高中物理 第1章 功和功率 第2讲 功和能课件 鲁科版必修2.ppt

第1章 功和功率 第2讲功和能 目标定位1 知道机械功的原理 理解使用任何机械都不能省功 2 理解功和能的含义 能举例说明功是能量转化的量度 3 知道机械做功的本质是能量转化的过程 栏目索引contentspage 一 机械功的原理 1 内容 使用任何机械时 对机械所做的功总是等于机械所做的功 2 表达式 w动 w阻 或写成w输入 w输出 3 说明 机械功的原理说明 使用任何机械都 动力 克服阻力 w有用 w额外 w损失 不省功 想一想使用任何机械都不省功 人们为何要使用简单机械呢 答案使用任何机械虽然都不能省功 但可以省力或省位移 改变人的工作方式和劳动强度 提高工作的效率 二 做功和能的转化 1 能的概念 如果一个物体能够 我们就说这个物体具有能量 2 功和能之间的关系 做功的过程就是的过程 做了多少功 就表示有多少能从一种形式转化为另一种形式 因此 功是的量度 对别的物体做功 能量转化 能量转化 3 机械做功的本质 做功的机械是传递能量 实现的装置 机械做功 只能将能量从一个物体到另一个物体 或者将一种形式的能量为另一种形式的能量 能量转化 转移 转化 一 对机械功原理的理解 1 功的原理的表达式 1 不使用机械时 w输入 w输出 或w动 w阻 2 使用机械时 w动 w阻 w有用 w额外 或w输入 w输出 w损失 2 不能省功的含义 不省功 是功的原理的核心 不省功 有两层含义 1 等于 即理想机械 是指使用机械做的功与不使用机械而直接用手所做的功是相等的 2 大于 即费功 即非理想机械 是指使用机械做的功比不使用机械而直接用手所做的功多 使用非理想机械时必然存在无用阻力 它对完成工作没有意义 所以又把它叫做无用功或额外功 做功的目的是克服有用阻力而做功 所以这一部分功是有意义的 称为有用功 使用任何机械时 动力对机械所做的功等于机械克服阻力所做的功 包括有用阻力和无用阻力 或额外阻力 3 由于克服额外阻力所做的额外功的存在 实际上使用任何机械总是费功的 4 机械在生活中的应用 1 省力机械 千斤顶 螺丝刀 斜面 钳子等 2 省位移的机械 自行车 筷子 鱼竿等 3 不省力也不省位移 只改变工作方式的机械 定滑轮 等臂杠杆等 注意 使用机械可以省力或省位移 但不能省功 例1如图1所示 通过一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组 将一重物匀速提高2m 已知重物的质量为100kg 动滑轮自身的质量为1kg 绳的质量和摩擦均不计 g取10m s2 求 图1 1 人的拉力大小及拉力做的功 计算结果保留四位有效数字 答案336 7n2020j 2 该机械的有用功和额外功 解析该机械是为了将重物提升2m 所以有用功为w有用 g1h 1000 2j 2000j而提升过程中 克服动滑轮的重力做功是不可避免的 这是额外的 所以额外功w额外 g2h 10 2j 20j 答案2000j20j 针对训练利用斜面把100n的货物推到高处 如果货物所受的摩擦力为8n 且已知斜面高为3m 倾角为37 其他阻力不计 求 1 克服重力所做的功和克服摩擦阻力所做的功 解析对物体受力分析如图所示 2 推力f的大小及f所做的功 解析f gsin37 f 100 0 6n 8n 68n 根据机械功的原理 推力f所做的功应当等于wg wf 所以推力f所做的功wf 300j 40j 340j 答案68n340j 二 功 能及能的转化之间的关系 1 功与能的区别 1 能量是表征物体具有做功本领的物理量 是状态量 2 功描述了力的作用效果在空间上的累积 反映了物体受力并运动的效果 是过程量 2 对功能关系的理解 1 能量有多种不同形式 且不同形式的能量可以相互转化 不同形式的能量之间的转化通过做功来实现 即做功的过程就是能量转化的过程 2 做了多少功就有多少能量从一种形式转化为另一种形式 即能量转化的多少可用做功的多少来量度 3 功是能量转化的量度 机械是传递能量 实现能量转化的装置 它需要人们对其输入能量 然后将能量传递或转移到另一个物体 例2关于能量转化的说法中正确的是 a 举重运动员把杠铃举起来 体内的一部分化学能转化为杠铃的重力势能b 电流通过电阻丝使电能转化为内能c 内燃机做功的过程是机械能转化为内能的过程d 做功的过程是能量转化的过程 某过程做了10j的功 一定有10j的能量发生了转化 解析举重运动员举起杠铃 使杠铃的重力势能变大 消耗了运动员本身的化学能 a正确 电流通过电阻丝 电流做功把电能转化为内能 b正确 内燃机中的燃料燃烧 对外做功 把内能转化为机械能 c错误 功是能量转化的量度 做功的过程就是能量转化的过程 d正确 答案abd 三 摩擦力做功的特点1 不论是静摩擦力 还是滑动摩擦力都可以是动力也可以是阻力 也可能与位移方向垂直 所以不论是静摩擦力 还是滑动摩擦力既可以对物体做正功 也可以对物体做负功 还可能不对物体做功 2 一对相互作用的静摩擦力等大反向且物体之间相对静止 即两个物体的对地位移相同 由w flcos 可判断两个相互作用的静摩擦力做功的总和为零 3 一对相互作用的滑动摩擦力等大反向但物体之间相对滑动 即两个物体的对地位移不相同 由w flcos 可判断两个相互作用的滑动摩擦力做功的总和不为零 且为负值 4 在有滑动摩擦力做功的系统内 机械能减少转化为内能 例3质量为m的木板放在光滑水平面上 如图2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x 若滑块与木板间的动摩擦因数为 求摩擦力对滑块 对木板所做的功各为多少 滑动摩擦力对滑块 木板做的总功是多少 图2 解析由题图可知 木板的位移为sm x时 滑块的位移为sm l x m与m之间的滑动摩擦力f mg 由公式w fscos 可得 摩擦力对滑块所做的功为wm mgsmcos180 mg l x 负号表示做负功 摩擦力对木板所做的功为wm mgsm mgx 这对滑动摩擦力做的总功 w wm wm mg l x mgx mgl 答案 mg l x mgx mgl 例4如图3所示 同一物体分别沿斜面ab cb从斜面顶端由静止下滑到底端 则 图3 1 物体克服摩擦阻力做的功wabwcb 填 或 解析设物体与斜面间动摩擦因数为 斜面长为l 斜面倾角为 则滑动摩擦力f mgcos 克服摩擦力做的功wf fl mgcos l mgsbd sbd为斜面底端长 所以wab wcb 2 在物体下滑的过程中能量是如何转化的 解析物体沿斜面下滑过程中 重力势能减少 转化为物体的动能和物体和斜面间的内能 1 对于机械做功 下列说法正确的是 a 使用机械时 输入功可以大于 小于或等于机械克服阻力做的功b 使用机械时 输入功一定不能小于输出功c 使用机械时 动力对机械做的功一定不能小于输出功d 使用机械时 动力对机械做的功等于机械输出功和损失功之和 对机械功原理的理解 解析根据功的原理 动力对机械做的功即输入功等于机械克服阻力所做的功 a项错误 而机械克服阻力所做的功包括输出功和损失功两部分 所以动力对机械做的功等于输出功和损失功之和 且一定不小于输出功 选项b c d正确 答案bcd 2 如图4所示 把同一物体分别沿ba ca da三个光滑斜面匀速推到同一高度的a点 下列说法中正确的是 图4 a 沿ba斜面最费力 做的功最多b 沿da斜面最费力 做的功最少c 沿三个斜面做的功一样多 沿da斜面最省力d 沿三个斜面做的功一样多 沿ba斜面最省力 解析由功的原理知道 使用任何机械都不省功 由于不计摩擦 无论沿哪个斜面将物体推上a点 都与不用斜面直接将物体从e点匀速推到a点做的功一样多 若推力为f 坡长为l 则有f l g h l越长 f越小 所以选项d正确 选项a b c错误 答案d 对做功和能的转化的理解 3 关于功和能 下列判断正确的是 a 古代的钻木取火是通过摩擦力做功将其他能转化为内能b 举重运动员把杠铃举起来 体内的一部分化学能转化为杠铃的重力势能c 跳高运动员起跳时 通过体内肌肉做功 体内的部分化学能转化为人的动能d 人走路时 没有力做功所以没有能量转化 解析做功的过程是能量转化的过程 人在走路时 其重心的高度不断变化 所以人要做功 同时有势能和动能的变化 故d错误 a b c正确 答案abc 4 如图5所示 b物体在拉力f的作用下向左运动 在运动的过程中 a b之间有相互作用的力 则对力做功