高中物理 第七章 第2节 功课件 新人教版必修2.ppt

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 机械守恒定律 第七章 第二节功 第七章 下面三种情景中 人是否对物体做功 要回答这个问题 我们需要明确功的定义 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 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 功 力的方向上 力 力的方向 位移 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 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 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 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 1n 1m 1n m4 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 河北成安一中 永年二中 临漳一中2014 2015学年高一联考 如图所示的四幅图是小明提包回家的情景 小明提包的力不做功的是 答案 b 解析 据功的概念及功的两个因素可知 只有同时满足力及在力的方向上有位移两个条件时 力对物体才做功 a c d做功 b没有做功 选b 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 杭州市2014 2015学年高一下学期七校联考 如图甲为一女士站立在台阶式自动扶梯上正在匀速上楼 如图乙为一男士站立在履带式自动人行道上正在匀速上楼 下列关于两人受到的力做功判断正确的是 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 一同学穿着旱冰鞋处于静止状态 推一下竖直墙壁后有了向后的速度 关于该同学推墙的过程中 下列说法正确的是 a 墙壁对该同学做正功b 墙壁对该同学没有做功c 该同学对墙壁做正功d 该同学对墙壁没有做功答案 bd 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 3 分段法 或微元法 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 力做的总功w fs路或w fs路 4 等效替换法 若某一变力的功和某一恒力的功相等 则可以用求得的恒力的功来作为变力的功 新中国成立前后 机械化生产水平较低 人们经常通过 驴拉磨 的方式把粮食颗粒加工成粗面来食用 如图所示 假设驴拉磨的平均用力大小为500n 运动的半径为1m 则驴拉磨转动一周所做的功为 a 0b 500jc 500 jd 1000 j答案 d 对功的概念的理解 根据功的概念 下列说法中正确的是 a 工人扛着行李在水平路面上匀速前进时 工人对行李做正功b 工人扛着行李从一楼走到三楼 工人对行李做正功c 作用力与反作用力做的功大小相等 并且其代数和为0d 在水平地面上拉着一物体运动一圈后又回到出发点 则由于物体位移为0 所以摩擦力不做功 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 如图所示 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 上通过同样的距离 则拉力f的做功情况是 a 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 c 解析 功是力和在力的方向上的位移的乘积 四种情况中力和在力的方向上的位移都相同 所以四种情况做功一样多 或由w flcos 计算 也可判断出四种情况做功一样多 故c正确 功的正负的判断 如图所示 在加速向左运动的车厢中 一人用力向前推车厢 人与车厢始终保持相对静止 则下列说法正确的是 a 人对车厢做正功b 车厢对人做负功c 人对车厢做负功d 车厢对人做正功 这两个力的合力使人产生向左运动的加速度 合力对人做正功 表示车对人做正功 所以人对车做负功 故选项c d正确 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 南京市2014 2015学年高一下学期三校联考 如图所示 一端可绕o点自由转动的长木板上方放一个物块 手持木板的另一端 使木板从水平位置沿顺时针方向缓慢旋转 则在物块相对于木板滑动前的过程中 a 重力做正功b 摩擦力做负功c 摩擦力不做功d 支持力不做功答案 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 如图所示 一质量m 4 0kg的物体 由高h 2 0m 倾角 53 的固定斜面顶端滑到底端 物体与斜面间的动摩擦因数为 0 2 g取10m s2 求 1 物体的重力做的功 2 物体所受外力对它做的总功 答案 1 80j 2 68j 如图所示 质量为m 2kg的物体静止在水平地面上 受到与水平面成 37 大小f 10n的拉力作用 物体移动了l 2m 物体与地面间的动摩擦因数 0 3 g取10m s2 求 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 答案 1 16j 2 8 4j 3 0 4 0 5 7 6j 解析 1 对物体进行受力分析 如图所示 w1 flcos 10 2 0 8j 16j 2 fn g fsin 20n 10 0 6n 14nff fn 0 3 14n 4 2nw2 fflcos180 4 2 2j 8 4j 3 w3 glcos90 0 4 w4 fnlcos90 0 5 w w1 w2 w3 w4 7 6j或由合力求总功 f合 fcos ff 10 0 8n 4 2n 3 8nf合与l方向相同 则w f合l 3 8 2j 7 6j 开放 探究 给你一块长木板 一个小木块 请你自己设计探究方案 探究以下两个问题 1 滑动摩擦力是否一定做负功 2 一对作用力和反作用力的功是否一定大小相等 符号相反 解析 1 把木块放在长木板上 用力f拉木块 如图所示 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 不少人认为 人从静止走动起来的动能的增加是地面摩擦力对人做功的结果 因为人是靠地面摩擦力作用而走动起来的 而且地面给人的摩擦力方向与人行走的方向一致 所以摩擦力对人做正功使人的动能增加 这种说法对不对呢 人走路时地面摩擦力对人做功了吗 请你探究分析 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 易错点 对功的计算公式理解不