高中物理 第1章 功和功率 第1节 机械功课件 鲁科版必修2.ppt

第1章功和功率 教材必修2部分 第1节机械功 教师备课参考 核心素养养成目标 物理观念1 理解功的概念 知道做功的两个必要因素 2 认识正功和负功的含义 能在具体的物理情景中判断物体所受的各力是否做功以及做功的正负 3 能用功的一般公式计算恒力的功 掌握计算总功的两种方法 科学思维与科学探究通过功的概念及其公式导出的过程 体会学习物理学的研究方法 能从现实生活中发现与 功 有关的问题 能运用功解决一些与生产和生活相关的实际问题 科学态度与责任1 通过功的知识的学习 体会物理规律与生活的联系 2 认识物理模型和数学工具在物理学发展过程中的作用 教学重难点 教学重点功的概念及功的计算教学难点功的正负的判断 感悟解题规律 探寻基本知识 测评学习效果 探寻基本知识 树立物理观念 知识点一 机械功的含义 情境导学 设计学生活动 某一同学手托课本向上举起 并手托课本沿水平方向匀速移动一段距离 则两个过程中该同学都对课本做功了吗 试总结力对物体做功的条件是什么 答案 该同学向上举起课本的过程对课本做功 水平匀速移动过程中对课本不做功 做功的条件是有力并在力的方向上有位移 知识梳理 1 定义 力与物体在力的方向上的的乘积 叫做力对物体做的机械功 简称 2 计算公式 1 物体沿力的方向上产生位移s时 w 2 当物体位移与力方向夹角为 时 w 3 单位 在国际单位制中为 符号是j 且1j 思考判断 1 物体只要受力的作用 力对物体一定做功 2 从水平地面上滚动的足球 重力对足球不做功 3 只有在力和位移方向相同时 力才对物体做功 位移 功 fs fscos 焦耳 1n m 知识点二 机械功的计算 情境导学 在小孩下滑的过程中 问题 1 重力做什么功 2 支持力和摩擦力做什么功 3 合力做什么功 答案 1 重力做正功 2 支持力不做功 摩擦力做负功 3 合力做正功 知识梳理 1 功的标矢性 功是 只有大小 没有方向 2 功的计算 如图所示 物体的位移s与力f间夹角为 则 1 0 0 力对物体做 2 90 时 w 0 力对物体 3 90 180 时 w 0 力对物体做 也可以说物体这个力做正功 3 总功的计算 1 各个力分别对物体做功的代数和 w总 w1 w2 2 各个力的合力对物体做的功 w总 f合scos 标量 正功 不做功 负功 克服 思考判断 1 功是标量 只有大小 没有方向 2 力促使物体运动做正功 阻碍物体运动做负功 3 合力做的总功一定比各个分力做的功大 要点一 感悟解题规律 培养科学思维 机械功的理解 1 功的概念的理解 2 恒力做功的计算式的三种理解 3 正功 负功及不做功的判定 1 根据力和位移方向间的夹角判定 当f s夹角为锐角时 f为动力 做正功 如图 甲 所示 当f s夹角为钝角时 f为阻力 做负功 如图 乙 所示 当f s夹角为直角时 f既不是动力 也不是阻力 不做功 如图 丙 所示 2 根据力和速度方向间的夹角判定 多用于曲线运动 当f v夹角为锐角时 f为动力 做正功 如图 丁 所示 当f v夹角为钝角时 f为阻力 做负功 如图 戊 所示 当f v夹角为直角时 f既不是动力 也不是阻力 不做功 如图 己 所示 典例1 如图所示 b放在光滑水平面上 a放在b上并用细绳和右端墙壁相连 b物体在拉力f的作用下向左运动 在运动过程中 a b之间有相互作用的摩擦力 则对摩擦力做功的情况 下列说法中正确的是 a a b都克服摩擦力做功b 摩擦力对a做负功c 摩擦力对b做负功d 摩擦力对a b都不做功 c 思路探究 1 b物体向左运动过程中 a b两物体分别受哪些力 答案 a物体受重力 b物体的支持力 b物体对a的摩擦力和绳子的拉力 共四个力作用 b物体受重力 a对b的压力 地面的支持力 a对b的摩擦力 外力f 共五个力作用 2 a b两物体受到的各力中做功情况怎样 答案 重力 支持力 绳子的拉力 a对b的压力及b对a的摩擦力均不做功 a对b的摩擦力对b做负功 拉力f对b做正功 解析 以a为研究对象 分析b对a的摩擦力及其做功情况 以b为研究对象 分析a对b的摩擦力及其做功情况 1 对物体受力分析 确定物体所受的摩擦力 2 对物体进行运动状态的分析 确定物体在摩擦力方向上对地的位移 3 根据公式w fscos 计算摩擦力做的功 判定摩擦力是否做功 规律方法求解摩擦力做功的方法和步骤 教师备用 例1 1 2016 浙江杭州检测 如图所示 力f大小及物体运动的位移s都相同 哪种情况f做功最少 d 针对训练1 1 2016 浙江杭州检测 一个物体的质量为10kg 与水平地面间的动摩擦因数为0 25 受到与水平方向成37 角斜向上的拉力f作用 若拉力为100n 物体由静止开始运动时间为2s 取g 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 则拉力对物体做的功为j 物体克服摩擦力做的功为j 重力做的功为j 解析 由牛顿第二定律可知 fcos37 mg fsin37 ma 解得a 7m s22s内的位移为s at2 14m拉力做功为w fscos37 100 14 0 8j 1120j克服摩擦力做功为wf mg fsin37 s 140j在重力方向上无位移 故重力做功为0 答案 11201400 要点二 总功的计算 虽然力 位移都是矢量 但功是标量 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scos 计算 2 由w fscos 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 要特别注意各个外力做功的正负 典例2 2016 临沂沂南月考 如图所示 质量为m的物体静止在倾角为 的斜面上 物体与斜面的动摩擦因数为 现使斜面水平向左匀速移动s 重力加速度为g 试求 1 摩擦力对物体做的功 2 斜面对物体的弹力做的功 3 重力对物体做的功 4 斜面对物体做的功 5 各力对物体所做的总功 情境导图 1 题中物体处于平衡状态 2 物体所发生的位移为s 3 运动过程中物体受重力 支持力和摩擦力的作用 如图所示 解析 物体相对地面匀速向左运动的位移为s 由公式w fscos 可得 1 wf f scos 180 mgssin cos 2 wn n scos 90 mgscos sin 3 wg mg scos90 0 4 斜面对物体做的功为斜面对物体的各力做功的代数和 w斜 wf wn mgssin cos mgssin cos 0 5 各力对物体所做的总功等于各力做功的代数和 w总 wf wn wg 0 答案 1 mgssin cos 2 mgscos sin 3 0 4 0 5 0 规律方法 1 在计算力做的功时 首先要对物体进行受力分析 明确是求某一个力的功还是合力的功 2 求所有外力的总功时 由各力的功求代数和与由合力求的总功是相等的 教师备用 例2 1 如图所示 利用斜面从货车上卸货 每包货物的质量m 20kg 斜面倾角 37 斜面的长度l 0 5m 货物与斜面间的动摩擦因数 0 2 求货物从斜面顶端滑到底端的过程中受到的各个力所做的功以及合外力做的功 取g 10m s2 解析 斜面上的货物受到重力g 斜面支持力n和摩擦力f共三个力的作用 货物位移的方向是沿斜面向下 可以用正交分解法 将货物所受的重力分解到与斜面平行的x方向和与斜面垂直的y方向 可以看出 三个力中重力和摩擦力对货物做功 而斜面支持力对货物没有做功 重力g对货物做的功wg mglsin37 60j 支持力n对货物没有做功wn 0 摩擦力f对货物做负功wf mgcos37 lcos180 16j 所以 外力做的总功为w总 wg wn wf 44j 或合外力做的功w合 f合l mgsin37 mgcos37 l 44j 答案 见解析 针对训练2 1 如图所示 质量为m 2kg的物体静止在水平地面上 受到与水平地面夹角为 37 大小f 10n的拉力作用 物体移动了s 2m 物体与地面间的动摩擦因数 0 3 g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 求 1 拉力f所做的功w1 解析 1 对物体进行受力分析 如图所示 w1 fscos 10 2 0 8j 16j 答案 1 16j 2 摩擦力f所做的功w2 3 重力所做的功w3 4 支持力n所做的功w4 5 各力对物体所做的总功w 解析 2 n mg fsin 20n 10 0 6n 14n f n 0 3 14n 4 2n w2 fscos180 4 2 2j 8 4j 3 w3 mgscos90 0 4 w4 nscos90 0 5 w w1 w2 w3 w4 7 6j 也可由合力求总功f合 fcos f 10 0 8n 4 2n 3 8n f合与s方向相同 所以w f合s 3 8 2j 7 6j 答案 2 8 4j 3 0 4 0 5 7 6j 测评学习效果 演练当堂技法 1 用起重机将质量为m的物体匀速吊起一段距离 那么作用在物体上的力做功情况应是下列说法中的哪一种 a 重力做正功 拉力做负功 合力做功为零b 重力做负功 拉力做正功 合力做正功c 重力做负功 拉力做正功 合力做功为零d 重力不做功 拉力做正功 合力做正功 c 解析 物体匀速上升 重力方向与位移方向相反 重力做负功 拉力竖直向上 拉力方向与位移方向相同 拉力做正功 物体做匀速直线运动 处于平衡状态 所受合力为零 所以合力做功为零 故选项a b d错误 c正确 2 多选 如图所示 质量为m的物体 受水平力f的作用 在粗糙的水平面上运动 下列说法中正确的是 a 如果物体做加速直线运动 f一定对物体做正功b 如果物体做减速直线运动 f一定对物体做负功c 如果物体做匀速直线运动 f一定对物体做正功d 如果物体做减速直线运动 f可能对物体做负功 解析 无论物体是加速还是减速 f v的夹角都为零 则f都对物体做正功 选项a c正确 b d错误 ac 3 2016 福建台州检测 起重机以a 1m s2的加速度 将重g 104n的货物由静止匀加速向上提升 那么 在1s内起重机对货物做的功是 g 10m s2 a 500jb 5000jc 4500jd 5500j d 解析 由受力分析和牛顿第二定律 得f ma mg 11000n 由s at2得s 0 5m 由w fscos 得w 5500j 故选d 4 如图所示 一位质量m 50kg的滑雪运动员从高度h 30m的斜坡自由滑下 初速度为零 斜坡的倾角 3