恒力做功，若是变力做功，此公式不再适用。3.正功与负功(1)功是标量，只有正、负，没有方向，功的正负不表示大小。(2)正功、负功的物理意义动力学角度能量角度正功表示这个力对物体来说是动力力对物体做正功，使物体获得能量负功表示这个力是阻力，对物体的运动起阻碍作用物体克服外力做功，使物体失去能量(3)一个力对物体做负功，往往说成物体克服这个力做功。精典示例例1 如图4所示，物体在力的作用下在水平面上发生一段位移l，试分别计算这四种情况下力F对物体所做的功。设在这四种情况下力F和位移l的大小都相同：F10 N，l1 m，角的大小如图所示，分别说明每种情况下力F做功的正负，并求出功。图4解析甲图中力F做正功，W甲Flcos (180)Flcos 305 J。乙图中力F做负功，W乙Flcos (180)Flcos 1505 J。丙图中力F做正功，W丙Flcos 305 J。丁图中力F做正功，W丁Fl10 J。答案见解析针对训练1 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，则电梯支持力对人做功情况是()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.始终做正功解析要判断功的正负，可根据公式WFlcos 中力和位移的夹角来判断。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总功的两种求解思路要点归纳1.先确定物体所受的合力，再根据公式W合F合lcos 求合力的功。该方法适用于物体所受合力不变的情况。求解流程：2.先根据WFlcos ，求出每个分力做的功W1、W2Wn，再根据W合W1W2Wn，求解合力的功，即合力做的功等于各个力做功的代数和。该方法的适用范围更广，求解流程：精典示例例2 如图5所示，质量为m2 kg的物体静止在水平地面上，受到与水平地面夹角为37、大小F10 N的拉力作用，物体移动了l2 m，物体与地面间的动摩擦因数0.3，sin 370.6，cos 370.8，g取10 m/s2。求：图5(1)拉力F所做的功W1；(2)摩擦力Ff所做的功W2；(3)重力G所做的功W3；(4)弹力FN所做的功W4；(5)合力F合所做的功W。解析(1)对物体进行受力分析，如图所示。W1Flcos 1020.8 J16 J(2)FNGFsin 20 N100.6 N14 NFfFN0.314 N4.2 NW2Ff lcos 1804.22 J8.4 J(3)W3Glcos 900(4)W4FNlcos 900(5)WW1W2W3W47.6 J也可由合力求总功F合Fcos Ff100.8 N4.2 N3.8 NF合与l方向相同，所以WF合l3.82 J7.6 J答案(1)16 J(2)8.4 J(3)0(4)0(5)7.6 J方法总结两种求合力做功方法的选取原则(1)如果物体处于平衡状态或某一方向受力平衡时(合力为零)，或者物体在某一方向上做匀变速直线运动时(合力等于ma)，用先求合力再求功的方法更简便。(2)如果已知物体在运动过程中受力变化，所受的力中有的不做功，有的做功且方便求得该力的功(如重力的功)时，应选择W合W1W2针对训练2 一物体置于光滑水平面上，受互相垂直的水平力F1、F2作用，如图6所示，经一段位移后，F1做功为6 J，克服F2做功为8 J，则F1、F2的合力做功为()图6A.14 J B.10 JC.2 J D.2 J答案C1.(2018莆田高一检测)如图7示，用同样的力F拉同一物体，在甲(光滑水平面)、乙(粗糙水平面)、丙(光滑斜面)、丁(粗糙斜面)图中通过同样的距离，则拉力F的做功情况是()图7A.甲中做功最少 B.丁中做功最多C.做功一样多 D.无法比较答案C2.(2018西安高一检测)(多选)如图8所示，一个物体放在水平面上，在跟竖直方向成角的斜向下的推力F的作用下沿平面向右移动了距离s，若物体的质量为m，物体与地面之间的摩擦力大小为Ff，则在此过程中()图8A.摩擦力做的功为Ff sB.力F做的功为Fscos C.合力F合做的功为Fssin Ff sD.重力做的功为mgs解析物体与地面之间的摩擦力大小为Ff，物体的位移的大小为s，由功的公式可得WFf s，所以选项A正确；力F与竖直方向成角，所以在水平方向的分力为Fsin ，故F做的功为Fssin ，所以选项B错误；物体所受合力F合Fsin Ff，故合力做的功W合(Fsin Ff)sFssin Ff s，选项C正确；重力在竖直方向上，物体在竖直方向的位移是0，所以重力的功为0，选项D错误。答案AC3.如图9所示，一根绳子绕过高4 m的滑轮(大小、摩擦均不计)，绳的一端拴一质量为10 kg的物体m，另一侧沿竖直方向的绳被人拉住。若人拉住绳子前进3 m，使物体匀速上升，g取10 m/s2。则人拉绳所做的功为()图9A.500 J B.300 JC.100 J D.50 J解析拉力是变力，但拉力做的功等于物体克服重力做的功，所以求拉力做的功可以转化为求重力做的功。物体上升的位移hm4 m1 m，重力做的功Wmgh10101 J100 J，所以人拉绳所做的功WW100 J，故选项C正确。答案C4.(多选)质量为m的物体，静止在倾角为的斜面上，斜面沿水平方向向右匀速移动了距离x，如图10所示。物体相对斜面静止，则下列说法正确的是()图10A.重力对物体m做正功B.合力对物体m做功为零C.摩擦力对物体m做负功D.支持力对物体m做正功解析物体的受力和移动的位移如图所示。重力与位移垂直，故重力不做功，选项A错误；摩擦力Ff与位移x的夹角大于90，故摩擦力做负功，选项C正确；支持力FN与位移x的夹角90，故支持力做正功，选项D正确；物体做匀速运动，所受合力为零，合力不做功，故选项B正确。答案BCD5.如图11所示，木块静止在光滑的水平面上，一子弹沿水平方向射入木块并留在其中。在此过程中，子弹钻入木块的深度为d，木块的位移为l，木块对子弹的阻力大小为F。则木块对子弹的阻力做的功为_，子弹对木块的作用力做的功为_。图11解析对子弹受力分析可知，子弹受到木块对它的作用力F，其方向与子弹发生的位移方向相反，子弹发生的位移大小是ld，方向与木块(子弹)运动方向相同。所以木块对子弹的阻力做的功W1F(ld)cos 180F(ld)。由牛顿第三定律可知，子弹对木块的反作用力大小也等于F，其方向与木块发生的位移l方向相同，故子弹对木块的作用力做的功WFlcos 0Fl。答案F(ld)Fl基础过关1.(2018南安高一检测)(多选)关于力对物体做功，下列说法正确的是()A.木块在水平桌面上滑动，支持力对木块不做功B.起重机向上吊起货物时，吊绳的拉力对货物做正功C.把一个小球向上竖直抛出，在小球上升的过程中，重力对小球做负功D.摩擦力总是对物体做负功答案ABC2.(2018定西高一检测)大小相等的水平拉力分别作用于原来静止、质量分别为M1和M2的物体上，使A沿光滑水平面运动了L，使B沿粗糙水平面运动了相同的位移，则拉力F对A、B做的功W1和W2相比较()A.W1W2 B.W1W2C.W1W2 D.无法比较解析两种情况下拉力相同，位移相同，拉力与位移同向，所以做功一样多，故C正确，A、B、D错误。答案C3.以一定速度竖直上抛一个小球，小球上升的最大高度为h，空气阻力的大小恒为f，则从抛出至落回到原出发点的过程中，空气阻力对小球做的功为()A.0 B.f h C.2f h D.4f h解析上升阶段，空气阻力做功W1f h。下落阶段空气阻力做功W2f h，整个过程中空气阻力做功WW1W22f h，故选项C正确。答案C4.如图1所示，质量为m的物体P放在光滑的倾角为的直角劈上，同时用力F向右推劈，使P与劈保持相对静止，在前进了水平位移s的过程中，劈对P做的功为()图1A.Fs B.mgssin C.mgscos D.mgstan 解析物体P与直角劈相对静止，二者必定都向右加速运动，即物体P的合力方向水平向右，对物体P进行受力分析得直角劈对P的支持力FN，所以支持力做的功为WFNssin mgstan ，D正确。答案D5.有一根轻绳拴了一个物体，如图2所示，若整体以加速度a向下做减速运动时，作用在物体上的各力做功的情况是()图2A.重力做正功，拉力做负功，合力做负功B.重力做正功，拉力做负功，合力做正功C.重力做正功，拉力做正功，合力做正功D.重力做负功，拉力做负功，合力做正功解析重力与位移同向，做正功，拉力与位移反向，做负功，由于做减速运动，所以物体所受合力方向向上，与位移反向，做负功。答案A6.(多选)如图3所示，人站在自动扶梯上不动，随扶梯向上匀速运动，下列说法中正确的是()图3A.重力对人做负功 B.摩擦力对人做正功C.支持力对人做正功 D.合力对人做功为零解析人随扶梯向上匀速运动，人受到重力和支持力作用，不受摩擦力，所以重力对人做负功，摩擦力不做功，支持力做正功，合力对人做功为零，故选项A、C、D正确。答案ACD能力提升7.(2018信阳高一检测)如图4所示，一物体(可视为质点)以一定的速度沿水平面由A点滑到B点，摩擦力做功W1；若该物体从A沿两斜面滑到B(此过程物体始终不会离开斜面)，摩擦力做的总功为W2，若物体与各接触面的动摩擦因数均相同，则()图4A.W1W2 B.W1W2C.W1W2 D.不能确定W1、W2的大小关系解析设A、B间距离为L，则由A滑到B点，摩擦力做的功W1mgL，由A滑到B摩擦力做的功为W2mgcos s上mgcos s下mgL，故W1W2，由此可知选项A正确，B、C、D错误。答案A8.质量为M的木板放在光滑水平面上，如图5所示。一个质量为m的滑块以某一速度沿木板表面从A点滑至B点，在木板上前进了l，同时木板前进了s，若滑块与木板间的动摩擦因数为，求图5(1)摩擦力对滑块所做的功为多少？(2)摩擦力对木板所做的功为多少？解析(1)滑块受到的滑动摩擦力大小等于mg，方向向左；滑块的位移(相对地面)大小是ls，方向向右。根据公式WFlcos ，求出摩擦力对滑块做功W1mg(ls)。(2)木板受到的滑动摩擦力大小也是mg，方向向右；木板的位移大小是s，方向向右。根据公式，求出摩擦力对木板做功W2mgs。答案(1)mg(ls)(