2022年高一物理第一节机械功必修.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 高一物理必修 2 第一节 机械功 东汉王充在论衡 询时篇中,对“ 功” 的论述指出:“ 且田与宅俱人所治,兴功用力,劳佚均等 必铨功之大小,立远近之步数,假令起三尺之功,食一步之内,起十丈之役,食一里之外,功有小大” 明显这是已明确提出度量功的大小时,要从两个方面考虑,一是用力的多少,二是立远近之步数,即确定路程的长短不难看出,这已和现在的功的定义极为相近,足以说明我国在力学争论中的成就通读速记 方法点津 学问与方法关键要点方法技巧做功的两个不行缺少的因素机械功的理(1)力概括归纳解(2)物体在力的方向上发生的位法移;机械功的计1、语言描述法对
2、比懂得算2、公式描述法机械功的分1、正功比较归纳类2、负功法总功的运算1、先求合外力,再求合外力做功温顾知新2、各个力所做功的代数和精读探究 纵横拓展 1、机械功的含义 力的概念的懂得 理要点: 物理中的“ 功” 不同于人类活动和生产劳动中的“ 做工” 、“ 工作” 和“ 劳动” 等,物理中的做功是特定的物理过程; 思重点: 读教材 P3 其次段;懂得功的概念,第一要知道做功的两个不行缺少的因素:力和物体在力的方向上发生的位移; 辨疑点: 只要有力作用在物体上,这个力就会对物体做功吗?有力、物体也发生了位移,力肯定会对物体做功吗?名师归纳总结 对物体做功有两个要素:力和物体在力方向上的位移;如
3、没有对物体施加力的作用,自然专心爱心专心第 1 页,共 17 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 不会对物体做功;假如对物体施加了力,但在力的方向上物体没有发生位移,这样,这个力也 没有对物体做功;例如,人提着水桶在水平路面上行走,人提水桶的力对水桶就不做功,由于提水桶的力沿 竖直方向,而水桶在竖直方向上无位移;再如,在光滑水平面上用绳子拉着物体绕固定端做匀速圆周运动,绳子的拉力对物体也不做功,由于绳子的拉力方向和物体的运动方向始终垂直, 悟方法:读教材 P4 其次段 功的表达式在任何受力情形下都能适用吗?也就是说, 在拉力方向上物体无位移;功的表达式
4、:WFlcon只是对恒力适用,对于变力做功就不能简洁的用此式来运算;2、机械功的运算 理要点:读教材 P5 第一段力在什么情形下做正功?什么情形下做负功?功的正负表示做功的大小吗?10J 的功比5J 的功要小吗?功是标量,只有大小,没有方向,但功有正负;如力和位移的夹角为 ,当 090时,W0,即力对物体做正功;当 =90时, W=0,即力对物体不做功;当 90180时, W0,即力对物体做负功,或者说物体克服这个力做功(正功);功的正值与负值不是代表不同的方向,也不表示功的大小,而是表示所做功的性质,反映力对物体产生位移所起的作用,反映不同的做功成效;在物体发生位移的过程中,各个力的作用不同
5、;对这个物体发生位移起推动作用的力(即动力)做正功;反之,在对物体产生位移起阻碍作用的力(即阻力)做负功,也就是这个物体克服阻力做功;我们不能说“ 正功与负功方向相反” ,也不能说“ 正功大于负功” ; 思重点: 功的运算如下列图,当力的方向与物体位移的方向一样时, 功等于力的Fl大小 F 与位移的大小l 的乘积,即W=Fl ;当力的方向与物体位移的方向成某一角度时,我们可以将力FF2 F l沿位移 l 的方向和垂直于位移l 的方向分解为两个分力F 1、 F2,如图所示;其中,分力F2 与位移 l 垂直,做功为0,因此力 F 对物体F1 所做的功等于分力F 1 对物体所做的功,即W=F 1l=
6、 Fcos l=Fl cos;我们也可以换一种思路:将位移 l 沿力 F 的方向和垂直于力FF l1 l的方向分解为两个分位移l1、l 2,如下列图, 同样可以得出力F 对物体所做的功为W=Fl 1=F l cos =Fl cos;可见,力对物体所做的功,等于力的大小、位移的大小、力名师归纳总结 与位移夹角的余弦的乘积;在国际单位制中,功的单位是焦耳,l2 第 2 页,共 17 页简称焦,符号是J;专心爱心专心- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 悟方法 :对功的公式 W=Fl cos,应从以下几方面加强懂得:公式中的 F 是恒力,即公式W=Fl cos
7、并不是普遍适用的,它只适用于大小和方向均不变的恒力做功;例如,如下列图,被压缩的弹簧将物体弹出的过程中,弹力所做的功就是变力做功,力 W=Fl cos 就不适用了;F 的大小时刻在变化,这时公式中的l 是指力的作用点的位移;假如争论对象是一个可当成质点的物体,就l 亦即物体的位移 (物体上各点的位移都和力的作用点的位移相同);假如争论对象是一个物体系,力的作用点的位移与物体系各物体的位移不相同时,就必需用力的作用点的位移代入公式运算该力对物体系做的功; 公式中的是 指力的方向和位移方向的夹角,即代表力和位移的两个矢量的箭头所指方向间的夹角,而不是问题中某一个以 命名的角; 公式中 F 和 l
8、分别指“ 力的大小” 和“ 位移的大小” ,即公式中 F 和 l 恒取正值;而 W是可正可负的(当然也可能为 0),从公式简洁看出,W 的正负完全取决于的 cos 正负,也就是 的大小; 对公式 W=Fl cos,可以懂得为功 W 等于力在位移方向上的重量 Fcos 与位移 l 的乘积,也可以懂得为功 W 等于力 F 和位移在力的方向上的重量 lcos 的乘积; 由公式可以看出, 某个力对物体所做的功只跟这个力、力的作用点的位移以及力与位移间的夹角有关, 而跟物体是否仍受到其他力的作用无关,跟物体的运动状态也无关;同时应注意 F 与 l 必需具备同时性,即 l 必需是力 F 作用过程中物体的位
9、移;假如力消逝后物体连续运动,力所做的功就只跟力作用的那段位移有关,跟其余的位移无关; 展联想 :摩擦力做功的特点:静摩擦力和滑动摩擦力都可以对物体做正功,也可以做负功,仍可以不做功;例如:汽车载着集装箱加速前进,集装箱与汽车间无相对滑动,就汽车施于集装箱的静摩擦力对集装箱作正功,集装箱施于汽车的静摩擦力对汽车做负功;物体在水平转台上随转台一起匀速转动,物体与转台间无相对滑动,就转台施于物体的静摩擦力对物体就不做功;又如,将工件放到运转中的传送带上,传送带施于工件的滑动摩擦力将对工件做正功,而工件施于传送带的滑动摩擦力将对传送带做负功;物体在粗糙地面上滑动,物体施于地面的滑动摩擦力对地面就不做
10、功; 重拓展: 关于作用力与反作用力做的功有时会遇到争论作用力做的功和反作用力做的功的大小问题;作用力与反作用力总是大小相等、方向相反,并且作用在不同的物体上;比较作用力与反作用力的功的数值,关键是看两个物体的位移情形如何,而物体的位移情形由详细的相互作用情形而定;当相互作用的两个物体的位移大小相等时,作用力与反作用力做功的肯定值相等;当相互作用的两个物体的位移大小不等时,作用力与反作用力做功的肯定值亦不等;作用力与反作用力可以同时做正功,也可以同时做负功,仍可以一个做正功而另一个做负功,或者一个做功而另一个不做功;你能就以上各种情形分别举出实例加以说明吗?名师归纳总结 3、几个力的总功的运算
11、:专心爱心专心第 3 页,共 17 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 悟方法 :读教材 P6 第 1 段;运算几个力的总功,通常有以下两种不同的处理方法:几个力的总功等于各个力所做功的代数和;如以W1、W2、W3、 Wn 分别表示力F1、F 2、F 3、 Fn 所做的功(含正功与负功),就这些力所做的总功为W 总=W 1+W2+W3+ +Wn;如以W 合表示合力的功, 就这些力所做的总功 几个力的总功等于这几个力的合力的功;为W 总=W 合由于只有当这几个力同时作用于物体上时,才 解难点:方法仅适用于几个力同时作用于物体的情形,能求出它们的合力;方法
12、就不管几个力同时作用,仍是作用时间有先后,均是适用的;读后反馈 教材练习题详解读题悟法 思维激活 读例习题题型一:做功条件的判定例 1 如下列图,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()A. 垂直于接触面,做功为 0 B. 垂直于接触面,做功不为 0 C. 不垂直于接触面,做功为 0 D. 不垂直于接触面,做功不为 0 读思路: 小物块在下滑过程中受到斜面的支持力,由于支持力属于弹力,其方向总是垂直于接触面指向 3 被支持的物体, 所以此时斜面对小物块的作用力应垂直于接触面;如图 512 所示,小物块下滑过程中斜面对右
13、运动,小物块相对地面的位移与斜面不平行,所以小物块所受支持力与物块位移方向不垂直,支持力做功不为 0;规范解: 正确选项为 B;思维激活:斜面静止时,小物块的位移方向平行于斜面,支持力与位移方向垂直,故支持力不做 功;此题指明“ 斜面位于光滑的水平地面上” ,所以小物块下滑时实际参加了两种运动,一是相对于斜面的滑动,二是跟随斜面对右的运动,使得支持力与小物块的对位置移不垂 直;斜面对右运动的这一因素并不影响支持力的方向,但影响支持力是否做功;要学会具 体问题详细分析,不能套用斜面静止这一特别情形中的结论;名师归纳总结 专心爱心专心第 4 页,共 17 页- - - - - - -精选学习资料
14、- - - - - - - - - 题型二:机械功的运算例 2 有以下几种运动情形a.用水平推力 F 推一质量为 m 的物体在光滑水平面上前进位移 sb.用水平推力 F 推一质量为 2m 的物体在粗糙水平面上前进位移 sc.用与水平方向成 60 角斜向上的拉力 F 拉一质量为 m 的物体在光滑水平地面上前进位移 2sd.用与斜面平行的力F 拉一质量为3m 的物体在光滑斜面上前进位移s关于上述四种情形下拉力F 做功多少的判定正确选项A.b 情形做功最多 B.a 情形做功最多 C.d 情形做功最少 D.四种情形做功一样多 读思路: 依据功的运算公式找出每一详细的物理情形中运算功的各个量,然后代入
15、W=Fscos 运算,可得到正确的判定 .这就是运用基本概念进行推理判定 . 规范解: 正确选项为 D;思维激活:一个力做的功只和力的大小、位移的大小、力与位移方向的夹角有关,与运动状态、接触面的光滑程度以及是否受到其他力无关;运算某力所做功的方法:(1)分析物体经受的某一过程所受力的大小和方向;(2)弄清这一过程物体发生的位移的大小和方向;(3)找出力与位移的夹角;(4)代入功的运算公式 W=Fl cos 进行运算 . 题型三:总功的运算例 3质量 m= 3kg 的物体,受到与斜面平行向下的拉力F= 10N,沿固定斜面下滑距离 3 ;求各力对物体所做的功,以及 3l= 2m;斜面倾角=30,
16、物体与斜面间的动摩擦因数=力对物体所做的总功;(g 取 10m/s2)读思路: 物体所受的各个力均为恒力,可用功的公式进行运算;规范解: 如图 513 所示,物体受到重力、拉力、斜面的支持力和摩擦力的作用,做单向 直线运动,其位移的大小与移动的距离相等;所以,重力所做的功为 WG=mgl cos=mgl cos90 = 3102cos60 J=30J, 拉力所做的功 WF=Fl= 102J=20J;支持力与物体运动方向垂直,它所做的功WN=0;滑动摩擦力的方向与位移方向相反,做功为名师归纳总结 专心爱心专心第 5 页,共 17 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - -
17、- - - W fmgcosl331023J=30J;32总功 W= W G +W F+W N+Wf= 30J+20J+30J=20J;思维激活:在运算重力做功时,要画图分析出重力与位移的夹角 ,然后依据功的公式运算;也可把重力进行分解,就重力沿斜面方向的分力 mgsin30 ,可得重力的功为 mglsin30 ;运算摩擦力的功时,对正负号的处理简洁出错,要引起留意;运算总功时,也可用合力来求; 读题型组题型四:机械功运算公式的懂得应用例 4:如下列图,质量为m 的物体沿着倾角为 的斜面下滑了长为L 的距离 .如物体与斜面间的动摩擦因数为 ,求这一过程:(1)重力做的功;(2)弹力做的功;(3
18、)滑动摩擦力做的功;(4)力对物体做的总功 . 读思路 :对物体受力分析, 结合牛顿运动定律求出物体受到的各个力以及各力与位移的夹角,代入功的运算公式 W=Fl cos ,求出各分力的功,然后再求总功;规范解: ( 1)mgLsin(2)0( 3)- mgLcos(4)mgLsin - mgLcos题后小结 :借助详细的或特别的事例记忆、懂得物理现象、概念以及在论证过程中起帮助作用的物理量,是一种重要的学习方法;例 5、(实际应用题 )如下列图的水平传送装置,AB 间距为 l,传送带以 v 匀速运转;把一质量为 m 的零件无初速地放在传送带的 A 处,已知零件与传送带之间的动摩擦因数为 ,试求
19、从 A 到 B 的过程中,摩擦力对零件所做的功;A B 读思路 :要求摩擦力对零件做的功,关键是要弄清零件在摩 v 擦力方向上的位移是多少;由于题中没有给出各物理量之间的定量关系,故存在两种可能;规范解 :当零件与传送带之间存在摩擦力时,摩擦力的大小为 F= mg;分两种情形进行争论:(1)零件在到达B 处时的速度小于或刚好等于传送带的速度v,零件在从A 到 B 的过程中始终受摩擦力作用,就摩擦力对零件所做的功名师归纳总结 专心爱心专心第 6 页,共 17 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - W=Fl= mgl;(2)零件在到达B 处之前已经达到传送带
20、的速度v,零件只是在达到速度v 之前的一段时间内受摩擦力作用,此后零件与传送带以相同的速度v 运动, 零件就不受摩擦力作用,既无滑动摩擦力存在,也无静摩擦力存在,就摩擦力对零件所做的功W = Fl = mgv2=1 mv ;22g题后小结: 此题将两种运动情形隐含在一起,假如不进 行细致的运动过程分析,就有可能漏掉一种解;物体在 运动过程中,不肯定始终受某个力的作用,在运算该力 所做的功时,要留意力和位移的同时性;题型五:变力做功的运算例 6:如下列图,人拉着细绳的一端由A 走到 B,使质量为m 的物体匀速上升; 已知 A、B 两点间的水平距离为s,细线与水平方向的夹角已在图中标出,不计滑轮的
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