高中物理 7.2《功》课件3 新人教版必修2.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7 1 1所示 图7 1 1 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w flcos 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7 1 2所示 静止在光滑水平面上的物体质量m 25kg 在与水平方向成60 角斜向上的力f作用下运动10s 已知f 10n 求在这10s内力f所做的功 取g 10m s2 图7 1 2 答案 50j 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w flcos 应从以下几方面加强理解 1 公式中的f是恒力 即公式w flcos 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7 1 3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w flcos 就不适用了 2 公式中的l是指力的作用点的位移 图7 1 3 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7 1 4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7 1 4 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a gtan 时 摩擦力不存在 不做功当a gtan 摩擦力沿斜面向下 做正功当a gtan 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w flcos 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w flcos 求每个分力做的功w1 w2 wn 再根据w合 w1 w2 wn 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7 1 5所示 在光滑水平面上 物体受两个相互垂直的大小分别为f1 3n和f2 4n的恒力 其合力在水平方向上 从静止开始运动10m 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w flcos 求解它们的功 图7 1 5 答案 1 18j32j50j 2 5n50j 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 w1 w2 wn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7 1 6 2 利用图像法求变力做功如图7 1 7所示 在f l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v t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w fs路 图7 1 7 3 如图7 1 8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7 1 8 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f 300n将足球踢出 球在空中飞行40m 人对足球做功1200jb 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7 1 9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 a wb wcfbwcfb fcd wb wcfb fc 图7 1 9 解析 物体匀速上升 有fb mgsin b fc mgsin c 因 b c 故fb fc 又wb fblab mglabsin b wc fclac mglacsin c 又labsin b lacsin c 故wb wc 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4m 水平推力随物体位移的变化图像如图7 1