4-1功(教科版).ppt

4-1功,教科版必修二第四章功,木头在起重机的拉力作用下?能增加,列车在机车牵引力的作用下?能增加,握力器在手的压力作用下？能增加,知识回顾,看图自主思考,动,重力势,弹性势,问题：动车出站的时候为什么能越开越快？,问题探究,1.从力的时间效应说：机车牵引力产生加速度，vt=at。,2.从力的空间效应说：机车的牵引力做了功，动能增加。,分析：,自主探索,问题：木头在起重机的拉力作用下升高,问题探究,1：起重机对木头的拉力做功，重力势能增大。,自主探索,分析：,2：同时，木头还要克服重力做功。,问题探究,自主探索,问题：握力器形状变化的原因？,分析：,1：从力的作用效果来看：力使物体发生形变。,2：从功能关系来看：手的力对握力器做功，弹性势能增大。,新课导入,以上物理过程，在能量变化的同时都有力在对物体做功。,其实，功和能是两个紧密联系的物理量。功的计算能够为能量的定量表达及能量的转化提供分析的基础。,为了深入学习与掌握“能量”的知识与规律，我们今天将来学习第一节“功”。,功是能量转化的量度。,力与位移方向相同，力做功,只有力没有位移，力不做功,力与位移方向垂直，力不做功,思考:在什么条件下说力对物体做功了？,有力有位移,拉力做功,探究1力做功的要素,合作探究,概括归纳,2.做功的因素,一是作用在物体上的力；二是物体在力的方向上发生位移.,一、功的概念,1.功的概念,一个物体受到力的作用，并且在力的方向上发生了一段位移，则这个力对物体做了功。,做功为零（即不做功）的几种情况:,物体不受外力的作用。（F=0）,物体受力的作用，但保持静止。（x=0）,力与物体运动方向垂直。（Fx）,练习1.判断下列情况中，人对物体做功的是（）,A、人用力提放在地上的皮箱，但没有提起B、人用力将地面上的砖块堆积起来C、举重运动员举着杠铃静止不动D、手握哑铃在水平路面上走了一段距离E、用拖把拖地,BE,x,F,A,A,F,如何计算功？,讨论与交流：如果在力的作用下且在力的方向上发生了一段位移，如何计算力所做的功？（即力和位移的方向相同时）,1.功的公式,（注意x指F的方向上移动的距离）,功力位移WFx,初中已学,如何计算功？,讨论与交流如果力和位移成一定的夹角（即不在同一方向）时力的作用下发生了一段位移，如何计算力所做的功？,x,关键点：如何理解力方向的位移,F,x2,a,x1,x,公式可以表达为WFxcos，表达的意义是功等于沿力F与F方向的位移的乘积。,F,a,F1,F2,x,公式可以表达为WFcosx，表达的物理意义是功等于沿位移方向的力与位移的乘积。,概括归纳,3.功的定义,力对物体做的功等于力的大小、位移的大小、力和位移夹角的余弦这三者的乘积。,4.功的公式,W=Fxcos,定义式,5.功的单位,焦耳，符号“J”表示。,m=1Nm,适用于恒力做功,一、功的概念,合作探究,二、对公式的理解：,3、对公式的理解：（1）是F与x方向的夹角（2）功的公式中F和x必须具备同时性。（3）某个力做功取决于这个力和这个力方向的位移，与其他力无关，与物体运动状态无关。,2、对单位的理解：焦耳的意义：1牛的力使物体在力的方向上通过1米的距离时所做的功为1焦。,1、对定义的理解：功没有方向，是标量，功的运算法则是代数运算法则,F,F,l,1.力与位移方向相同时,W=Fx,合作探究,二、对公式的理解：,2.力与位移方向相反时,w=Fx,3.力与位移方向垂直时,W=0,合作探究,m,F,L,a,4.力与位移方向不一致时,合作探究,W=Fxcos,例1分别计算这三种情形下力对物体做的功。设这三种情形下力和位移的大小都相同F10N，x2m。角的大小如图所示。,=150,应用练习,=900,900,9001800,COS=0,COS0,COS0,W=0,W0,W0,表示力F对物体不做功,表示力F对物体做正功,表示力F对物体做负功,思考：功是标量，它的正、负表示什么意思呢？,合作探究,三、功的正负,观察分析,功的意义,正功意义：表示该力的作用效果为动力，它将促进物体的运动，受力物有能量增加了。,观察分析,功的意义,负功的意义：表明该力的作用效果是阻力，它将阻碍物体运动，受力物有能量减小了。,力对物体做负功也可以说成物体克服这个力做功。,练习：所有表面都光滑的斜面固定在水平面上，一滑块从斜面上滑下，关于斜面对滑块的作用力说法正确的是（）A、方向垂直斜面，做功为零B、方向垂直斜面，做功不为零C、方向不垂直于斜面，做功为零D、方向不垂直于斜面，做功不为零,若斜面不固定选什么？（）,B,A,A,C,静止,向右运动,练习：运动员用500N的力将0.5kg的足球踢出去，使其在动摩擦因数为0.6的草地上滚动了100m而停下来，则运动员对足球做功约为（）A、5000JB、300JC、500JD、无法确定,B,练习：运动员用500N的力将0.5kg的足球踢出去，使其在草地上滚动了100m而停下来，则运动员对足球做功为（）A、5000JB、300JC、500JD、无法确定,D,四、功的计算,1、重力做功,四、功的计算,1、如果物体在水平面上运动，重力肯定不做功。2、如果物体在竖直方向上运动，重力要做功。1）下落：W=mgh2）上升：W=-mgh3、如果物体在斜面上运动，可将重力向位移方向上分解，也可以将位移向竖直方向分解。更多采用后一种方法，因为它适用于曲线运动。,典题1：以一定初速度竖直向上扔出一个小球，小球上升最大高度为h，空气阻力大小恒为f，则从抛出点又回到抛出点的过程中，重力对小球做功和小球克服阻力做功分别为（）和（）A、0B、-fhC、-2fhD、2fh,A,D,2、先利用受力分析求出合力，再求合力做功。,W合=F合xcos,1、先求每个力做功，再求合力做功。,W合=W1+W2+.+Wn,2、合力做功,四、功的计算,典例2：一质量为2kg的物体从倾角为370的斜面顶端静止下滑，斜面与物体间动摩擦因数为0.5，斜面长度为5m，重力加速度g=10m/s2,求物体下滑过程中合力对物体做功。,解：方法一、先求每个力做功再求合力做功,重力做功：,支持力做功：,摩擦力做功：,所以，合力做功：,方法二、先求合力再求合力做功,若滑块是匀速下滑的，则合力做功为多少？,零,解：（1）拉力做功为WF=Flcos600=160J（2）摩擦力f=Fcos600=20N摩擦力做功为Wf=-fl=-160J（3）外力做的总功为W合=WF+Wf=0,C,解：（1）甲对车做功：W甲=F甲xcos370=480J乙对车做功：W乙=F乙cos(900-370)=270J（2）甲、乙二人的合力做功：W=W甲+W乙=750J,问：小车所受合力做功为？,零,3、变力做功,四、功的计算,（1）微元法,分析：该摩擦力是一个大小恒为mg，方向总沿切线与速度方向相反的变力。,W1=-mgS1,W2=-mgS2,W3=-mgS3,Wn=-mgSn,.,所以摩擦力做的功为W=W1+W2+W3+.+Wn=-mg（S1+S2+S3+.+Sn）=-mg2R=-2mgR,总结：W=FS路程,解：重力做功WG=mgl绳子拉力做功WT=0空气阻力做功Wf=-f2l/4=-fl/2,自我检查4题,3、变力做功,四、功的计算,（2）等效法,人在A点拉着绳通过一离地面高为2m的定滑轮吊起质量m=50Kg的物体，如图所示，开始绳与水平方向夹角为600，当人匀速提起重物由A点沿水平方向运动而到达B点，此时绳与水平方向成300角，求人对绳的拉力做了多少功？,分析：人的拉力是一个大小不变、方向变化的力，故不能直接用W=Fx来计算。但是人对绳做的功等于绳对物体做的功，而因为物体匀速上升，所以绳对物体拉力是一个恒力，所以我们可以间接求绳对物体做功。,解：绳对物体拉力F=mg人在A点右端绳长L1=h/sin600人在B点右端绳长L2=h/sin300物体上升高度h=L2-L1所以拉力做功W=Fh=mgh(1/sin300-1/sin600)840J,3、变力做功,四、功的计算,（3）平均值法,分析：“缓慢”二字说明拉力F总等于弹力T，若将物体向右拉了x的距离，则拉力F=Kx，F是一个方向不变，大小与x成线性变化规律的变力。可用初、末的力的算术平均值将该变力当作恒力来处理。,解：在该过程中拉力的平均值为F=（0+kl）/2所以拉力做功为W=Fl=kl2/2,应用：用铁锤将一铁钉击入木块，设阻力与钉子进入木板的深度成正比，每次击钉时锤子对钉子做的功相同，已知第一次击后钉子进入木板1cm，则第二次击钉子进入木板的深度为多少？,3、变力做功,四、功的计算,（4）图像法,用质量为5kg的均匀铁索从10m深的井中吊起一质量为20kg的物体，在这个过程中至少要做多少功？（g取10m/s2）,3、变力做功,四、功的计算,（5）其他方法,若功率恒定：,W=Pt第二节学习,动能定理：第四节学习,4、摩擦力做功,四、功的计算,1、摩擦力的方向：,静摩擦力的方向与相对运动趋势的方向相反,滑动摩擦力的方向与相对运动的方向相反,2、摩擦力的方向一定与运动方向相反吗？,不一定，可以相反，可以相同，也可以不再一条直线上,3、摩擦力一定做负功吗？,总结：滑动摩擦力可以做正功，可以做负功，也可以不做功。,系统因为摩擦而发生的热量Q=-W=mgl,典例、在以下三种情景中，关于摩擦力做功的说法正确的是（）,物体随皮带向上运动,物体随皮带向下运动,物体随转盘匀速转动,A、三种情况的摩擦力均做负功B、甲中摩擦力做正功C、乙中摩擦力做正功D、丙中摩擦力不做功,总结：静摩擦力可以做正功，可以做负功，也可以不做功。,BD,D,自我检测,8如图所示，同一物体分别沿斜面