高中物理 第1章 功和功率 第1讲 机械功课件 鲁科版必修2.ppt

第1章 功和功率 第1讲机械功 目标定位1 理解功的概念 掌握功的公式并能进行有关的计算 2 理解正功和负功的物理意义 能判断功的正负 3 理解总功 能计算多个外力对物体所做的总功 栏目索引contentspage 一 机械功的含义 1 含义 作用于某物体的恒力大小为f 该物体沿运动 经过位移s 则叫机械功 简称功 2 做功的两个不可缺少的因素是 和物体在上发生的位移 力的方向 f和s的乘积 力 力的方向 3 功的一般计算公式w 4 单位 在国际单位制中 功的单位是焦耳 符号是j 1j 1n m fscos 想一想如图1所示 下列人或机械对物体的力做功吗 功的大小与哪些因素有关呢 图1 答案甲图 乙图中 人对物体有力的作用 但物体在力的方向上没有位移 故不做功 丙图中起重机的拉力对货物做功 物体受到的力和物体在力的方向上发生的位移是做功的两个必要因素 二 机械功的计算 1 正功和负功 1 当0 时 w 0 力对物体做功 力是物体运动的 填 动 或 阻 力 2 当 时 w 0 表示力对物体不做功 力对物体运动既不起动力作用 也不起阻力作用 90 正 动 90 3 当90 时 w 0 力对物体做负功 或者说物体做了功 力是物体运动的阻 填 动 或 阻 力 一个力对物体做负功 往往说成 取绝对值 2 外力做的总功的计算 一个物体同时受到几个力的作用发生位移时 这几个力做的总功等于 即w总 w1 w2 w3 w4 在计算几个力的总功时 也可先求合力 再应用功的公式求解 即w总 180 克服力 物体克服这个力做了功 各个力分别对物体做功的代 数和 f合scos 想一想当物体受变力作用做曲线运动时 怎样判断该力做功的正负呢 答案可根据力和速度的夹角大小 当f v夹角为锐角时 f做正功 f v夹角为钝角时 f做负功 f v夹角为直角时 f不做功 一 对功的理解 1 力对物体是否做功 决定于两个因素 做功的力 物体在力的方向上的位移 而与其他因素 诸如物体运动的快慢 运动的性质 接触面是否光滑 物体质量的大小等均无关系 2 功是一个过程量 描述的是力在物体沿力的方向上发生位移的过程中的积累效应 例1下列关于力做功的说法正确的是 a 凡是受到力的作用的物体 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 解析力和在力的方向上的位移是做功的两个不可缺少的因素 故只有选项d正确 答案d 二 功的计算1 对w fscos 的理解 1 w fscos 仅适用于计算恒力的功 不能直接用于求变力做功 2 f表示力的大小 s表示力的作用点相对于地面的位移的大小 s也常常说是物体相对于地面的位移大小 表示力和位移方向间的夹角 3 公式可以表达为w f scos 意义是功等于沿力f方向的分位移与力的乘积 公式也可以表达为w fcos s 意义是功等于位移与沿位移方向的分力的乘积 2 几个力的总功的求法 1 先由w fscos 计算各个力对物体所做的功w1 w2 w3 然后求所有力做功的代数和 即w合 w1 w2 w3 2 先由力的合成或根据牛顿第二定律求出合力f合 然后由w合 f合scos 计算总功 此时 为f合的方向与s的方向间的夹角 例2如图2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 求 sin37 0 6 cos37 0 8 图2 1 拉力f所做的功w1 解析对物体进行受力分析 如图所示 w1 fscos 10 2 0 8j 16j 答案16j 2 摩擦力f所做的功w2 解析n g fsin 20n 10 0 6n 14nf n 0 3 14n 4 2nw2 fscos180 4 2 2j 8 4j 答案 8 4j 3 重力g所做的功w3 解析w3 gscos90 0 4 弹力n所做的功w4 解析w4 nscos90 0 答案0 答案0 5 合力f合所做的功w 解析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 8nf合与s方向相同 所以w f合s 3 8 2j 7 6j 答案7 6j 三 对功的正 负的理解及判定 1 功是标量 功的正 负既不表示方向 也不表示功的大小 只表示是动力做功还是阻力做功 2 功的正 负判定 1 根据力和位移的夹角判断 例如 如图3所示 物体a由斜面顶端静止滑下 a受到的重力g对物体做正功 因为重力g与位移l之间的夹角小于90 图3 2 根据运动物体的速度方向和受力方向的夹角判断 例如 人造地球卫星在椭圆轨道上运行 由如图4所示中的人造地球卫星由a点运动到b点的过程中 万有引力做负功 因为万有引力的方向和速度方向的夹角大于90 图4 例3一人乘电梯从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 电梯对人的支持力与人的位移方向始终相同 所以电梯对人的支持力始终对人做正功 故d正确 答案d 例4如图5所示 物体在力的作用下在水平面上发生一段位移s 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s的大小都相同 f 10n s 1m 角 的大小如图所示 分别说明每种情况下力f做功的正负 并求出各力做的功 图5 解析甲图中力f做正功 乙图中力f做负功 丁图中力f做正功 w fs 10j 1 下列四幅图片所描述的情景中 人对物体做功的是 对功的理解 解析a项中人对物体做正功 b项中力和位移垂直 不做功 c项中重物位移为零 不做功 d项中人对拖把做正功 故a d正确 答案ad 正功 负功的判定 2 质量为m的物体放在粗糙的水平面上 受到水平力f的作用 下列叙述中正确的是 a 如果物体做匀加速直线运动 则力f一定做正功b 如果物体做匀加速直线运动 则力f可能做负功c 如果物体做匀减速直线运动 则力f可能做正功d 如果物体做匀减速直线运动 则力f可能做负功 解析物体在粗糙的水平面上运动一定受到摩擦阻力 当物体在力f作用下做匀加速直线运动时 力f与位移的夹角为0 力对物体一定做正功 当物体在力f作用下做匀减速直线运动时 力f与位移的夹角可以为0 也可以为180 故力对物体可以做正功 也可以做负功 答案acd 功的计算 3 用水平恒力f作用于质量为m的物体 使之在光滑的水平面上沿力的方向移动距离s 恒力f做功为w1 再用该恒力作用在质量为2m的物体上 使之在粗糙的水平面上移动同样的距离s 恒力f做功为w2 则两次恒力做功的关系是 a w1 w2b w1 w2c w1 w2d 无法判断 解析物体沿力的方向运动 恒力做功就是指力f做的功 根据w fscos 两次做功中的f s 均相同 所以两次f做功相同 即w1 w2 答案c 4 如图6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 图6 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方向和与斜面垂直的方向 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 其中重力g对货物做的功 w1 mglsin37 20 10 0 5 0 6j 60j 支持力n对货物没有做功w2 0 摩擦力f对货物做负功w3 mgcos37 lco