2018-2019学年高中物理_第七章 机械能守恒定律 1 追寻守恒量——能量 2 功课件 新人教版必修2

1追寻守恒量 能量2功 第七章 学习目标 1 了解势能 动能的概念 领会寻找守恒量是科学研究的重要思想方法 2 理解功的概念 知道W Flcos 的适用范围 会用功的公式进行计算 3 理解正 负功的概念 会根据公式计算多个力所做的总功 内容索引 重点探究启迪思维探究重点 达标检测检测评价达标过关 自主预习预习新知夯实基础 自主预习 1 过程 将小球由斜面A上某位置由释放 小球运动到斜面B上 2 现象 小球在斜面B上速度变为0 即到达最高点 时的高度与它出发时的高度 3 结论 这一事实说明某个量是守恒的 在物理学上我们把这个量叫做或者 一 追寻守恒量 能量1 伽利略的斜面实验探究如图1所示 图1 静止 相同 能量 能 2 动能和势能 1 动能 物体由于而具有的能量 2 势能 相互作用的物体凭借其而具有的能量 二 功1 功的定义 一个物体受到力的作用 并在上发生了一段位移 这个力就对物体做了功 2 功的公式 W 其中F l 分别为 位移的大小 3 单位 国际单位制中 功的单位是 符号是 运动 位置 力的方向 Flcos 力的大小 力与位移方向的夹角 焦耳 J 三 正功和负功1 力对物体做正功和负功的条件由W Flcos 可知 1 当0 时 W0 力对物体做功 2 当 时 W0 力对物体做功 或称物体这个力做功 3 当 时 W 力对物体不做功 正 负 克服 0 2 总功的计算当一个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 代数和 合力 即学即用 1 判断下列说法的正误 1 公式W Flcos 中的l是物体运动的路程 2 物体只要受力且运动 该力就一定做功 3 汽车沿斜坡向上加速行驶时 牵引力对汽车一定做功 4 功有正负之分 所以功是矢量 5 一个力对物体做了负功 则说明这个力一定阻碍物体的运动 答案 2 如图2所示 静止在光滑水平面上的物体 在与水平方向成60 角斜向上的力F作用下沿光滑水平面运动了10m 已知F 10N 则拉力F所做的功是J 答案 50 图2 重点探究 1 用伽利略理想斜面实验探究能量 1 实验装置 如图3所示 2 实验过程让静止的小球沿一个斜面A滚下 小球将滚上另一个对接斜面B 3 实验现象在没有空气阻力和摩擦力时 实际很小 可以忽略 无论斜面B陡一些 还是缓一些 小球总能到达斜面B上与释放点等高的位置 即hA hB 4 实验结论这一事实说明了小球在运动过程中 某个量是守恒的 一 对能量转化的理解 图3 2 动能 势能及相互转化 1 动能 物体由于运动而具有的能量 动能是状态量 与物体的质量和速度大小有关 2 势能 相互作用的物体间由相互作用力和他们间的相对位置决定的能量 所以又叫位能 3 势能和动能的相互转化从伽利略的理想斜面实验可以看出 势能和动能可以相互转化 下降过程中小球速度越来越大 重力势能转化为动能 上升过程中小球速度逐渐减小 高度逐渐增大 动能又逐渐转化为重力势能 如果斜面是光滑的 且空气阻力忽略不计 小球总可以沿斜面B上升到原来的高度 这说明了势能和动能在相互转化过程中总量是守恒的 例1如图4所示 将一个带轴的轮子用两根细线悬吊起来 使轮轴处于水平状态 做成一个 滚摆 旋转滚摆 让细线绕在轮轴上 然后由静止开始释放滚摆 滚摆就会边旋转边下落 绕在轮轴上的细线也随之不断释放 到达最低点后 滚摆又会边旋转边上升 细线又随之逐渐绕在轮轴上 试分析滚摆运动过程中的能量转化情况 在阻力小到可以忽略的情况下 试猜想滚摆每次都能回升到起始点的高度吗 解析 答案 图4 答案见解析 解析在滚摆向下运动的过程中 滚摆的高度不断降低 下落速度和旋转速度不断增大 滚摆的重力势能转化为动能 在滚摆向上运动的过程中 滚摆的高度不断增加 上升速度和旋转速度不断减小 滚摆的动能又转化为重力势能 依据能量守恒 在阻力小到可以忽略的情况下 滚摆能量的总量保持不变 滚摆每次都能回升到起始点的高度 导学探究 1 观察图5 分析图中的哪个人对物体做了功 二 对功的理解 图5 答案小川拉重物上升的过程 小川对重物做了功 其他三人都没有对物体做功 答案 2 如图6所示 物体在与水平方向夹角为 的力F的作用下沿水平面前进了l 则力F对物体做的功如何表示 图6 答案如图把力F沿水平方向和竖直方向进行分解 物体在竖直方向上没有发生位移 竖直方向的分力没有对物体做功 水平方向的分力Fcos 所做的功为Flcos 所以力F对物体所做的功为Flcos 答案 知识深化 对公式W Flcos 的理解1 某一恒力F对物体做的功 只与l 有关 与物体的运动状态及物体是否还受其他作用力等因素无关 2 功是标量 没有方向 但是有正负 3 公式W Flcos 适用于计算恒力做功 若是变力 此公式不再适用 解析支持力和重力与位移垂直 不做功 A B错误 拉力和摩擦力做功分别为W1 Flcos W2 mg Fsin l C正确 D错误 例2如图7所示 坐在雪橇上的人与雪橇的总质量为m 在与水平面成 角的恒定拉力F作用下 沿水平地面向右移动了一段距离l 已知雪橇与地面间的动摩擦因数为 则雪橇受到的A 支持力做功为mglB 重力做功为mglC 拉力做功为Flcos D 滑动摩擦力做功为 mgl 解析 答案 图7 导学探究 某物体在力F作用下水平向右运动的位移为l 拉力的方向分别如图8甲 乙所示 分别求两种情况下拉力对物体做的功 三 正负功的判断 图8 答案 知识深化 1 正 负功的意义 2 功的正负的判断判断一个力对物体是否做功 做正功还是负功 常用的方法有以下两种 1 根据力F与位移l的夹角 进行判断 A 重力对物体m做正功B 合力对物体m做功为零C 摩擦力对物体m做负功D 支持力对物体m做正功 例3 多选 质量为m的物体 静止在倾角为 的斜面上 斜面沿水平方向向右匀速移动了距离l 如图9所示 物体始终相对斜面静止 则下列说法正确的是 解析 答案 图9 解析物体的受力和位移如图所示 支持力FN与位移l的夹角 90 故支持力做正功 D选项正确 重力与位移垂直 故重力不做功 A选项错误 摩擦力Ff与位移l的夹角大于90 故摩擦力做负功 C选项正确 物体做匀速运动 所受合力为零 合力做功为零 B选项正确 当物体在多个力的共同作用下发生一段位移时 合力对物体所做的功等于各分力对物体做功的代数和 故计算合力的功有以下两种方法 1 先由W Flcos 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lcos 计算总功 此时 为F合的方向与l的方向间的夹角 注意 当在一个过程中 几个力作用的位移不相同时 只能用方法 1 四 总功的计算 例4如图10所示 一个质量为m 2kg的物体 受到与水平方向成37 角斜向上方的力F 10N作用 在水平地面上从静止开始向右移动的距离为l 2m 已知物体和地面间的动摩擦因数为0 3 g取10m s2 求外力对物体所做的总功 cos37 0 8 sin37 0 6 图10 答案7 6J 答案 解析 解析物体受到的摩擦力为 Ff FN mg Fsin37 0 3 2 10 10 0 6 N 4 2N解法1 先求各力的功 再求总功 拉力F对物体所做的功为 W1 Flcos37 10 2 0 8J 16J摩擦力Ff对物体所做的功为 W2 Fflcos180 4 2 2J 8 4J由于重力 支持力对物体不做功 故外力对物体所做的总功W等于W1和W2的代数和 即W W1 W2 7 6J 解法2 先求合力 再求总功 物体受到的合力为 F合 Fcos37 Ff 3 8N 所以W F合l 3 8 2J 7 6J 针对训练如图11所示 平行于斜面向上的拉力F使质量为m的物体匀加速地沿着长为L 倾角为 的固定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 求作用在物体上的各力对物体所做的总功 答案FL mgLsin mgLcos 答案 解析 图11 解析选物体为研究对象 其受力如图所示 解法一 拉力F对物体所做的功为 WF FL 重力mg对物体所做的功为 WG mgLcos 90 mgLsin 摩擦力对物体所做的功为 Wf FfLcos180 FfL mgLcos 弹力FN对物体所做的功为 WN FNLcos90 0 故各力的总功为 W WF WG Wf WN FL mgLsin mgLcos 解法二 物体受到的合力为 F合 F mgsin Ff F mgsin mgcos 所以合力做的功为 W F合L FL mgLsin mgLcos 达标检测 解析功是标量 正负表示的是外力对物体做功还是物体克服外力做功 A错误 B正确 力对物体做正功还是做负功取决于力和位移的方向关系 故C正确 有力作用在物体上 物体在力的方向上移动了一段距离 力对物体做的功总是在某过程中完成的 所以功是一个过程量 故D正确 1 对功的理解 多选 下列说法中正确的是A 功是矢量 正负表示其方向B 功是标量 正负表示的是外力对物体做功还是物体克服外力做功C 力对物体做正功还是做负功取决于力和位移的方向关系D 力对物体做的功总是在某过程中完成的 所以功是一个过程量 1 2 3 4 答案 解析 A 重力对人做负功B 摩擦力对人做正功C 支持力对人做正功D 合力对人做功为零 2 正负功的判断 多选 如图12所示 人站在台阶式自动扶梯上不动 随扶梯向上匀速运动 下列说法中正确的是 答案 解析 1 2 3 4 图12 解析因为人匀速向上运动 所以只受重力和支持力 且二力平衡 不受摩擦力 B错误 重力方向和运动方向夹角大于90 重力做负功 A正确 支持力方向和运动方向夹角小于90 支持力做正功 C正确 合力为零 因此总功一定为零 D正确 1 2 3 4 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 Flcos 两次做功过程中F l 均相同 所以两次F做功相同 即W1 W2 3 功的计算 用水平恒力F作用于质量为m的物体上 使之在光滑的水平面上沿力的方向移动距离l 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沿力的方向移动同样的距离l 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 答案 解析 1 2 3 4 答案 解析 4 总功的计算 如图13所示 质量m 50kg的滑雪运动员从高度h 30m的坡顶由静止下滑 斜坡的倾角 37 滑雪板与雪面之间的动摩擦因数 0 1 则运动员滑至坡底的过程中 g取10m s2