新人教高中物理必修二 7.2 功教案.doc
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1、72 功功知识精讲知识精讲知识点知识点 1. 功的概念功的概念(1) 定义:一个物体受到力的作用,并在力的方向上发生了一段位移,这个力就 在这段位移上对这个物体做了功。 (2) 做功的两个不可缺少的因素是:作用在物体上的力和物体在力的方向上发生 的位移。例例 1下列有关功的一些说法中,正确的是:A力越大,其对物体做功就越多 B位移越大,力对物体做功越多 C物体受到力作用,力对物体做功 D摩擦力可以对物体不做功思路分析思路分析 力做功与力、位移及二者夹角有关。不一定力大,功就大;也不一定位移大,功就大。故 A、B 错。当力和位移方向垂直,即在力方向无位移,力 对物体不做功。故 C 错。摩擦力与位
2、移方向垂直时,力对物体不做功,故 D 对。答案答案 D总结总结 本题关键正确理解功的概念和做功的两个不可缺少的因素。并且要注意,当力和位移方向垂直时即在力的方向上无位移,力对物体不做功。变式训练变式训练 1 用一水平力 F,作用在质量为 m 的物体上,使物体由静止沿光滑水平面移动位移 s,做功为 W1;若作用在质量为 2m 的物体上,使物体由静止沿 光滑水平面移动位移 s,做功 W2;若作用在质量为 2m 物体上,使物体由静止沿 粗糙水平面移动位移 s,做功 W3,则 W1、W2、W3三者关系正确为: AW1 W2W3 BW1W3 DW1= W2=W3 答案答案 D知识点知识点 2功的公式的应
3、用功的公式的应用:W = F S cos注意: (1) 公式中 F 是物体受到的力且为恒力。F 为分力时就是分力 F 做的功;F 为 合力时,为合力 F 做的功。 (2) 公式中的位移 S 是指力的作用点的位移,若物体可看为质点时,则位移就 是指物体的位移。 (3) 某力对物体所做的功,等于该力的大小、位移大小、该力与位移夹角的余 弦这三者的乘积。跟物体是否还受其它力无关,跟物体运动状态无关。 (4) 功国际单位是焦耳(J) ;F、S 单位分别是 N、m。 (5) 计算功时一定要明确是哪个力对物体做功。 (6) 功是标量无方向,但功有正负之分。 当 00,力对物体做正功 当 /20,力对物体做
4、负功,或称物体克服这个力做了功 当 =/2 时,=0,力对物体不做功。例例如图所示,拉力 F 使质量为 m 的物体匀速地沿着长为 L、倾角为 的斜面的一端向上滑到另一端,物体与斜面间的动摩擦因数为 ,分别求作用在物 体上各力对物体做的功。思路分析思路分析选物体为研究对象,其受力为拉力F、重力 mg、弹力 F1、摩擦力 F2。解答解答(1)拉力 F 对物体所做的功为 WFFL 由于物体做匀速运动,故: FmgsinF2mgsinmgcos 所以 WmgL(sincos) 即拉力对物体做正功。此拉力 F 一般称为动力或牵引力。 (2)重力 mg 对物体所做的功为: WmgLcos(90+)-mgs
5、in 即重力对物体做负功,亦即物体克服重力做的功为 mgsin。 (3)摩擦力对物体所做的功为 WF2Lcos180-F2Lmgcos 即摩擦力对物体做负功。也可以说是物体克服摩擦力做的功为mgcos。(4)力 F对物体所做的功为FmFGF1F2WF1Lcos900 即弹力不做功方法总结方法总结读题时必须分清是哪个力做的功,在解题时一定要注意题目中是求哪个力做的功,正确找出力 F、位移 x 和夹角 的关系。变式训练变式训练 2 2如图所示,质量为 m 的木块相对静止在倾角为 的斜面 M 上。在水平推力 F 的作用下,木块随斜面一起水平匀速向左移动了距离 s,则支持力 和摩擦力对木块做的功为:
6、A、0,0 B、mgscos,mgssin C、mgscos,mgssin D、mgssincos,mgssincos答案答案 D例例关于两个物体间的作用力和反作用力的做功情况是:A、作用力做功,反作用力一定做功 B、作用力做正功,反作用力一定做负功 C、作用力和反作用力可能都做负功 D、作用力和反作用力做的功一定大小相等切两者代数和为零Fs思路分析思路分析作用力和反作用力一定等大反向,但两相互作用物体的位移却没有一个必然的关系,因 而所有“必然”的判断都是错误的。 例如图是甲、乙两条形磁铁,若使其同名 磁极相对,当甲固定而释放乙时,则作用力(磁力)对乙做功而对甲不做功。故 、B、D 均错;当
7、把甲、乙两者都移近时,磁场对它们都做负功,是正确的。若使甲、乙质量相等且放在光滑水平面上由静止释放后经一段时间,甲乙位移大 小相等,甲对乙作用力和乙对甲反作用力都做正功且功相等。答案答案 总结总结一对作用力和反作用力,可以两个力均不做功;可以一个力做功,另一个力不做功;也可以一个力做正功,另一个力做负功;也可以两个力均做正功 或均做负功。变式训练变式训练 3关于摩擦力做功的下列说法中,不正确的是:A、动摩力阻碍物体的相对运动,所以一定做负功 B、摩擦力起着阻碍物体有相对运动趋势的作用,所以静摩擦力一定不做功 C、静摩擦力和滑动摩擦力不一定都做功 D、相互作用的两物体间的一对摩擦力做功的总和恒等
8、于零答案答案 C例例 4 以一定的初速度竖直向上抛出一个小球,小球上升的最大高度为 h,空气阻力大小恒为 f,则从抛出至回到原出发点的过程中,空气阻力对小球做的功 为: A、零 B、-fh C、-2fh D、-4fh思路分析思路分析物体在上升过程和下落过程空气阻力都阻碍物体运动,都做负功,所以全过程中空气阻力对物体做的功为:甲乙WfW上W下fh(fh)2fh答案答案 C总结总结很多同学错选,原因是他们认为整个过程的位移为零,由= F S cos 可得f=0。造成这一错误的原因是没有掌握= F S cos 中的必须为恒力。本题小球在上升过程和下降过程中,力的方向和位移的方向都发生改变。变式训练变
9、式训练物体以一定速度从斜面底端沿固定斜面向上运动,物体上升的最大高度为 h,沿斜面运动的最大距离为后又返回底端。设摩擦力的大小为 f,物体重力为 G,则物体从底端沿斜面上升到又回到底端过程中: A重力对物体做的功为零 B重力对物体做的功为 Gh C摩擦力对物体做功为零 D摩擦力对物体做功为-2fL 答案答案 A D 知识点知识点 3 3合力的功的计算合力的功的计算当物体在几个力的作用下发生一段位移时,求这几个力对物体所做的总功通 常有两种方式。 方式(1)是先求几个力的合力(求合力是矢量运算) ,再求合力所做的功 方式(2)是先求各外力所做的功,再求外力所做的功的总和(求功的总和是代数 运算)
10、 。例例 5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 l 的过程中,作用在木块上的各 个力分别做功多少?合力做的功是多少?l思路分析思路分析木块发生水平位移的过程中,作用在木块上共有三个力,重力 mg、支持力 F1、静摩擦力 F2,根据木块的平衡条件,由这三个力的大小、物体的位移 及力与位移的夹角,即可由功的计算公式算出它们的功。答案答案 沿斜面建立直角坐标系将重力正交分解,由于物体相对斜面静止而在水平面上做匀速运动,根据力的平衡条件可得 斜面对木块的支持力 F1为 F1=mgcos 斜面对木块的摩擦力 F2为 F2=mgsi
11、n 支持力 F1与位移 l 间的夹角为 90+,则支持力做的功W1= F1lcos(90+)=-mglcossin摩擦力 F2与位移的夹角为 ,则摩擦力 F2做功W2= F2lcos= mglcossin重力与位移夹角为 90,则重力做的功WG=mglcos90=0合力做的功等于各个力做功的代数和,即 W=W1+W2+WG=-mglcossin+ mglcossin+0=0 总结总结 斜面对物体的弹力有的做功、有的不做功,关键在于物体在这个弹力的方向上是否有位移。不能简单的说斜面的弹力对物体不做功。 另外,求合力功时,可以先求合力 F合,再利用 W=F合lcos 求合力功 变式训练变式训练 5
12、5质量 m=3kg 的物体,受到与斜面平行向下的拉力 F=10N 的作用,沿动摩擦因数 =/3 的斜面向下移动距离为 s=2m。若斜面倾角 =30。求各3个力对物体所做的功,以及各力对物体所做的总功。 (取 g=10m/s2) 答案答案 重力做功 30J,拉力做功 20J,支持力不做功,滑动摩擦力做功为-30J(负功) ;总功为 20J。难点精析难点精析 1一个力对物体做功和物体对物体做功不一定能互相替代一个力对物体做功和物体对物体做功不一定能互相替代,力对物体做力是指力对物体做力是指 某力对研究对象做功某力对研究对象做功;物体对物体做功物体对物体做功,是指施力物体对受力物体的所有力做功的是指
13、施力物体对受力物体的所有力做功的 总和总和.例例 6如图所示,一个质量为 m 的木块,放在倾角为 的粗糙斜面体上,当斜面与木块保持相对静止沿竖直方向向上匀速运动距离 h,求(1)斜面对木块的弹力和摩 擦力做的功各是多少?(2)斜面对木块做的功为多少?思路分析思路分析(1)根据木块的平衡条件求出弹力和静摩擦力的大小,再求出各力与位移的夹角,由功的计算公式求它们的功;(2)斜面对木块做的功是斜面对木块的 作用力:弹力和摩擦力做功的总和.答案答案(1)对木块 m,受力分析如图:在 x 方向上: fcos=Nsin 在 y 方向上:fsin+Ncos=mg 由、得 N=mgcos ;f=mgsin 弹
14、力 N 与位移夹角为 ,则弹力做功为:WN=Nhcos=mghcos2静摩擦力 f 与位移夹角为 900-,则摩擦力做功 为: Wf=fhcos(900-)=mghsin2 (2)斜面对木块做的功:W=WN+Wf= mghcos2+ mghsin2=mgh方法总结方法总结本题中,除了重力方向与位移方向在一条直线上外,弹力 N 与静摩擦力 f 方向与位移有一定夹角,在计算功时要画图分析出它们与位移的夹角,mxyfGN再由公式 W=FScos 计算;斜面对木块做的功等于斜面对木块的弹力做的功与斜 面对木块的摩擦力做的功的和。误区警示误区警示(1)不要认为摩擦力一定做负功,摩擦力既可以做正功,也可以
15、做负功,也可以 不做功。 (2)不能简单的说斜面的弹力对物体不做功。斜面对物体的弹力有时做正功,有 时做负功,有时不做功,关键在于物体在弹力的方向上是否有位移? (3)一个力对物体做功和物体对物体做功不一定能互相替代。内容延伸内容延伸1、本题中若使斜面与木块保持相对静止,沿竖直向上的方向以加速度 a 向上运动距离为 h,再求(1) 、 (2)两问。答案答案(1)对 m 受力分析如图:在 x 方向上: fcos=Nsin 在 y 方向上:fsin+Ncos-mg=ma 由、得 N=m(g+a)cos ; f=m(g+a)sin 则弹力做功为:WN=Nhcos=m(g+a)hcos2则摩擦力做功为
16、: Wf=fhcos(900-)=m(g+a)hsin2 (2)斜面对木块做的功: W=WN+Wf= m(g+a)hcos2+ m(g+a)hsin2=m(g+a)h内容延伸内容延伸2、本题中若使斜面与木块保持相对静止,沿竖直方向向下以a=g 加速运动,运动了距离 h,再求(1) 、 (2)问。答案答案竖直向下以重力加速度 g 运动时,木块处于完全失重状态,斜面与木块无相互作用力,斜面对木块的弹力和摩擦力做功均为零。变式训练变式训练 6质量为 m 的木块,放在倾角为 的粗糙斜面上,斜面与木块保持相对静止,下列说法中正确的是:myfGNxA、若斜面向左匀速移动距离 L,斜面对木块不做功。 B、若
17、斜面向左以加速度 a 移动距离 L,斜面对木块做功为 maL。 C、若斜面向下匀速移动距离 L,斜面对木块做功为-mgL。 D、若斜面向下以加速度 a 移动距离 L,斜面对木块做功 m(g+a)L。答案答案ABC难点精析难点精析 2功的公式功的公式 W=FScos 中位移的意义是指力的作用点的位移,中位移的意义是指力的作用点的位移,若物体可看作质点,则位移就是物体的位移。而若物体可看作质点,则位移就是物体的位移。而 Scos 是力是力 F 方向上的位移。方向上的位移。例例 7如图所示,用 F=20N 的水平恒力通过定轻滑轮拉动物体,物体沿水平面前进了 s=1m 的距离,求此过程中力 F 对物体
18、所做的功。 (不计滑轮摩擦及滑轮 的重力)思路分析思路分析明确位移 s 是力 F 作用点的位移,由公式 W=FScos 计算。答案答案解法一(公式法)解法一(公式法)前进的距离为 1m,则力的作用点沿此力的方向移动的位移为 2m;故 W=Fs=202J=40J方法总结方法总结在功的计算公式 W=FScos 中,位移应理解为力的作用点的位移。内容延伸内容延伸解法二(等效法):解法二(等效法):拉力 F 做的功等效于轻滑轮对物体所做的功因滑轮对物体的作用力 F/=2F=40N,故 W= F/ s=401J=40J误区警示误区警示在不计滑轮质量的条件下,才有这种等效关系,否则不成立。变式训练变式训练
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