2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理必修2 第8章机械能守恒定律第1节功与功率(1)课件

1、 1.伽利略斜面实验探究 一个事实：让静止的小球沿一个斜面滚下,小球将滚上另一个对接斜面,没有摩擦时,Ha hB,如图711所示.图711 2能量概念的建立 始、末位置高度相同,小球运动中 的量叫能量或能. 3深层次分析 (1)势能： 的物体凭借其 而具有的能量. (2)动能：物体由于 而具有的能量. (3)在伽利略的理想斜面实验中,小球的 和 可以相互转化.守恒相互作用位置运动动能势能1关于伽利略的斜面实验,以下说法中正确的是 ()A无论斜面是否光滑,小球滚上的高度一定与释放的高度相同B实际上,小球滚上的高度会比释放的高度要小一些C只有在斜面绝对光滑的理想条件下,小球滚上的高度才与释放的高度

2、相同D伽利略的理想斜面实验反映了在小球的运动过程中存在某个守恒量解析：斜面粗糙时,有机械能转化为内能,此时小球不能上升到原来的高度,故A错误,B、C正确.伽利略的理想斜面实验正是反映了小球的运动过程中存在某个守恒量,故D正确.答案：BCD 1功的概念和公式 (1)功的概念：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)力做功的两个因素： 力； 物体在 上发生的位移.能量力的方向(3)功的公式：力F与位移l同向时：W .力F与位移l有夹角时：W .各物理量的单位：F的单位是 ,l的单位是 ,W的单位是牛米,即 ,简称焦,符号J.FlFlcos 牛顿米焦耳2正功和负功根据力和位

3、移方向间的夹角判定：正不做负 1功的定义及其决定因素 (1)功的概念：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对公式WFlcos 的理解 (1)F表示力的大小,l表示力的作用点相对于地面的位移的大小,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. (

4、2)公式可以表达为WFlcos ,表达的意义是功等于沿力F方向的分位移与力的乘积；公式也可以表达为WFcos l,表达的物理意义是功等于位移与沿位移方向的分力的乘积.2一个力对物体做了负功,则说明 ()A这个力一定阻碍物体的运动B这个力不一定阻碍物体的运动C这个力与物体运动方向的夹角90解析：由功的表达式WFlcos 知,只有当90时,cos 0,力对物体做负功,此力阻碍物体的运动,故A、D正确.答案：AD 1总功的计算 物体受到多个外力作用时,计算合外力的功,要考虑各个外力共同做功产生的效果,一般有如下两种方法： (1)先由力的合成与分解法或根据牛顿第二定律求出合力F合,然后由WF合lcos

5、 计算. (2)由WFlcos 计算各个力对物体做的功W1、W2、Wn,然后将各个外力所做的功求代数和,即W合W1W2Wn. 2变力做功的计算 恒力做功可直接用功的公式WFlcos 求出,变力做功一般不能直接套用该公式,求变力做功的方法如下： (1)将变力做功转化为恒力做功. 分段法：力在全程是变力,但在每一个阶段是恒力,这样就可以先计算每个阶段的功,再利用求和的方法计算整个过程中变力做的功. 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,滑动摩擦力、空气阻力总与物体相对运动的方向相

6、反,可把运动过程细分,其中每一小段都是恒力做功,整个运动过程中所做的总功是各个阶段所做功的和,即力与路程的乘积. 转换研究对象法：如图712所示,人站在地上以恒力拉绳,使小车向左运动,求拉力对小车所做的功.拉力对小车来说是个变力(大小不变,方向改变),但仔细研究,发现人拉绳的力却是恒力,于是转换研究对象,用人对绳子所做的功来求绳子对小车做的功.图712 (2)利用图象法求变力做功. 如图713所示,在Fl图象中,若能求出图线与l轴所围的面积,则这个“面积”即为F在这段位移l上所做的功.类似在vt图象中,图线与t轴所围的“面积”表示位移. (3)利用动能定理或能量的转化与守恒求变力做功(在后面将

7、要学到).图713 特别提醒 (1)先求各个力做的功,再求总功时,应用的是算术运算法则,而不是矢量运算法则. (2)求某一个力做的功时,不受其他力存在的影响. (3)求各个力做的总功时, 每个力对应的位移必须是相对于同一惯性参考系的位移(一般选地面).3如图714所示,两个互相垂直的力F1和F2作用在同一物体上,使物体运动,物体通过一段位移时,力F1对物体做功4 J,力F2对物体做功3 J,则力F1和F2的合力对物体做功为()A7 JB1 JC5 J D3.5 J解析：合力的功等于各个力做功的代数和,即4 J3 J7 J.答案：A图714 例1如图715所示,质量为m2 kg的物体静止在水平地

8、面上,受到与水平面成37,大小F10 N的拉力作用,物体移动了l2 m,物体与地面间的动摩擦因数0.3,g取10 m/s2.求： (1)拉力F所做的功W1； (2)摩擦力Ff所做的功W2； (3)重力G所做的功W3.图715思路点拨计算某个力的功应注意以下几点：(1)确定该力；(2)确定物体的位移；(3)确定位移与力的夹角余弦.解析(1)对物体进行受力分析,如图所示.W1Flcos 1020.8 J16 J(2)FNGFsin 20 N100.6 N14 NFfFN0.314 N4.2 NW2Fflcos 1804.22 J8.4 J(3)W3Glcos 900答案(1)16 J(2)8.4

9、J(3)0 借题发挥 求某个力做的功,必须判断是恒力还是变力.若是恒力,则只需找出位移,直接代入公式WFlcos 计算；若是变力,则要求分段考虑.在上例题干条件下,计算地对物体的弹力FN所做的功W4,计算物体所受合外力F合所做的功W.解析：FN为恒力可直接应用公式计算：W4FNlcos FNlcos 900物体所受合外力的功等于所受各力做功的代数和,即：WW1W2W3W47.6 J或由合力求总功：F合Fcos Ff100.8 N4.2 N3.8 NF合与l方向相同,则WF合l3.82 J7.6 J.答案：07.6 J 例2如图716所示,质量为M的长木板B被固定在水平面上,一个质量为m的滑块A

10、以某一速度(速度未知)沿木板表面由C点滑至D点,在木板上前进了L.若滑块与木板间动摩擦因数为,摩擦力对滑块、对木板做功各为多少. 思路点拨我们应先确定木板和滑块的位移后,再根据功的定义式求摩擦力做的功.图716解析由于木板被固定,所以木板的位移为0,所以摩擦力对木板做功WB0.滑块A受到的摩擦力Ff水平向左,与运动方向相反,Ff做负功即WFfFfL又FfFNmg故WFfmgL.答案见解析 借题发挥 (1)摩擦力可以做正功,也可以做负功,或者不做功.不要错误的认为摩擦力一定做负功. (2)求摩擦力做的功时,对于静摩擦力,由于物体之间相对静止,因此两物体位移相同.对于滑动摩擦力,由于物体之间有相对

11、滑动,故两个物体的对地位移并不相同,因此两个相互作用的滑动摩擦力做功的总和不为零.1如图717所示,水平传送带以2 m/s的速度匀速运行,将一质量为2 kg的工件轻轻放在传送带上(设传送带速度不变).工件与传送带之间的动摩擦因数为0.2,放手后工件在3 s内位移是多少？摩擦力对工件做多少功？(g10 m/s2)图717解析：物体先做匀加速运动,a2 m/s2,1 s后速度达2 m/s,x11 m,再匀速运动2 s,x24 m,3 s内位移x5 m.物体做匀加速运动时摩擦力为4 N,匀速运动时摩擦力为零,摩擦力做功W4 J.答案：5 m4 J 例3质量为m的物体放在粗糙的水平面上,现有一大小不变

12、、方向时刻垂直于半径的拉力使物体沿半径为R的圆周从A点缓慢地运动一周,如图718所示,物体与水平面间的动摩擦因数为,则拉力做功为多少？图718 思路点拨公式WFlcos 的适用条件是F必须是恒力,但在此题中F大小虽然不变,但方向时刻在变,即F是变力,上述公式不再适用.可采用无限分割法,使每小段中满足恒力做功,所以转动一周过程中,做功等于力与路程的乘积. 解析因为物体沿圆周缓慢运动时的拉力等于摩擦力,摩擦力的方向又在不断改变,所以不能直接套用公式,而是将圆周分成N个小段,求出每一小段中拉力做的功即可得出总功. 由平衡状态可得拉力Fmg. W1mgl1,W2mgl2,WNmglN. WW1W2WNmg(l1l2lN) mg2R2mgR 答案2mgR 借题