高中物理 第四章 机械能和能源 第1节 功课件 教科版必修2(1).ppt

第四章机械能和能源 教师参考 一 课程标准1 内容标准 1 举例说明功是能量转化的量度 理解功和功率 关心生活和生产中常见机械功率的大小及其意义 2 通过实验 探究恒力做功与物体动能变化的关系 理解动能和动能定理 用动能定理解释生活和生产中的现象 3 理解重力势能 知道重力势能的变化与重力做功的关系 4 通过实验验证机械能守恒定律 理解机械能守恒定律 用机械能守恒定律分析生活和生产中的有关问题 5 了解自然界中存在多种形式的能量 知道能量守恒是最基本 最普遍的自然规律之一 6 通过能量守恒以及能量转化和转移的方向性 认识提高效率的重要性 了解能源与人类生存和社会发展的关系 知道可持续发展的重大意义 2 活动建议 1 设计实验 测量人在某种运动中的功率 2 通过查找资料 访问有关部门 收集汽车刹车距离与车速关系的数据 尝试用动能定理进行解释 二 高考内容及要求1 功和功率 2 动能和动能定理 3 重力做功与重力势能 4 功能关系 机械能守恒定律及其应用 5 实验 探究动能定理6 实验 验证机械能守恒定律三 教学建议1 本章通过对功 功率 动能 势能 机械能等概念的学习 对功能关系的讨论 完成对能量概念更深入的认识 本章是高中阶段物理学习的基础内容之一 它既是力学问题的基础和综合 也是学习其他物理学知识的重要基础 2 课时安排建议 1 功1课时 2 功率1课时 3 势能1课时 4 动能动能定理2课时 5 机械能守恒定律2课时 6 能源的开发与利用1课时实验一探究合外力做功和动能变化的关系1课时实验二验证机械能守恒定律1课时3 教学中应注意的问题 1 教学过程中 善于应用实例 体会功 功率概念的形成过程 2 教学过程中应结合实例 让学生领悟重力势能的存在及重力做功的特点 3 机械能守恒定律的教学过程中 要从理论推导及守恒条件两个方面理解定律的内容及运用 第1节功 自主学习 课堂探究 达标测评 自主学习课前预习 感悟新知 教师参考 目标导航 重点 功概念的理解与计算难点 正 负功的理解 情境链接如图所示 甲 图中起重机正在吊起重物 乙 图中运动员正在拉开弓弦准备射箭 丙 图中运动员正举着杠铃坚持不动 上述三个过程中起重机 运动员做功了吗 信息1 起重机做功 2 射箭运动员做功 3 举重运动员不做功 教材梳理 一 做功与能量的变化1 功 如果物体受到力的作用 并在力的方向上发生了 我们就说力对物体做了功 2 做功与能量的变化做功总是与的变化密切相关 做功的过程就是变化的过程 二 功的计算公式1 大小 功等于力的大小 位移的大小 力和位移夹角的这三者的乘积 2 计算公式 w cos 3 单位 在国际单位制中 功的单位是 简称焦 符号是j 1j 1n m 位移 能量 能量 余弦 fx 焦耳 想一想有力作用在物体上 这个力一定对物体做功吗 物体发生了一段位移 一定有力对物体做功吗 试举例说明 答案 均不一定 如图所示 人提着水桶沿水平方向运动 时间久了 胳膊酸了 但水桶的重力及人对水桶的作用力均沿竖直方向 水桶在竖直方向上没有位移发生 因此重力和人对水桶的拉力均不做功 三 功的正负合力的功1 功的正负 1 当0 0 则w 0 即力对物体做功 2 当 90 时 cos 0 则w 0 即力对物体 3 当90 180 时 cos 0 则w 0 即力对物体做功或物体克服这个力做功 2 合力的功当物体在多个力共同作用下发生一定位移时 合力对物体所做的功等于各分力对物体所做功的 不做功 负 代数和 议一议 3j的功小于2j的功 对吗 答案 不对 功是标量 负号不表示大小 只表示力做功的方向 3j的功大于2j的功 正 1 公式w fl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 力f1做功10j f2做功 15j 力f1比f2做功多 4 总功就是所有外力做功的代数和 5 功有正负 说明功是矢量 因此总功是所有外力做功的矢量和 思考判断 答案 1 2 3 4 5 要点一 对功的理解 课堂探究核心导学 要点探究 问题导学 如图所示 人拉着小车沿水平面匀速前进了一段距离 1 小车受几个力作用 每个力都做功吗 对小车做功的力中 哪些力做正功 哪些力做负功 2 拉力f一般分解为哪两个分力 f做的功与哪个分力做的功相同 答案 1 受4个力作用 拉力做正功 摩擦力做负功 重力 支持力不做功 2 f分解为竖直向上和水平向左两个分力 f与水平分力做功相同 要点归纳 1 做功 的有关说法 1 力对物体做了功 功的定义 2 物体克服某个力做功 是指这个力对物体做负功 这里的 物体 是指受力物体 2 正功和负功的判定及其意义 1 正功和负功的判定 2 正 负功的意义 特别提示 1 公式w fxcos 仅适用于恒力做功 2 功是过程量 功是力在空间的积累 计算功时 一定要明确是哪个力在哪段位移上对物体做的功 3 功是标量 功的正负既不表示方向 也不表示大小 它表示所作用的力是动力做功还是阻力做功 4 力对物体做功与物体的运动状态无关 与物体是否受其他力无关 典例1 质量为m的物体静止在倾角为 的粗糙斜面上 斜面沿水平方向向右匀速移动了距离s 如图所示 物体相对斜面静止 则下列说法中不正确的是 a 重力对物体做正功b 合力对物体做功为零c 摩擦力对物体做负功d 支持力对物体做正功 思路点拨 1 重力的方向与物体位移方向垂直 2 摩擦力方向与物体位移方向的夹角大于90 3 支持力方向与物体位移方向的夹角小于90 a 解析 物体的受力及位移如图所示 重力垂直于位移 故它不做功 a错误 合力为零 合力不做功 b正确 摩擦力f与位移l的夹角 90 故摩擦力做负功 c正确 支持力fn与位移l的夹角 90 故支持力做正功 d正确 规律方法 做功正负的判断方法 1 根据力和位移方向间的夹角判断 此法常用于恒力做功的判断 2 根据力和瞬时速度方向间的夹角判断 此法常用于判断质点做曲线运动时变力的功 夹角为锐角时做正功 夹角为钝角时做负功 夹角为直角时不做功 教师备用 例1 1 如图所示 小球位于光滑的斜面上 斜面位于光滑的水平地面上 从地面上看 在小球沿斜面下滑的过程中 斜面对小球的作用力 a 垂直于接触面 做功为零b 垂直于接触面 做负功c 不垂直于接触面 做功为零d 不垂直于接触面 做功不为零 b 解析 弹力的方向总是垂直于接触面 小球沿斜面下滑的同时 斜面会向左运动 如图所示 小球的初始位置为a 末位置为b 位移与fn并不垂直 夹角为钝角 因此fn做负功 故b正确 针对训练1 1 多选 下面列举的哪几种情况下所做的功是零 a 卫星做匀速圆周运动 地球的引力对卫星做的功b 小球做平抛运动 重力做的功c 举重运动员扛着杠铃在头的上方停留10s 运动员对杠铃做的功d 木块在粗糙的水平面上滑动 摩擦力做的功 解析 当一个力作用在物体上 物体没有位移 力做的功为零 c对 如果力的方向与速度的方向始终垂直 则力对物体做的功也为零 a对 ac 要点二 功的计算 问题导学 如果物体所受的各个力对物体做功都不为零 那么合力对物体做功一定不为零吗 答案 不一定 要点归纳 1 对功的计算公式中力和位移的理解 1 若将位移x沿力的方向和垂直力的方向分解 如图 甲 所示 这时功等于力与位移在力的方向上的分量x xcos 的乘积 即w f xcos 2 若将力f沿位移方向和垂直位移方向分解 如图 乙 所示 这时功等于力在位移方向上的分量fcos 与位移的乘积 即w fcos x 注意 位移x一般是指物体的位移 其实质是指力的作用点的位移 此点对滑轮问题尤为重要 2 功的计算方法 1 恒力的功w fxcos 中的f是恒力 求恒力做功只要找出f x 即可 2 合力的功 总功 先求出合力 再根据w f合xcos 计算总功 应是合外力方向与位移方向的夹角 适用于合力恒定的过程 w总 w1 w2 即总功等于各个外力做功的代数和 应特别注意各个力做功的正 负 适用于任何过程 力f在全程是变力 但在每一个阶段是恒力 可以先计算每个阶段的功 再求和 对应路程计算的功及图像法 a 如果力的大小不变 只有方向变化 可以直接用力的大小乘以路程计算力的功 b 如图 在f x图像中 图线与x轴围成的面积 为f在这段位移上做的功 典例2 质量m 20kg的物体 与水平地面间的动摩擦因数 0 4 求下列两种情况下需对它做多少功 1 使物体沿水平地面以加速度a 1m s2移动10m 思路点拨 1 先对物体沿水平面运动与竖直向上运动这两种情况进行受力分析 分别求出两种情况中对它的作用力f1 f2 解析 1 设使物体沿水平面加速运动的作用力为f1 由牛顿第二定律有水平方向 f1 f ma 竖直方向 n mg 0 又f n 联立得f1 mg ma 100n 所以对物体做功为w1 f1s1 100 10j 1 103j 答案 1 1 103j 思路点拨 2 然后用功的公式算出功 解析 2 设使物体竖直向上加速运动的作用力为f2 同理由牛顿第二定律f2 mg ma 得f2 mg ma m g a 220n 所以对物体做功为w2 f2s2 220 10j 2 2 103j 答案 2 2 2 103j 2 使物体竖直向上以加速度a 1m s2升高10m 取g 10m s2 误区警示 不能认为两种情况下物体的加速度相同 位移也相同 因此做功相同 其值为w fs mas 20 1 10j 200j 因为与ma相同的力f 不是我们所研究的某一个特定的力 而是作用在物体的合外力 所以在功的计算中必须注意是哪一个力做功 对谁做功 教师备用 例2 1 如图所示 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阻的大小不变 求摆球从a运动到竖直位置b时 重力mg 绳的拉力t 空气阻力f阻各做了多少功 针对训练2 1 如图所示 在光滑水平面上 物体受两个相互垂直的大小分别为f1 3n和f2 4n的恒力 其合力在水平方向上 从静止开始运动10m 求 1 f1和f2分别对物体做的功是多少 代数和为多大 答案 1 18j32j50j 2 f1和f2合力为多大 合力做功是多少 答案 2 5n50j 达标测评随堂演练 检测效果 1 如图所示 下列过程中人对物体做了功的是 a 图 甲 中小华用力推石头 但没有推动b 图 乙 中小明举起杠铃后 在空中停留3秒的过程中c 图 丙 中小刚提着书包 随电梯一起匀速上升的过程中d 图 丁 中小陈将冰壶推出后 冰壶在水平冰面上滑行了5米的过程中 c 解析 a b选项所述情景中 位移都为零 人对物体没做功 故a b错误 d中冰壶滑行时 不受人的推力 故人对物体不做功 故d错误 只有c选项所述情景 人对物体做功 故c正确 2 物体受到两个互相垂直的作用力而运动 已知力f1做功6j 物体克服力f2做功8j 则力f1 f2的合力对物体做功 a 14jb 10jc 2jd 2j d 解析 合力做功等于各力做功的代数和 即6j 8j 2j 故d正确 3 质量为m的小物块在倾角为 的斜面上处于静止状态 如图所示 若斜面体和小物块一起以速度v沿水平方向向右做匀速直线运动 通过一段位移l 斜面体对物块的摩擦力和支持力的做功情况是 a 摩擦力做正功 支持力做正功b 摩擦力做正功 支持力做负功c 摩擦力做负功 支持力做正功d 摩擦力做负功 支持力不做功 b 解析 物体受力情况如图所示 物体受到重力mg 摩擦力f和支持力n的作用 物体相对斜面静止 物体相对地面水平向右匀速移动距离l 这些力均是恒力 故可用w fl cos 计算各力的功 wf flcos 0 wn nlcos 90 0 所以选项b正确 如图所示 某人用300n的水平推力 把一个质量为50kg的木箱沿水平路面加速推动10