高中物理 第4章 第1节 功精品课件 教科版必修2.ppt

第1节功 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第一节 课前自主学案 课标定位 课标定位 应用 1 判断各力做功的正负 2 总功的计算以及变力做功的求解 理解 1 功是标量以及正功 负功的物理意义 2 分力做功与合力做功的求法 认识 1 功的概念 2 能量之间相互转化 力做功的要素 课前自主学案 一 做功与能量的变化1 功的概念 物体受到力的作用 并在力的方向上发生了 那么力对物体做了功 2 功与能量 功与 变化密切相关 做功过程就是 变化的过程 二 功的计算公式1 力f与位移x同向时 w fx 位移 能量 能量 2 力f与位移x有夹角 时 w fxcos 其中f x cos 分别表示 3 各物理量的单位 f的单位是 x的单位是 w的单位是 即焦耳 力的大小 位移的大小 力与位移夹角的余弦 牛顿 米 牛 米 三 功的正负合力的功1 正功 负功的条件 2 正功 负功的物理意义 如图4 1 1所示 图4 1 1 1 力f是动力 对物体做 2 力f是阻力 对物体做 或说物体克服f做 3 力n和g即不是动力 也不是阻力 3 合力的功物体受多个力的作用发生了位移 对物体做的功等于各分力对物体所做功的 正功 负功 正功 不做功 合力 代数和 思考感悟力f1对物体做了20j的功 力f2对物体做了 100j的功 f1 f2哪一个力对物体做的功多 提示 功是标量 只有大小 没有方向 功的正负既不表示功有方向 也不表示功的数量的大小 所以f2对物体做的功多 核心要点突破 一 对功的理解1 功的决定因素 做功具有两个必不可少的决定因素 做功的力 物体在力的方向上的位移 力对物体是否做了功 只与这两个因素有关 并且功的大小等于力与物体在力的方向上的位移的乘积 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 公式w fxcos 的理解 1 f表示力的大小 x表示力的作用点相对于地面位移的大小 当力的作用点的位移与物体的位移相同时 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 2 公式可以表达为w f xcos 表达的意义是功等于沿力f方向的位移与力的乘积 公式也可以表达为w fcos x 表达的物理意义是功等于位移与沿位移方向的力的乘积 特别提醒 1 公式w fxcos 仅适用于恒力做功的情况 2 功虽然有正负 但功是标量 它的正负不表示方向 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 用水平恒力f作用在质量为m的物体上 使之在光滑的水平面上沿力的方向移动的距离为x 恒力做功为w1 再用该恒力作用于质量为m的物体上 使之在粗糙的水平面上移动同样的距离x 恒力做功为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 选c 两次做功的力相同 位移相同 由功的公式w fx知 两次恒力做功相同 故c选项正确 二 总功的计算由合力与分力的等效替代关系知 合力与分力做功也是可以等效替代的 因此计算总功的方法有两种 1 先求物体所受的合外力 再根据公式w合 f合xcos 求合外力的功 2 先根据w fxcos 求每个分力做的功w1 w2 wn 再根据w合 w1 w2 wn 求合力的功 特别提醒 两种求合力功的方法要依据题目特点灵活运用 如物体处于平衡状态或某一方向受力平衡时 先求合力再求功的方法简单方便 如已知物体受力中有的不做功 有的做功 且方便求得该力的功 如重力的功 时 选择w w1 w2 wn简单方便 即时应用 即时突破 小试牛刀 图4 1 22 如图4 1 2所示 质量为m的物体a静止于倾角为 的斜面体b上 斜面体b的质量为m 现对该斜面体施加一个水平向左的推力f 使物体随斜面体一起沿水平方向向左匀速运动 移动x 则在此过程中斜面体b对物体a所做的功为 a fxb mgxsin cos c mgxsin d 0 解析 选d 在物体随斜面体一起向左匀速运动过程中 斜面体b对物体a的作用力竖直向上 大小为mg 故斜面体对物体a做功为零 选d 2 图像法 变力的功w可用f x图线与x轴所包围的面积表示 x轴上方的面积表示力对物体做正功的多少 x轴下方的面积表示力对物体做负功的多少 3 分段法 或微元法 当力的大小不变 力的方向时刻与速度同向 或反向 时 把物体的运动过程分为很多小段 这样每一小段可以看成直线 先求力在每一小段上的功 再求和即可 4 等效替换法 若某一变力的功和某一恒力的功相等 则可以用求得的恒力的功来作为变力的功 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 磨杆长为l 在杆端施以与杆垂直且大小不变的力f 如图4 1 4所示 则杆转动一周过程中力f做的功是多少 图4 1 4解析 作用力f的大小不变 方向始终沿圆周运动的切线方向 与速度的方向一致 可以将其转化为恒力做功 位移等于圆周的长度 答案 2 fl 四 关于摩擦力的功和相互作用力的功1 摩擦力做功的特点 1 滑动摩擦力和静摩擦力都可以对物体不做功 图4 1 5 如图4 1 5所示 物块a从斜槽上滑下 最后停在固定的平板车b上 在物块a与平板车b相对滑动的过程中 平板车b所受的滑动摩擦力不做功 手握瓶子使其水平运动 此时瓶所受静摩擦力与移动位移垂直 故静摩擦力对瓶子不做功 2 滑动摩擦力和静摩擦力都可以对物体做负功 如图4 1 5所示 在物块a与平板车b相对滑动的过程中 物块a所受的滑动摩擦力对物块a做负功 图4 1 6 如图4 1 6所示 在一与水平方向夹角为 的传送带上 有一物体a随传送带一起匀速向下运动 在这里静摩擦力对物体a做负功 3 滑动摩擦力和静摩擦力都可以对物体做正功 如图4 1 5所示 如果平板车不固定 且地面光滑 在物块a滑上平板车b的过程中 物块a对平板车b的滑动摩擦力与平板车b运动方向相同 在这里滑动摩擦力对平板车b做正功 如图4 1 6所示 如果物体a随传送带一起匀速向上运动 物体a所受静摩擦力与物体位移方向一致 静摩擦力对物体a做正功 2 作用力 反作用力做功的特点 1 作用力与反作用力的特点 大小相等 方向相反 但作用在不同物体上 2 作用力 反作用力作用下的物体运动特点 可能向相反方向运动 也可能向同一方向运动 也可能一个运动 而另一个静止 还可能两物体都静止 3 由w fxcos 不难判断 作用力的功与反作用力的功的特点 没有必然的关系 即不一定一正一负 也不一定绝对值相等 特别提醒 1 一对静摩擦力的功一定是相等的 且一正一负 2 一对滑动摩擦力的功不相等 且负功大于正功 即时应用 即时突破 小试牛刀 图4 1 74 如图4 1 7所示 一子弹以水平速度射入放置在光滑水平面上原来静止的木块 并留在木块中 在此过程中子弹钻入木块的深度为d 木块的位移为x 木块对子弹的摩擦力大小为f 则木块对子弹的摩擦力做的功为 子弹对木块的摩擦力做的功为 解析 对子弹受力分析可知 子弹受到木块对它的作用力f是阻力 与子弹发生的位移方向相反 子弹发生的位移大小是x d 方向与木块 子弹 运动方向相同 对子弹而言 力与位移夹角 180 所以木块对子弹的摩擦力做的功是 w f x d cos180 f x d 由牛顿第三定律知 子弹对木块的反作用力大小也是f 其方向与木块发生的位移x方向相同 故子弹对木块的摩擦力做的功是 w fxcos0 fx 答案 f x d fx 课堂互动讲练 如图4 1 8所示 质量为m的滑块放在光滑斜面上 斜面与平面间的摩擦力不计 当滑块从斜面顶端滑到斜面底端的过程中 图4 1 8 a 重力对滑块做正功b 滑块受到斜面的支持力与斜面垂直 所以支持力对滑块不做功c 斜面对滑块的支持力对滑块做负功d 滑块对斜面做正功图4 1 9 答案 acd 方法总结 1 只有在力与位移方向垂直时 力才不做功 2 功的定义式w fxcos 中x是f的作用点相对于地面的位移 图4 1 10 变式训练1有一根轻绳拴了一个物体 如图4 1 10所示 在悬点o以加速度a向下做减速运动时 作用在物体上的各力的做功情况 a 重力做正功 拉力做负功 合外力做负功b 重力做正功 拉力做负功 合外力做正功c 重力做正功 拉力做正功 合外力做正功d 重力做负功 拉力做负功 合外力做正功解析 选a 重力与位移同向 做正功 拉力与位移反向 做负功 由于是减速运动 所以物体所受合力向上 与位移相反 做负功 故选项a正确 如图4 1 11所示 质量为60kg的滑雪运动员 沿倾角为30 的斜坡下滑100m 若运动员运动过程中受到的阻力为80n 求这一过程中运动员所受各力做的功和总功 图4 1 11 思路点拨 运动员在下滑过程中受到重力 支持力及摩擦力的作用 由功的公式可计算出每个力做的功 然后再求出总功 自主解答 运动员受力如图4 1 12所示法一 支持力n与运动方向垂直 对运动员不做功 即wn 0重力对运动员做的功为wg mgxsin30 3 104j阻力对运动员做负功为wf fx 8 103j合力对运动员做的总功为w wg wf 2 2 104j 图4 1 12 法二 运动员受的合力为f合 gsin30 f 600 0 5n 80n 220n所以合外力做的功为w f合x 220 100j 2 2 104j 答案 支持力做功为零 重力做功为3 104j 阻力做功为 8 103j 总功为2 2 104j 方法总结 抓住功的计算公式并能正确分析物体的受力是求解做功问题的关键 变式训练2一质量为1kg的物体被人用手匀速向上托高1m 下列说法正确的是 g取10m s2 a 手对物体做功10jb 合外力对物体做功为0c 物体克服重力做功10jd 手对物体做正功 且大于10j解析 选abc 手对物体的作用力f mg 10n 故手对物体做的功w1 10 1j 10j a对 d错 重力做功w2 10 1j 10j c对 物体匀速上升 合力为零 故w合 0 b对 某人利用如图4 1 13所示的装置 用100n的恒力f作用于不计质量的细绳的一端 将物体从水平面上的a点移到b点 已知 1 30 2 37 h 1 5m 不计滑轮质量及绳与滑轮间的摩擦 求绳的拉力对物体所做的功 图4 1 13 精讲精析 绳对物体的拉力虽然大小不变 但方向不断变化 所以不能直接根据w fxcos 求绳的拉力对物体做的功 由于不计绳与滑轮的质量及摩擦 所以恒力f做的功和绳对物体的拉力做的功相等 本题可以通过求恒力f所做的功求出绳对物体的拉力所做的功 由于恒力f作用在绳的