202X学年高考物理主题二机械能及其守恒定律第四章机械能及其守恒定律2.4.1功课件教科版

1、第四章机械能及其守恒定律第四章机械能及其守恒定律2.4.1功功学习目标学习目标核心凝炼核心凝炼1.理解做功与能量变化的关系。理解做功与能量变化的关系。2个要素个要素做功的两个要素：做功的两个要素：力和在力的方向上发生的位移力和在力的方向上发生的位移1个表达式个表达式WFxcos 2.理解功的概念和做功的两个要素。理解功的概念和做功的两个要素。3.会利用公式会利用公式WFxcos 进行有关运算。进行有关运算。4.理解正功、负功的含义，能根据公式计算多个力理解正功、负功的含义，能根据公式计算多个力所做的总功。所做的总功。一、做功与能量的变化一、做功与能量的变化观图助学观图助学甲甲 乙乙(1)如图甲

2、所示，射箭运发动正在参加射箭比赛。箭射出过程中什么力对箭做功？能如图甲所示，射箭运发动正在参加射箭比赛。箭射出过程中什么力对箭做功？能量是怎样转化的？量是怎样转化的？(2)如图乙所示，举重运发动把杠铃举高的过程中，运发动对杠铃做功吗？重力对如图乙所示，举重运发动把杠铃举高的过程中，运发动对杠铃做功吗？重力对杠铃做功吗？做什么功？杠铃做功吗？做什么功？举重运发动举着杠铃不动举重运发动举着杠铃不动(保持保持3秒即成功秒即成功)的过程中，运发动对杠铃做功吗？重力的过程中，运发动对杠铃做功吗？重力对杠铃做功吗？做什么功？对杠铃做功吗？做什么功？1.概念概念：如果物体受到力的作用，并在力的：如果物体受到

3、力的作用，并在力的_发生了一段位移，这个力就对发生了一段位移，这个力就对物体做了功。物体做了功。2.做功的两个因素做功的两个因素方向上方向上力力位移位移理解概念理解概念判断以下说法是否正确。判断以下说法是否正确。(1)力越大，位移越大，做功就越多。力越大，位移越大，做功就越多。( )(2)力很大，位移也很大，这个力做的功可能为零。力很大，位移也很大，这个力做的功可能为零。( )(3)有力作用在物体上，并且物体也发生了位移时，力对物体一定做了功。有力作用在物体上，并且物体也发生了位移时，力对物体一定做了功。( )(4)力对物体不做功，说明物体的位移一定为零。力对物体不做功，说明物体的位移一定为零

4、。( )二、功的计算公式二、功的计算公式观图助学观图助学小华沿水平方向推木箱，推力小华沿水平方向推木箱，推力F10 N，木箱沿水平方向前进了，木箱沿水平方向前进了2 m，此过程中小华，此过程中小华对木箱做了多少功？对木箱做了多少功？1.功的公式功的公式(1)力力F与位移与位移x同向时，同向时，W_。(2)力力F与位移与位移x夹角为夹角为时，时，W_。其中。其中F、x、分别为分别为_、_和和_方向的夹角。方向的夹角。2.功的单位：功的单位：国际单位制中，功的单位是国际单位制中，功的单位是_，符号是，符号是_。FxFxcos 力的大小力的大小位移的大小位移的大小力与位移力与位移焦耳焦耳J三、功的正

5、负合力的功三、功的正负合力的功观图助学观图助学如下图，一阵风水平吹过，将熟透的苹果从如下图，一阵风水平吹过，将熟透的苹果从2 m高的高的枝头吹落。假设苹果重枝头吹落。假设苹果重2 N，风力恒为，风力恒为1 N，下落的水，下落的水平位移为平位移为1 m。苹果下落过程中：。苹果下落过程中：(1)重力和风力各做多少功？重力和风力各做多少功？(2)重力和风力对苹果做的总功能不能用平行四边形定那么来求？假设不能应重力和风力对苹果做的总功能不能用平行四边形定那么来求？假设不能应该怎么求？该怎么求？1.力对物体做正功和负功的条件力对物体做正功和负功的条件不做功不做功正功正功负功负功2.总功的计算总功的计算(

6、1)各个分力分别对物体所做功的各个分力分别对物体所做功的_。(2)几个力的几个力的_对物体所做的功。对物体所做的功。理解概念理解概念判断以下说法是否正确。判断以下说法是否正确。(1)用力推汽车，虽然汽车没动，但推车者累得满头大汗，所以说推车者对汽车做了用力推汽车，虽然汽车没动，但推车者累得满头大汗，所以说推车者对汽车做了功。功。( )(2)力力F1做功做功10 J，F2做功做功15 J，力，力F1比比F2做功少。做功少。( )(3)功有正负之分，所以功是矢量。功有正负之分，所以功是矢量。( )(4)一个力对物体做了负功，那么说明这个力一定阻碍物体的运动。一个力对物体做了负功，那么说明这个力一定

7、阻碍物体的运动。( )代数和代数和合力合力对功的理解对功的理解观察探究观察探究如图如图1所示，马拉着小车所示，马拉着小车(包括人包括人)沿水平面匀速前进了一段距离。沿水平面匀速前进了一段距离。图图1(1)小车小车(包括人包括人)受到几个力作用？每个力对小车做功吗？是正功还是负功？受到几个力作用？每个力对小车做功吗？是正功还是负功？(2)马对小车做的功是否等于马的拉力马对小车做的功是否等于马的拉力F(设设F与水平方向的夹角为与水平方向的夹角为)和小车的位移和小车的位移x的乘的乘积？积？(3)拉力拉力F一般分解为哪两个分力？一般分解为哪两个分力？F做的功与哪个分力做的功一样？做的功与哪个分力做的功

8、一样？答案答案(1)小车小车(包括人包括人)受受4个力作用：重力、支持力、拉力、摩擦力，其中拉力做正个力作用：重力、支持力、拉力、摩擦力，其中拉力做正功，摩擦力做负功，重力和支持力不做功。功，摩擦力做负功，重力和支持力不做功。(2)不等于。因为不等于。因为WFxcos 。(3)拉力可以分解为沿水平方向和竖直方向的两个分力。拉力可以分解为沿水平方向和竖直方向的两个分力。F做的功与水平方向分力做的做的功与水平方向分力做的功一样。功一样。探究归纳探究归纳1.对功的理解对功的理解(1)两个决定因素两个决定因素作用在物体上的外力；作用在物体上的外力；物体在力的方向上的位移。物体在力的方向上的位移。(2)

9、功是力在空间上的积累效应，它总是与一个过程相联系。因此，功是一个过程功是力在空间上的积累效应，它总是与一个过程相联系。因此，功是一个过程量。计算功时，一定要明确是哪个力在哪一过程中对物体做的功。量。计算功时，一定要明确是哪个力在哪一过程中对物体做的功。2.对公式对公式WFxcos 的理解的理解(1)WFxcos 可理解为功等于力可理解为功等于力F与沿力与沿力F方向的位移方向的位移xcos 的乘积。的乘积。(2)WFcos x，也可理解为功等于沿位移方向的分力，也可理解为功等于沿位移方向的分力Fcos 与位移与位移x的乘积。的乘积。(3)适用条件：公式适用条件：公式WFxcos 只适用于计算恒力

10、做功，假设是变力做功，此公式只适用于计算恒力做功，假设是变力做功，此公式不再适用。不再适用。3.正功和负功的物理意义正功和负功的物理意义功是标量，只有大小没有方向，功的正、负既不表示功有方向，也不表示功的数值功是标量，只有大小没有方向，功的正、负既不表示功有方向，也不表示功的数值大小。正功和负功只表示两种相反的做成效果，功的正、负有如下含义：大小。正功和负功只表示两种相反的做成效果，功的正、负有如下含义： 意义意义动力学角度动力学角度能量角度能量角度正功正功力对物体做正功，这个力对物体来说是动力对物体做正功，这个力对物体来说是动力力力是对物体做正功，向物体提供能量，即力是对物体做正功，向物体提

11、供能量，即受力物体获得了能量受力物体获得了能量负功负功力对物体做负功，这个力对物体来说是阻力对物体做负功，这个力对物体来说是阻力，对物体的运动起阻碍作用力，对物体的运动起阻碍作用物体克服外力做功，向外输出能量物体克服外力做功，向外输出能量(以消以消耗自身能量为代价耗自身能量为代价)，即负功表示物体失，即负功表示物体失去了能量去了能量说明说明不能把负功的负号理解为力与位移方向相反，更不能错误地认为功是矢量，一个不能把负功的负号理解为力与位移方向相反，更不能错误地认为功是矢量，一个力对物体做了负功，常常说成物体克服这个力做了正功，即力力对物体做了负功，常常说成物体克服这个力做了正功，即力F做负功等

12、效于物体克做负功等效于物体克服力服力F做了正功。做功的过程就是能量转化的过程做了正功。做功的过程就是能量转化的过程比较做功多少时，只比较功的绝对值，不看功的正、负，例如比较做功多少时，只比较功的绝对值，不看功的正、负，例如8 J的功要比的功要比5 J的的功多功多试题案例试题案例例例1 如图如图2所示，物体在力的作用下在水平面上发生一段位移所示，物体在力的作用下在水平面上发生一段位移x，试分别计算这四种情，试分别计算这四种情况下力况下力F对物体所做的功。设在这四种情况下力对物体所做的功。设在这四种情况下力F和位移和位移x的大小都一样：的大小都一样：F10 N，x1 m，角，角的大小如下图，分别说

13、明每种情况下力的大小如下图，分别说明每种情况下力F做功的正负，并求出功。做功的正负，并求出功。图图2答案答案见解析见解析针对训练针对训练1 (2021烟台高一检测烟台高一检测)如图如图3所示，在向右做匀减所示，在向右做匀减速运动的车厢内，一人用力向前推车厢，该人与车厢始终速运动的车厢内，一人用力向前推车厢，该人与车厢始终保持相对静止。那么以下说法中正确的选项是保持相对静止。那么以下说法中正确的选项是()A.人对车厢的推力不做功人对车厢的推力不做功B.人对车厢的推力做负功人对车厢的推力做负功C.车厢对人的作用力做正功车厢对人的作用力做正功D.车厢对人的作用力做负功车厢对人的作用力做负功图图3解析

14、人对车厢的推力方向向右，与车厢的位移方向一样，人对车厢的推力做正功，解析人对车厢的推力方向向右，与车厢的位移方向一样，人对车厢的推力做正功，选项选项A、B错误；人随车厢一起向右减速，人运动的加速度方向向左，根据牛顿第二错误；人随车厢一起向右减速，人运动的加速度方向向左，根据牛顿第二定律知车厢对人的水平作用力的方向向左，与车的位移方向相反，车厢对人的作用力定律知车厢对人的水平作用力的方向向左，与车的位移方向相反，车厢对人的作用力做负功，选项做负功，选项D正确，正确，C错误。错误。答案答案D观察探究观察探究如图如图4所示，坐在雪橇上的人与雪橇的总质量为所示，坐在雪橇上的人与雪橇的总质量为m，在与水

15、平面，在与水平面成成角的恒定拉力角的恒定拉力F作用下，沿水平地面向右移动了一段距离作用下，沿水平地面向右移动了一段距离x。雪橇做匀加速运动，合力做什么功？雪橇做匀减速运动，合力雪橇做匀加速运动，合力做什么功？雪橇做匀减速运动，合力做什么功？怎样求合力的功？做什么功？怎样求合力的功？总功的求解思路总功的求解思路图图4答案答案雪橇做匀加速运动，合力做正功。雪橇做匀减速运动，合力做负功。合雪橇做匀加速运动，合力做正功。雪橇做匀减速运动，合力做负功。合力的功等于拉力力的功等于拉力F做的功与摩擦力做的功的代数和，或者等于拉力和摩擦力的合做的功与摩擦力做的功的代数和，或者等于拉力和摩擦力的合力做的功。力做

16、的功。探究归纳探究归纳求合力做功的两种方法求合力做功的两种方法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，因此计算合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，因此计算合力的功有两种方法：力的功有两种方法：(1)先求物体所受的合力，再根据公式先求物体所受的合力，再根据公式W合合F合合xcos 求合力的功。求合力的功。(此法适用于合力恒此法适用于合力恒定的情况。定的情况。)(2)先根据先根据WFxcos ，求每个分力做的功，求每个分力做的功W1、W2Wn，再根据，再根据W合合W1W2Wn，求合力的功，即合力做的功等于各个力做功的代数和。，求合力的功，即合力

17、做的功等于各个力做功的代数和。(此法适用于任何情况。此法适用于任何情况。)试题案例试题案例例例2 (2021洛阳高一检测洛阳高一检测)一个质量一个质量m2 kg的物体，受到与水平方向成的物体，受到与水平方向成37角斜向上角斜向上方的力方的力F10 N作用，在水平地面上移动的距离作用，在水平地面上移动的距离x2 m，物体与地面间的动摩擦因数，物体与地面间的动摩擦因数为为0.3，g取取10 m/s2，求外力对物体所做的总功。，求外力对物体所做的总功。(cos 370.8，sin 370.6)图图5解析解析物体受到的摩擦力为物体受到的摩擦力为fN(mgFsin 37)0.3(210100.6) N4

18、.2 N法一：法一：先求合力，再求总功先求合力，再求总功物体受到的合力为物体受到的合力为F合合Fcos 37f100.8 N4.2 N3.8 N所以所以WF合合x3.82 J7.6 J。法二：法二：先求各力做的功，再求总功先求各力做的功，再求总功拉力拉力F对物体所做的功为对物体所做的功为W1Fxcos 371020.8 J16 J摩擦力摩擦力f对物体所做的功为对物体所做的功为W2fxcos 1804.22 J8.4 J由于重力、支持力对物体不做功，故外力对物体所做的总功由于重力、支持力对物体不做功，故外力对物体所做的总功W等于等于W1和和W2的代数和的代数和所以所以WW1W27.6 J。答案答

19、案7.6 J求合力功的两种方法选择求合力功的两种方法选择(1)如果物体处于平衡状态或某一方向受力平衡如果物体处于平衡状态或某一方向受力平衡(合力等于零合力等于零)，或者物体在某一，或者物体在某一方向上做匀变速直线运动方向上做匀变速直线运动(合力等于合力等于ma)，先求合力再求功的方法更简捷。此法，先求合力再求功的方法更简捷。此法仅适用于几个力同时作用于物体上，且合力恒定的情况。仅适用于几个力同时作用于物体上，且合力恒定的情况。(2)如果物体所受的力中有的不做功，有的做功且方便求得该力的功时，选择如果物体所受的力中有的不做功，有的做功且方便求得该力的功时，选择W合合W1W2Wn简单方便。此法既适用于几个力同时作用，还适用于几个简单方便。此法既适用于几个力同时作用，还适用于几个力作用时间有先后的情况。力作用时间有先后的情况。针对训练针对训练2 如图如图6所示，质量为所示，质量为m的物体静止于倾角为的物体静止于倾角为的斜面的斜面上，当斜面体受力上，当斜面体受力F作