高中物理 4.1功课件 粤教版必修2.ppt

2020 2 9 第4章机械能和能源 2020 2 9 第一节功 2020 2 9 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 课前自主学案 第一节功 课标定位 2020 2 9 课标定位学习目标 1 理解功的概念 知道力对物体做功的条件 2 能推导功的一般计算式并能用它计算力对物体做的功 3 知道正功 负功的概念 并知道在什么条件下力对物体做正功 在什么条件下力对物体做负功 重点难点 力对物体做功的计算 2020 2 9 课前自主学案 一 怎样才算做了功1 功的概念一个物体受到 的作用 并使物体在 上发生了一段 就说这个力对物体做了机械功 简称功 2 做功的两个要素 和在力的方向上发生的 是做功的两个要素 力 力的方向 位移 力 位移 2020 2 9 思考感悟1 图4 1 1中的推墙者 累得气喘吁吁 满身大汗 这位推墙者对墙做功了吗 提示 从物理学角度而言 没有做功 有力而无位移 图4 1 1 2020 2 9 二 如何计算功1 功的计算公式 1 当恒力f的方向与位移s的方向一致时 力对物体所做的功w为 w 2 当恒力f的方向与位移s的方向成某一角度 时 力f对物体所做的功w为 w 即力对物体所做的功等于力的大小 位移的大小以及力和位移夹角的余弦的乘积 功是 只有 没有 fs fscos 标量 大小 方向 2020 2 9 2 功的计算公式的适用条件公式w fscos 只适用于求 所做的功 3 功的单位在国际单位制中 功的单位是焦耳 符号是j 焦耳的定义 1j等于 的力使物体在力的方向上发生 的位移时所做的功 即1j 恒力 1n 1m 1n m 2020 2 9 三 功有正 负之分吗1 判断设力f与位移s方向间的夹角为 则由功的一般计算公式w fscos 可知 不做功 正 负 克服 2020 2 9 2 正负功的意义功的正 负既不表示功的大小 也不表示功有方向 它只是说明力对物体起动力作用还是阻力作用 3 几个力的总功由于功是标量 所以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 等于各个力分别对物体所做功的 也等于这几个力的 力对这个物体所做的功 代数和 合 2020 2 9 思考感悟2 物体受到两个力f1和f2的作用 它们对物体做的功分别是3j和4j 若这两个力的方向互相垂直 那么这两个力的合力做的功是多少 提示 7j 2020 2 9 核心要点突破 一 功的理解1 力和物体在力的方向上发生的位移 两个因素对于功而言 缺一不可 因为有力不一定有位移 有位移也不一定有力 特别强调指出 力是在位移方向上的力 位移是在力的方向上的位移 2 功是力在空间上的积累效果 功是过程量 它与位移 或时间 相对应 因此在描述功的时候 要这么说 在哪个过程中某个力做了多少功 2020 2 9 特别提醒 不要将物理学中的做功等同于人类活动和生产劳动中的 做工 工作 和 劳动 物理学中的做功指特定的物理过程 判定一个力是否做功时 要紧扣 力 和 力的方向上的位移 这两个条件 尤其要注意力和位移方向垂直时 该力不做功 2020 2 9 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 单选 如图4 1 2所示的四幅图是小新提包回家的情景 小新对提包的拉力没有做功的是 图4 1 2 2020 2 9 解析 选b 由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 故答案为b 二 功的公式及正负功的理解1 功的公式的理解 1 公式的适用范围 力f为恒力 2 w fscos 可理解为功等于力乘物体在力的方向上的位移或位移方向上的力乘位移 2020 2 9 3 在功的计算公式中 我们一般以地面为参考系 4 在功的计算中 f与s应具有同时性和同体性 5 功与物体的运动状态及运动形式无关 2020 2 9 2 正负功的意义功是标量 功的正值与负值不是代表方向 而是表示谁对谁做功 在物体发生位移的过程中 各个力的作用不同 对这个物体产生位移起推动作用的力 即动力 做正功 反之 对物体产生位移起阻碍作用的力 即阻力 做负功 一个力对物体做负功 往往说成物体克服这个力做功 取绝对值 这两种说法意义等同 2020 2 9 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 单选 关于功 下列说法中正确的是 a 力对物体做功多 说明物体的位移一定大b 力对物体做功少 说明物体的受力一定小c 力对物体不做功 说明物体一定无位移d 功的多少是由力的大小和物体在力的方向上的位移的大小确定的 2020 2 9 解析 选d 做功的多少取决于位移的大小 力的大小及二者夹角的余弦三者之积 故a b c错 在w fscos 中 scos 可理解为物体在力的方向上的位移 d对 三 摩擦力做功1 静摩擦力做功分析 在图4 1 3甲中 光滑水平面上放着一辆平板车b 车上放一物体a 用力f拉动车上的物 2020 2 9 体a b与a一起以相同的速度前进 且a与b间无相对滑动 则静摩擦力f对a做负功 f对b做正功 图4 1 3乙 图4 1 3 2020 2 9 又如放在匀速转动的圆盘上随同圆盘m 起转动的物体a 它所需的向心力是由静摩擦力f提供 静摩擦力f的方向在任一瞬时都与位移方向垂直 所以静摩擦力f不做功 如图4 1 3丙所示 结论 静摩擦力可以做正功 也可以做负功 还可以不做功 2020 2 9 2 滑动摩擦力做功分析 如图4 1 4所示 光滑水平面上放一木板a 其上放一物体b 物体b用细绳固定在竖直墙上 现用力f将a从b下面拉出 则b a间的滑动摩擦力对b不做功 对a做负功 图4 1 4 2020 2 9 如图4 1 5所示 子弹射入光滑水平面上原来静止的木块 并留在其中 在此过程中木块发生了位移 此时 子弹对木块的滑动摩擦力就对木块做正功 结论 滑动摩擦力可以做正功 可以做负功 也可以不做功 图4 1 5 2020 2 9 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 单选 关于摩擦力做功 下列说法正确的是 a 静摩擦力总是做正功 滑动摩擦力总是做负功b 静摩擦力对物体不一定做功 滑动摩擦力对物体一定做功c 静摩擦力对物体一定做功 滑动摩擦力对物体可能不做功d 静摩擦力和滑动摩擦力都可能对物体不做功 2020 2 9 解析 选d 力对物体做功 必须具备两个条件 力和在力的方向上的位移 判断摩擦力是否做功及做什么功 要具体分析受力物体在摩擦力方向上是否有位移及位移的方向与摩擦力的方向是相同还是相反 2020 2 9 课堂互动讲练 单选 有一根轻绳系一个物体 如图4 1 6所示 在物体以加速度a向下做匀减速直线运动时 作用在物体上的各力做功的情况是 a 重力做正功 拉力做负功 合力做负功b 重力做正功 拉力做负功 合力做正功c 重力做正功 拉力做正功 合力做正功d 重力做负功 拉力做负功 合力做正功 如图4 1 6 2020 2 9 精讲精析 重力方向与位移方向相同 重力做正功 拉力方向与位移方向相反 拉力做负功 由于做匀减速直线运动 所以物体所受合力方向向上 与位移方向相反 合力做负功 答案 a 方法总结 力f做正功 负功的判断方法 1 根据力f的方向与位移s的方向的夹角判断 此方法一般用于物体做直线运动的情况 2 根据力f的方向与物体运动速度v的方向的夹角判断 此方法一般用于物体做曲线运动的情况 2020 2 9 如图4 1 7所示 一个质量为m的木块 放在倾角为 的斜面上 木块与斜面保持相对静止并沿水平方向向右匀速移动距离l的过程 作用在木块上的各个力分别做功多少 图4 1 7 2020 2 9 思路点拨 用功的公式w fscos 来计算功的大小 要注意求的是哪个力做功 画出物体运动的示意图和受力分析图 可帮助分析题意 自主解答 先由平衡条件计算出各力 并找出各力与位移的夹角 再利用功的公式进行求解 2020 2 9 根据力的平衡条件可得 斜面对木块的支持力为n mgcos 斜面对木块的摩擦力为f mgsin 支持力n与位移l间的夹角为90 则支持力做的功wn nlcos 90 mglcos sin 摩擦力f与位移l间的夹角为 则摩擦力f做功wf flcos mglsin cos 重力与位移的夹角为90 则重力做的功wg mglcos90 0 2020 2 9 变式训练如图4 1 8所示 质量为m的物体在沿斜面向上的力的作用下匀速地沿着长为l 倾角为 的斜面的一端向上滑到另一端 物体与斜面间的动摩擦因数为 分别求出作用在物体上的各力对物体所做的功及合外力所做的总功 图4 1 8 答案 见自主解答 2020 2 9 解析 选物体为研究对象 则其受力为拉力f 重力mg 弹力n 摩擦力f 1 拉力f对物体所做的功为wf fl 由于物体做匀速直线运动 故f mgsin mgcos 所以wf mgl sin cos 2 重力对物体所做的功为wg mglcos 90 mglsin 3 弹力对物体做的功为wn 0 2020 2 9 4 摩擦力对物体所做的功为wf flcos180 mglcos 5 合外力做的总功为w总 wn wf wg wf 0 答案 见解析 2020 2 9 如图4 1 9所示 摆球质量为m 悬线的长为l 把悬线拉到水平位置后放手 设在摆球运动过程中空气阻力f的大小不变 求摆球从a运动到竖直位置b时 重力mg 绳的拉力f 空气阻力f各做了多少功 图4 1 9 2020 2 9 精讲精析 因为拉力f在运动过程中 始终与运动方向垂直 故不做功 即wf 0 重力在整个运动过程中始终不变 小球在重力方向上的位移为ab在竖直方向上的投影ob 且ob l 所以wg mgl 2020 2 9 空气阻力虽然大小不变 但方向不断改变 且任何时刻都与运动方向相反 即沿圆弧的切线方向 因此属于变力做功问题 如果将分成许多小弧段 使每一小段弧小到可以看成是直线 在每一小段弧上f的大小