2019物理同步大讲堂人教必修二课件：7.1 追寻守恒量——能量&7.2 功2 .ppt

第七章机械能守恒定律1.追寻守恒量能量2.功,一、追寻守恒量能量1.伽利略的斜面实验探究:,静止,相同,能量,能,2.动能与势能:(1)动能:物体由于_而具有的能量。(2)势能:相互作用的物体凭借其_而具有的能量。(3)能量转化:小球的动能和势能_(A.可以B.不可以)相互转化。,运动,位置,A,二、功1.概念:一个物体受到力的作用,并在_发生了一段位移,这个力就对物体做了功。2.做功的两个因素:,力的方向上,受力的作用,位移,3.公式:(1)力F与位移l同向时,W=_。(2)力F与位移l夹角为时,W=_。其中F、l、分别为_、_和_方向的夹角。4.单位:国际单位制中,功的单位是_,符号是_。,Fl,Flcos,力的大小,位移的大小,力与,位移,焦耳,J,三、正功和负功1.正功和负功:,不做功,>,正功,<,负功,2.总功的计算:(1)各个分力分别对物体所做功的_。(2)几个力的_对物体所做的功。,代数和,合力,【思考辨析】(1)公式W=Fl中的l是物体运动的路程。()(2)物体只要受力且运动,该力就一定做功。()(3)力F1、F2做的功分别为10J和-15J,则力F1比F2做功多。()(4)力F1、F2做的功分别为10J和-15J,则力F1和F2做的总功为-5J。(),提示:(1)。公式W=Fl中的l是物体运动的位移,不是路程。(2)。物体运动一段时间后位移若是0,或物体的位移方向与力的方向垂直,力不做功。(3)。功的正负不表示做功的多少,只表示做功的力是阻力还是动力,10J小于-15J。(4)。物体所受各力对它做的总功,等于各力做功的代数和,即W=10J+(-15J)=-5J。,【生活链接】如图所示,小明提包的四种生活状态,你能不能判断一下,哪种情况下小明对包做功,哪种情况下不做功?如果做功的话,是做正功,还是做负功?,提示:A、C、D做正功,B不做功。,知识点一对功的理解探究导入:如图所示,人拉着小车沿水平面匀速前进了一段距离。,(1)小车受几个力作用?有力、有位移,每个力都做功吗?对小车做功的力中,做正功还是负功?(2)拉力F一般分解为哪两个分力?F做的功与哪个分力做的功相同?,提示:(1)小车受重力、支持力、拉力和摩擦力四个力作用,其中只有拉力和摩擦力做功。拉力对小车做正功,摩擦力做负功。(2)拉力F一般分解为水平向左和竖直向上两个方向上的分力,其中竖直向上的分力不做功,故F做的功与水平方向的分力做的功相同。,【归纳总结】1.功是过程量:描述了力的作用效果在空间上的累积,它总与一个具体过程相联系。2.对公式W=Flcos的理解:(1)相关性:由公式W=Flcos可以看出力对物体做功,只与F、l、有关,与物体的运动状态及物体是否还受其他作用力等因素均无关。,(2)同时性:计算时应注意F与l必须具有同时性,即l必须是力F作用过程中物体发生的位移。(3)同一性:同一个客观运动,相对于不同的参考系,位移l是不同的,在中学物理中约定,计算功都以地面为参考系,即l应理解为“受力质点的对地位移”。(4)适用性:明确公式W=Flcos适用于计算恒力做功,若是变力做功,此公式不再适用。,3.正功与负功:(1)功是标量,只有正、负,没有方向,功的正负不表示大小。(2)正功、负功的物理意义:,(3)一个力对物体做负功,往往说成物体克服这个力做功。,【典题通关】【典例】如图,小物块位于光滑的斜面上,斜面位于光滑的水平地面上,从地面上看,在小物块沿斜面下滑的过程中,斜面对小物块的作用力世纪金榜导学号35684060(),A.垂直于接触面,做功为零B.垂直于接触面,做功不为零C.不垂直于接触面,做功为零D.不垂直于接触面,做功不为零,【正确解答】选B。题目考查了力对物体是否做功的分析,从功的定义来判断,斜面光滑,斜面对小物块的作用力是弹力,因而该力始终与斜面垂直。,解法1:根据力和位移的方向夹角判断。在小物块下滑过程中,斜面同时水平向右移动,小物块的位移是从初位置到末位置的有向线段,如图甲所示,弹力对物块做负功。,解法2:根据力和速度的方向夹角判断。在小物块下滑过程中,一方面小物块相对于斜面下滑,有沿斜面向下的分速度v1,同时因为斜面后退,所以物块参与斜面向右的运动,还有水平向右的分速度v2,因此合速度v合的方向如图乙所示,很显然弹力方向与合速度方向夹角大于90,所以弹力做负功。,【规律方法】判断力做功正、负的方法(1)根据力F和物体位移l方向的夹角判断常用于恒力做功的情形。(2)根据力与物体瞬时速度方向的夹角判断常用于曲线运动的情形。如图所示:,若夹角是锐角,力做正功。若夹角是钝角,力做负功。若夹角是直角,力不做功。,【过关训练】1.(多选)下列说法中正确的是()A.功是矢量,正、负表示方向B.功是标量,正、负表示外力对物体做功还是物体克服外力做功C.力对物体做正功还是做负功,取决于力和位移的方向关系D.力做功总是在某过程中完成的,所以功是一个过程量,【解析】选B、C、D。理解功的概念,功有正、负之分,但功是标量,A错误、B正确;由W=Flcos可知力对物体做正功还是负功主要取决于力和位移的方向关系,C正确;力做功总是在某过程中完成的,所以功是一个过程量,D正确。,2.(多选)(2017福州高一检测)如图所示,光滑斜面放在水平面上,斜面上用固定的竖直挡板挡住一个光滑的重球。当整个装置沿水平面向左减速运动的过程中,关于重球所受各力做功情况的说法中正确的是()世纪金榜导学号35684061A.重力不做功B.斜面对球的弹力一定做正功C.挡板对球的弹力可能不做功D.挡板对球的弹力一定做负功,【解析】选A、B、D。对重球进行受力分析如图:重球受到竖直向下的重力mg,斜面的垂直斜面向上的弹力N2,挡板对它水平向右的弹力N1,而重球位移方向水平向左,所以只有重力方向与位移方向垂直,其他力都不垂直,故只有重力不做功,其他两个力都做功,故A正确。由于整个装置向左减速运动,加速度水平向右,竖直方向受力平衡,则得,N20,且N2与位移的夹角为锐角,所以斜面对重球的弹力一定做正功。故B正确。设加速度为a,斜面的倾角为,根据牛顿第二定律得竖直方向:N2cos-mg=0水平方向:N1-N2sin=ma由以上分析得,N2不变,N10,因为挡板对重球水平向右的弹力N1与位移方向相反,所以N1一定做负功,故C错误,D正确。,【补偿训练】如图所示,一小孩和一大人都以水平的力匀速推动相同的木箱在相同的路面上走同样的位移(推箱的速度大小如图中所标示)。比较此过程中两人对木箱做功的多少(),A.大人做的功多B.小孩做的功多C.大人和小孩做的功一样多D.条件不足,无法判断【解析】选C。因为木箱匀速运动,小孩和大人所用的推力相等,又所走的位移相同,所以做功一样多,C选项正确。,知识点二总功的两种求解思路探究导入:甲、乙两人在河的两岸同时用绳拉船,使船在河的中间沿直线路径行驶,甲、乙的拉力分别为F1和F2,其大小和方向如图所示。在船行驶80m的过程中,用两种方法求力对船所做的功:,(1)先求出合力,再求合力所做的功。(2)先求出两个分力所做的功,再求两个功的代数和。比较两种方法计算的结果,你能得出什么结论?,提示:(1)船在河的中间沿直线路径行驶,故合力方向沿河的中间直线,根据正交分解法,船受到的合力F合=F1cos60+F2cos30=200N;根据功的计算公式,合力的功W=F合l=20080J=16000J。,(2)根据功的公式W=Flcos得,力F1做的功W1=F1lcos60=10080J=4000J,力F2做的功W2=F2lcos30=10080J=12000J,两个功的代数和W=W1+W2=16000J。由计算结果可知,合力做的功与两个分力做功的代数和相等。,【归纳总结】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,因此计算总功时有两种基本思路:(1)先确定物体所受的合外力,再根据公式W合=F合lcos求解合外力的功。该方法适用于物体的合外力不变的情况,常见的是发生位移l过程中,物体所受的各力均没有发生变化。求解流程:受力与过程分析求合力求合力的功,(2)先根据W=Flcos,求出每个分力做的功W1、W2Wn,再根据W合=W1+W2+Wn,求解合力的功,即合力做的功等于各个分力做功的代数和。该方法的适用范围更广,求解流程:受力与过程分析求各力的功求合力的功,【典题通关】【典例】一个质量m=2kg的物体,在与水平方向成37角斜向上的力F1=10N作用下在水平地面上移动的距离l=2m。物体与地面间的滑动摩擦力F2=4.2N,求外力对物体做的总功。(cos37=0.8,sin37=0.6)世纪金榜导学号35684062,【审题关键】,【正确解答】解法一:拉力F1对物体所做的功为W1=F1lcos37=1020.8J=16J摩擦力F2对物体所做的功为W2=F2lcos180=-4.22J=-8.4J外力对物体所做的总功W等于W1和W2的代数和所以W=W1+W2=7.6J,解法二:物体受到的合力为F合=F1cos37-F2=100.8N-4.2N=3.8N所以W=F合l=3.82J=7.6J答案:7.6J,【规律方法】两种求合力做功方法的选取原则(1)如果物体处于平衡状态或某一方向受力平衡时(合力为零),或者物体在某一方向上做匀变速直线运动时(合力等于ma),用先求合力再求功的方法更简便。(2)如果已知物体在运动过程中受力变化,所受的力中有的不做功,有的做功且方便求得该力的功(如重力的功)时,应选择W合=W1+W2+,【过关训练】如图所示,一个质量为m的木块,放在倾角为的斜面体上,当斜面与木块保持相对静止沿水平方向向右匀速移动距离s的过程中,作用在木块上的各个力分别做功多少?合力做功是多少?世纪金榜导学号35684063,【解析】由平衡条件可得,木块受到斜面的弹力大小为F1=mgcos,受到斜面的摩擦力为F2=mgsin。由功的计算公式得:WG=mgscos90=0=mgcosscos(90+)=-mgssincos=mgsinscos=mgssincos合力做的功W合=WG+=0,答案:重力对木块做的功为0,弹力对木块做的功为-mgssincos,摩擦力对木块做的功为mgssincos,合力对木块做的功为0,【补偿训练】1.(多选)质量为m的物体放在粗糙水平地面上,受到与水平面成角、大小均为F的力的作用,第一次是斜向上拉,第二次是斜向下推,物体沿地面运动,若两次运动相同的位移,则下列说法中正确的是(),A.力F第一次做的功大于第二次做的功B.力F第一次做的功等于第二次做的功C.合力对物体第一次做的功大于第二次做的功D.合力对物体第一次做的功等于第二次做的功,【解析】选B、C。根据功的定义W=Fxcos可知,力F第一次做的功等于第二次做的功。由于第一次物体对地面的压力(mg-Fsin)比第二次(mg+Fsin)小,根据Ff=FN,所以第一次物体受地面的摩擦力较小;根据F合=Fcos-Ff,第一次合外力较大,故合力对物体第一次做的功大于第二次做的功。综上可知,选项B、C正确。,2.如图所示,建筑工人通过滑轮装置将一质量是100kg的料车沿30角的斜面由底端匀速地拉到顶端,斜面长是4m,若不计滑轮的质量和各处的摩擦力,求这一过程中料车受到的各力对料车做的总功。(g取10m/s2),【解析】设工人的拉力大小为F,由平衡条件得2F=mgsin30,故F=mg=250N。人拉绳子的力做的功为:WF=F2l=25024J=2000J。重力做的功为:WG=mglcos(90+30)=-100104J=-2000J。,支持力与料车运动方向始终垂直,故做功为零,即WN=0。所以各力对料车做的总功:W=WF+WG+WN=2000J-2000J+0=0。答案:0,【拓展例题】考查内容:图象法求变力的功【典例】一个劲度系数为k的轻弹簧,它的弹力大小与其伸长量的关系如图所示。弹簧一端固定在墙壁上,在另一端沿弹簧的轴线施一水平力将弹簧拉长,求在弹簧由原长开始到伸长量为x1过程中拉力所做的功。如果继续拉弹簧,在弹簧的伸长量由x1增大到x2的过程中,拉力又做了多少功?,【正确解答】在拉弹簧的过程中,拉力的大小始终等于弹簧弹力的大小,根据胡克定律可知,拉力与拉力的作用点的位移x(等于弹簧的伸长量)成正比,即F=kx。F-x关系图象如图所示:,由图可知AOx1的面积在数值上等于把弹簧拉伸x1的过程中拉力所做的功,即梯形Ax1x2B的面积在数值上等于弹簧伸长量由x1增大到x2过程中拉力所做的功,即答案:,