高中物理 7.17.2追寻守恒量 功课件 新人教版必修2.ppt

第一节追寻守恒量 能量第二节功 课标定位学习目标 1 理解能量 势能 动能 功的概念及其物理意义 理解功是能量转化的量度 知道不同形式的能量之间可以相互转化 2 知道正功 负功的概念 能利用功的一般公式进行计算 3 理解总功的概念 会计算外力对物体所做的总功 重点难点 对正 负功概念的理解及做功的计算 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第一节第二节 课前自主学案 课前自主学案 一 能量1 伽利略在斜面小球实验中 发现一个具有启发性的事实 无论斜面陡或缓 小球总会在斜面上的某点速度变为0 这点距斜面底端的竖直高度与它出发时的高度 在物理学中 我们把这一事实说成是 某个量是 的 并且把这个量叫做能量或能 相同 守恒 2 势能 相互作用的物体凭借其位置而具有的能量 3 动能 物体由于 而具有的能量 注意 在伽利略的理想斜面实验中 小球的动能和势能相互转化 但二者的总量是保持不变的 运动 二 功1 定义 如果物体在力的作用下 发生了变化 那么这个力一定对物体做了功 2 做功的因素 和物体在 上发生的位移 是做功的两个不可缺少的因素 3 功的计算 1 若力的方向与位移的方向一致 则w 2 若力的方向与位移的方向夹角为 则w 4 功的单位 国际单位制中 功的单位是 简称 符号是j 能量 力 力的方向 fl flcos 焦耳 焦 三 正功和负功1 设力f与位移l方向间的夹角为 则由功的公式w flcos 可得下表 不做功 正 克服 负 2 合力的功功是标量 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 对这个物体所做的功 代数和 合力 核心要点突破 1 功的定义及其决定因素 1 功的基本概念 物体受到力的作用 并在力的方向上发生了位移 则此力就对物体做了功 2 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 flcos 的理解 1 f表示力的大小 l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 lcos 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 l 表达的物理意义是功等于位移与沿位移方向的力的乘积 3 正功与负功及不做功的判定 1 根据力和位移方向间的夹角判定 2 根据力和速度方向间的夹角判定 当力的方向或速度方向变化时 可看力和速度的夹角大小 当f v夹角为锐角时 f为动力 做正功 f v夹角为钝角时 f为阻力 做负功 f v夹角为直角时 f既不是动力 也不是阻力 不做功 此法多用于曲线运动中 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 2011年新余高一检测 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为l 恒力做功为w1 再用该恒力作用于质量为m m m 的物体上 使之在粗糙的水平面上移动同样的距离l 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 恒力做功是指力f所做的功 根据功的定义 力f所做的功只与力f的大小及物体在力f的方向上发生的位移大小的乘积有关 不需考虑其他力的影响 因两次的恒力相同 位移也相同 所以做功相同 故本题选c 二 总功的计算计算几个力的总功 通常有以下两种不同的处理方法 1 虽然力 位移都是矢量 但功是标量 所以几个力的总功等于各个力所做功的代数和 若以w1 w2 w3 wn分别表示力f1 f2 f3 fn所做的功 含正功与负功 则这些力所做的总功为w总 w1 w2 w3 wn 2 求出物体所受的合外力 根据公式w合 f合lcos 求合外力的功 则物体所受的外力做的总功为w总 w合 f合lcos 特别提醒 方法2仅适用于几个力同时作用于物体的情况 因为只有当这几个力同时作用于物体上时 才能求出它们的合力 方法1则不管几个力同时作用 还是作用时间有先后均适用 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 如图7 1 1所示 两个互相垂直的力f1和f2作用在同一物体上 f1 4n f2 3n 物体由静止运动1m的距离 则物体所受合力及合力做的功正确的是 图7 1 1 a 7n7jb 1n1jc 5n5jd 5n7j 图7 1 2 2 图象法 变力的功w可用f l图线与l轴所包围的面积表示 l轴上方的面积表示力对物体做正功的多少 l轴下方的面积表示力对物体做负功的多少 3 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 例如 如图7 1 3所示 物体在大小不变 方向始终沿着圆周的切线方向的一个力f的作用下绕圆周运动了一圈 又回到出发点 已知圆周的半径为r 求力f做的功时 图7 1 3 力f的方向在随时变化 是一个变力 所以不能乱套用公式 而这时 我们把整个的圆周分成很短的间隔 s1 s2 s3 因为每一段很短 这样在每一段上 我们可近似认为f和位移 s在同一直线上并且同向 故w f s1 s2 s3 2 rf 因此功等于力f与物体实际路径长度的乘积 即w fs 对于滑动摩擦力 空气阻力 方向总是与v反向 故w ff s 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 在水平面上 有一弯曲的槽道ab 槽道由半径分别为r 2和r的两个半圆构成 图7 1 4 现用大小恒为f的拉力将一光滑小球从a点沿槽道拉至b点 若拉力f的方向时刻均与小球运动方向一致 则此过程中拉力所做的功为 图7 1 4 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7 1 5 如图7 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 在图7 1 5中 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 如图7 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 图7 1 6 3 滑动摩擦力和静摩擦力都可以对物体做正功 在图7 1 5中 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 在图7 1 6中 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 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 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 flcos 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 即时应用 即时突破 小试牛刀 4 2011年郑州高一检测 关于一对作用力和反作用力的功 下列说法中正确的是 a 如果其中一个力做正功 则另一个力必做负功b 一对作用力与反作用力做功可能都为零c 这两个力一定同时都做正功或同时都做负功d 一对作用力与反作用力做功的代数和必为零 解析 选b 一对作用力与反作用力虽然大小相等 方向相反 但它们的位移关系不确定 故这对力做的功的关系也不确定 b正确 a c d错误 课堂互动讲练 2011年惠安高一检测 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s 如图7 1 7所示 物体m相对斜面静止 则下列说法中不正确的是 图7 1 7 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 思路点拨 判断功的正负可以看力与位移方向的夹角情况 精讲精析 物体的受力及位移如图7 1 8所示 支持力fn与位移x的夹角 90 故摩擦力做负功 c正确 合力为零 合力不做功 b正确 故符合题意的选项为a 图7 1 8 答案 a 方法总结 力做正功还是负功的判断方法 1 看力f与位移x的夹角 90 力做负功 2 看力f与速度v的夹角 90 力做负功 3 看速率增大还是减小 若在力作用下速率增大 此力做正功 反之做负功 变式训练1如图7 1 9所示 重物p放在粗糙的水平板oa上 当水平板绕o端缓慢抬高 在重物p没有滑动之前 下列说法中正确的是 图7 1 9 a p受到的支持力不做功b p受到的支持力做正功c p受到的摩擦力不做功d p受到的摩擦力做负功解析 选bc 摩擦力始终与p的速度垂直 不做功 支持力的方向始终与p速度同向 做正功 如图7 1 10所示 水平地面上的物体质量为2kg 在方向与水平面成37 角 大小为10n的拉力f作用下移动2m 已知物体与水平地面间的动摩擦因数为0 2 在这一过程中 物体受的各力做功多少 合力做功多少 g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 图7 1 10 思路点拨 物体受到的各力均为恒力 用公式w f lcos 求功即可 自主解答 物体受重力 支持力 拉力 摩擦力四个力作用 受力分析如图7 1 11所示 其中重力和支持力与运动方向垂直 不做功 拉力做正功 摩擦力做负功 图7 1 11 法一 拉力f对物体做的功为wf f lcos37 10 2 0 8j 16j摩擦力对物体做的功为wff fflcos180 mg fsin37 l 0 2 2 10 10 0 6 2j 5 6j重力和支持力做的功为wg wfn 0合力做的功为w合 wg wfn wf wff 16j 5 6j 10 4j 法二 物体所受到的合力为f合 fcos37 ff 10 0 8 2 8 n 5 2n所以w合 f合 l 5 2 2j 10 4j 答案 见自主解答 方法总结 两种求总功的方法要依据题目特点灵活运用 可先求每个力做的功 再求其代数和 即为总功 也可先求几个力的合力 再求合力所做的功 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 2011年西安八校高三模拟考试 某人利用如图7 1 12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7 1 12 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 flcos 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作用在绳的端点 故需先求出绳的端点的位移l 再求恒力f的功 答案 50j 方法总结 解决本题有两个关键点 1 把变力做的功转化成恒力做功求解 2 力f做功的位移等于左边绳的变短的部分 而不等于物体的位移 变式训练3用铁锤把小铁钉钉入木板 设木板对钉子的阻力与钉进木板的深度成正比 已知铁锤第一次将钉子钉进的深度为d 如果铁锤第二次敲钉子时对钉子做的功与第一次相同 那么 第二次钉子进入木板的深度是 如图7 1 13所示 木块原来静止在光滑水平面上 子弹以一定的速度从左端打进木块 当子弹与木块速度恰好相等时 子弹的位移为l1 木块的位移为l2 设木块与子弹间的摩擦力为ff 则摩擦力对木块所做的功为多少 摩擦力对子弹所做的功为多少 一对摩擦力做功的代数和是多少 图7 1 13 精讲精析 子弹所受的摩擦力向左 与子弹运动的方向相反 因此 摩擦力对子弹所做的功w1 ffl1 木块所受的摩擦力向右 因此 摩擦力对木块所做的功为w2 ffl2 一对摩擦力做功的代数和为w w1 w2 ff l2 l1 答案 ffl1ffl2ff l2 l1 方法总结 由牛顿第三定律可知 子弹与木块间相互作用的滑动摩擦力大小相等 方向相反 但由于两物体的位移不同 因此两个力做功的代数和并不为零 变式训练4 2011年南海高一检测 以一定的初速度竖直向上抛出一