高一物理必修2 7.2《功》課件2（人教版）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 一 功教學(xué)目的 1 理解功的概念 知道力和物體在力的方向上發(fā)生位移是做功的兩個(gè)不可缺少的因素 2 知道功的公式W Fscos 會(huì)用這個(gè)公式進(jìn)行計(jì)算 3 理解正功和負(fù)功的概念 知道在什么情況下做正功和負(fù)功 4 知道什么是幾個(gè)力對(duì)物體所做的總功 知道幾個(gè)力對(duì)物體所做的總功等于這幾個(gè)力的合力對(duì)物體所做的功 功的概念引入 1能的轉(zhuǎn)化和守恒定律是自然界普遍規(guī)律 而功在能的轉(zhuǎn)化過(guò)程中擔(dān)任重要的角色 2 功的概念 一個(gè)物體受到力的作用 如果在力的方向上發(fā)生一段位移 力就對(duì)物體做了功 說(shuō)明 1 力對(duì)物體做功 實(shí)質(zhì)是施力物體對(duì)受力物體做功 2 功的兩個(gè)不可缺少的因素 力和在力方向發(fā)生的位移 當(dāng)F與S同方向時(shí) W FS當(dāng)F與S互成角度 時(shí) W 3 功的計(jì)算公式 1 F和S同方向情況 W FS 2 F和S不同方向情況 W Fscos 為F與S間夾角 適用條件 恒力對(duì)物體做功 4 功的單位 焦耳 牛 米 思考 1J的物理意義是 5 功是標(biāo)量但功有正負(fù)之分 5 對(duì)功的正負(fù)討論 功只有大小沒(méi)有方向 是標(biāo)量 功的正負(fù)既不是描述方向也不是描述大小而是表示這個(gè)力對(duì)物體做功的效果 1 當(dāng)0 90 時(shí) 0 cos 1 W為正值 力對(duì)物體做正功 力對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)起推動(dòng)作用 2 當(dāng) 90 時(shí) cos 0 W 0 力對(duì)物體不做功 力對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)既不推動(dòng)也不阻礙 3 當(dāng)90 180 時(shí) 1 cos 0 W為負(fù)值 力對(duì)物體做負(fù)功或者說(shuō)物體克服力F做正功 力對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)起阻礙作用 注意 講 功 一定要指明是那個(gè)力對(duì)那個(gè)物體的功 功是標(biāo)量 例1 一輛汽車 勻速開(kāi)上一斜面 它的受力情況如圖 則做正功的力是 做負(fù)功的是 不做功的是 合力做功 解 做正功的是 F做負(fù)功的是 mg和f 不做功的是 N合力功為 例2 把一個(gè)小球以一定初速豎直上拋運(yùn)動(dòng) 有空氣阻力 在它回到拋出點(diǎn)的過(guò)程中 重力做 功 阻力做 功 答 重力不做功 阻力做負(fù)功 例2 以一定的初速度豎直向上拋出一個(gè)小球 小球上升的最大高度為h 空氣阻力的大小恒為f 則從拋出至回到原發(fā)點(diǎn)的過(guò)程中 空氣阻力對(duì)小球做的功為 A 0B fhC 2fhD 4fh 答案 C 1 恒力做功的求法 W Fscos 中的F是恒力 求恒力所做的功只要找出F S 即可 2 合力做功 總功 的求法 一種方法是先求出合力再用W總 F合Scos 求總功另一種方法是W總 W1 W2 W3 即總功等于各個(gè)力做功的代數(shù)和 這兩種方法都要求先對(duì)物體進(jìn)行正確的受力分析 后一種方法還需要把各個(gè)功的正負(fù)號(hào)代入運(yùn)算 3 一些變力 指大小不變 方向改變 如滑動(dòng)摩擦力 空氣阻力 在物體做曲線運(yùn)動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 這些力雖然方向改變 但每時(shí)每刻與速度反向 此時(shí)可化成恒力做功 方法是分段考慮 然后求和 總結(jié) 1 關(guān)于功的說(shuō)法 下列正確的是 A 凡是發(fā)生了位移的物體 一定有力對(duì)它做功B 凡是受力的物體 一定有力對(duì)它做功C 凡是既受力又發(fā)生位移的物體 一定有力對(duì)物體做功D 以上說(shuō)法都不對(duì) 測(cè)試 2 用繩子系一小球 使它在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 如圖所示 則 A 重力對(duì)球做功 繩的張力對(duì)球不做功B 重力對(duì)球不做功 繩的張力對(duì)球做功C 重力和繩的張力對(duì)球都不做功D 重力和繩的張力對(duì)球都做功 功率 第二課時(shí) 一 教學(xué)目標(biāo) 1 理解功率的概念 能運(yùn)用功率的公式P W t進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算 2 理解公式P Fv的意義 能用來(lái)解釋現(xiàn)象和進(jìn)行計(jì)算 3 知道有關(guān)平均功率 即時(shí)功率 額定功率 實(shí)際功率的概念及其相關(guān)問(wèn)題 二 引入 復(fù)習(xí) 1什么是功 它的公式是什么 正負(fù)的意義 2 做功總要用去一定時(shí)間 所用時(shí)間的長(zhǎng)短反映了做功的快慢 為了定量地表述 而建立 功率 這一概念 例如 一臺(tái)起重機(jī)能在1min內(nèi)把1t的貨物提到預(yù)定的高度 另一臺(tái)起重機(jī)只用30s就可以做相同的功 說(shuō)明第二臺(tái)起重機(jī)比第一臺(tái)做功快一倍 三 講授 1 功率 功率是反映做功快慢的物理量 功跟完成這些功所用時(shí)間的比值 叫做功率 功率的定義式是 功率的單位 在國(guó)際單位制中為瓦特 簡(jiǎn)稱瓦 符號(hào)是W 1W 1J s 而kW的單位也很常用 1kW 1000W 功率的另一種表示式 P Fv 在作用力方向和位移方向相同的情況下 2 平均功率和瞬時(shí)功率若F為恒力 根據(jù)P Fv 或P Fvcos v為時(shí)間t內(nèi)的平均速度 W為時(shí)間t內(nèi)所做的功 則P為平均功率 若V是即時(shí)速度計(jì)算的是即時(shí)功率 計(jì)算的是平均功率當(dāng)時(shí)間t趨近于0時(shí) 平均功率就趨近于即時(shí)功率 注意 在變力對(duì)物體做功時(shí) 物體在做變速運(yùn)動(dòng)情況下 P Fvcos 仍成立適用 F和v分別是某一時(shí)刻的力和即時(shí)速度 P Fvcos 表示該時(shí)刻的即時(shí)功率 當(dāng)作用力的方向和位移的方向不同的情況下 3 額定功率和實(shí)際功率 額定功率是發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的最大輸出功率 通常在發(fā)動(dòng)機(jī)銘牌及說(shuō)明書(shū)中標(biāo)明 實(shí)際功率是發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)實(shí)際的輸出功率 特殊情況下發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率可以小于或大于額定功率 正常情況下等于額定功率 但不允許超過(guò)額定功率 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)以額定功率工作時(shí) 由P Fvcos 可知 動(dòng)力 牽引力 跟速度成反比 要增大動(dòng)力 則需減小行駛速度 注意 機(jī)車的功率即為牽引力的功率 例題 質(zhì)量M 3Kg的物體 在水平力F 6N的作用下 在光滑水平面上從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng) 運(yùn)動(dòng)時(shí)間3秒求 1 在3秒內(nèi)對(duì)物體所做的功 3秒內(nèi)的功率 2 3秒末物體的功率 3 第3秒內(nèi)力所做的功和功率 三 鞏固練習(xí)1 質(zhì)量為5 103Kg的汽車 在水平公路上由靜止開(kāi)始做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 加速度為2m s2 所受阻力是1 0 103N 汽車在第1秒末即時(shí)功率是 A 22KWB 20KWC 11KWD 2KW2一個(gè)物體在相同的水平恒力作用下 由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng) 先后分別在沿光滑水平面和粗糙水平面上移動(dòng)相同的距離 力做的功分別為W1和W2 末態(tài)的功率分別為P1和P2 則 A W1 W2 P1 P2B W1 W2 P1P2D W1P2 A C 4 以恒定功率行駛的汽車 若加速前進(jìn)的過(guò)程中汽車受到的阻力不變 則下列判斷中正確的是 A 牽引力F 加速度 即時(shí)速度V均增大 最后達(dá)到穩(wěn)定B F v不斷增大 減小 最后做勻速運(yùn)動(dòng)C v不斷增大 F 變小 最后做勻速運(yùn)動(dòng)D F 不變 v增大 3 長(zhǎng)4m重500N的鋼管橫放在水平地面上 若在2秒內(nèi)將其一端緩慢勻速地向上抬高2m 則做功的平均功率是 A 1000WB 500WC 250WD 125W C C 第三課時(shí) 功 功率習(xí)題課 教學(xué)目的1恒力的功 合力功 變力的功 正功和負(fù)功的計(jì)算2即時(shí)功率 平均功率 實(shí)際功率 額定功率 3汽車啟動(dòng)問(wèn)題 恒定功率和額定功率啟動(dòng) 4圖象問(wèn)題 例1 用力F拉一質(zhì)量為m的物體 沿水平面勻速前進(jìn)sm 已知力和水平方向的夾角為 方向斜向上 物體和地面間動(dòng)摩擦因數(shù)為 此力F做的功 摩擦力功和合力的功分別為 A mgs cos sin B mgs C mgscos cos sin D mgs cos E 0F Fcos mg Fsin SG Fscos 一 恒力的功 合力功 A G C E F 練習(xí) 1 在水平粗糙地面上 使同一物體由靜止開(kāi)始做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 第一次是斜上拉力 第二次是斜下推力 兩次力的作用線與水平方向的夾角相同 力的大小也相同 位移大小也相同 則 A 力F對(duì)物體做的功相同 合力對(duì)物體做的總功也相同 B 力F對(duì)物體做的功相同 合力對(duì)物體做的總功不相同 C 力F對(duì)物體做的功不相同 合力對(duì)物體做的總功相同 D 力F對(duì)物體做的功不相同 合力對(duì)物體做的總功也不相同 2 一學(xué)生用100 的力將質(zhì)量為0 5kg的球迅速踢出 在水平路面上滾動(dòng)20m遠(yuǎn) 則該學(xué)生對(duì)球做的功是 A 2000JB 1000JC 16JD 無(wú)法確定 例2 如圖 物體沿斜面下滑 受到如圖所示的三個(gè)力作用 則做正功的力 做負(fù)功的力是 不做功的力是 思考與討論 正功的含義是什么 負(fù)功的含義是什么 摩擦力一定做負(fù)功嗎 支持力總不做功嗎 作用力功與反作用力功一定相等嗎 練習(xí) 一個(gè)力對(duì)運(yùn)動(dòng)物體做了負(fù)功 則說(shuō)明 A 這個(gè)力一定是阻礙物體的運(yùn)動(dòng) B 這個(gè)力不一定是阻礙物體的運(yùn)動(dòng) C 這個(gè)力與物體運(yùn)動(dòng)方向的夾角 90 D 這個(gè)力與物體運(yùn)動(dòng)方向的夾角可能為 90 二 一些變力 指大小不變 方向改變 如滑動(dòng)摩擦阻力 空氣阻力 在物體做曲線運(yùn)動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 這些力雖然方向變 但每時(shí)每刻與速度反向 此時(shí)可化成恒力做功 方法是分段考慮 然后求和 例題 某個(gè)力F的作用于半徑為R的轉(zhuǎn)盤的邊緣上 力F的大小保持不變 但方向保持任何時(shí)刻均與作用點(diǎn)切線一致 則轉(zhuǎn)動(dòng)一周這個(gè)力做的總功為 三摩擦力做功 例2 質(zhì)量分別為m M的A B兩木塊疊放在光滑的水平桌面上 A與B的動(dòng)摩擦因數(shù)為 用一水平拉力F作用于B 使A和B保持相對(duì)靜止地向右運(yùn)動(dòng)的位移為s 則在這過(guò)程中F做的功為多大 摩擦力對(duì)A做的功為多大 例1 質(zhì)量為m的滑塊 以一定初速沿傾角為 的斜面上滑l后 又沿原路返回 設(shè)滑塊與斜面的動(dòng)摩擦因數(shù)為 則滑塊從開(kāi)始上滑到最高點(diǎn)過(guò)程中 克服摩擦力所做的功為多大 滑回原點(diǎn)過(guò)程中 整個(gè)過(guò)程克服摩擦力所做的功為多大 功率 例1 一質(zhì)量為m的木塊靜止在光滑的水平面上 從t 0開(kāi)始 將一個(gè)大小為F的水平恒力作用在該木塊上 在t t1時(shí)刻力F的功率是 A F2t1 2m B F2t21 2m C F2t1 m D F2t21 m 變化 若此題中 F與水平方向成夾角 時(shí) P F2t1cos2 m 在時(shí)間t內(nèi)F做功的功率 練習(xí) 質(zhì)量為1kg的物體從傾角為30 的光滑斜面上從靜止開(kāi)始下滑 重力在前3s內(nèi)的平均功率為多少 重力在第3s末的瞬時(shí)功率為多少 物體在3秒內(nèi)所做的功 重力在第3s內(nèi)的平均功率為多少 g取10m s2 圖象問(wèn)題 1鋼球在足夠深的油槽中由靜止開(kāi)始下落 若油對(duì)球的阻力正比于其速率 則球在下落的過(guò)程中阻力對(duì)球做功的功率的大小隨時(shí)間的變化關(guān)系最接近于圖4 9中的哪一個(gè) 2 起重機(jī)的鋼索將重物由地面吊到空中某高度 其速度圖象如圖畫出拉力的功率隨時(shí)間變化圖象 例 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的額定牽引功率為60kW 汽車質(zhì)量為5t 汽車在水平路面上行駛時(shí) 阻力是車重的0 1倍 試問(wèn) 汽車保持以額定功率從靜止起動(dòng)后能達(dá)到的最大速度是多少 若汽車從靜止開(kāi)始 保持以0 5m s2的加速度作勻加速直線運(yùn)動(dòng) 這一過(guò)程能維持多長(zhǎng)時(shí)間 汽車啟動(dòng)問(wèn)題 分析和解答 汽車受力如圖4 8 汽車一開(kāi)始就保持額定功率 那么它運(yùn)動(dòng)中的各個(gè)量 牽引力 加速度 速度 是怎樣變化呢 汽車先 變加速直線運(yùn)動(dòng) 勻速直線運(yùn)動(dòng) 汽車達(dá)到最大速度時(shí) a 0 此時(shí)F f mgvm P mg 6 0 105 0 1 5 103 10 12 m s P F vm 汽車以恒定加速度起動(dòng)后 在達(dá)到最大值之前已經(jīng)歷了兩個(gè)過(guò)程 勻加速變加速 勻加速運(yùn)動(dòng)的加速度a F mg m F m a ug 5 103 0 5 0 1 10 7 5 103 N 設(shè)保持勻加速的時(shí)間為t 勻加速能達(dá)到的最大速度為v1 則v1 at 汽車速度達(dá)到v1時(shí) P F v1 t P Fa 6 0 104 7 5 103 0 5 16 s 三 功和能動(dòng)能學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 知道能的概念2 理解功和能關(guān)系 即功是能轉(zhuǎn)化的量度 3 知道動(dòng)能定義4 掌握動(dòng)能表達(dá)式 Ek mv2 2 5 知道動(dòng)能與動(dòng)量的聯(lián)系和區(qū)別 1 能的概念 粗淺地說(shuō) 如果一個(gè)物體能夠?qū)ν饨缱龉?我們就說(shuō)物體具有能量 如流動(dòng)的河水能夠推動(dòng)水輪機(jī)而做功 舉到高處的鐵錘下落時(shí)能夠把木狀打進(jìn)土里而做功 流動(dòng)的河水 舉高的鐵錘都具有能量 2 能量有各種不同的形式 各種不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化 而且在轉(zhuǎn)化過(guò)程中守恒 在這種轉(zhuǎn)化過(guò)程中 功扮演著重要的角色 例如 舉重運(yùn)動(dòng)員把重物舉起來(lái) 被壓縮的彈簧放開(kāi)時(shí)把一個(gè)小球彈出去 列車在機(jī)車的牽引下加速運(yùn)動(dòng) 起重機(jī)提升重物 分析以上例子中能的轉(zhuǎn)化和做功的過(guò)程之間的關(guān)系 由上可知 做功的過(guò)程就是能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程 做了多少功就有多少能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化 即功是能轉(zhuǎn)化的量度 由功和能的這種關(guān)系 就可以通過(guò)做功的多少 定量的研究能量及其轉(zhuǎn)化的問(wèn)題了 3 動(dòng)能的概念 物體由于運(yùn)動(dòng)具有的能量叫做動(dòng)能 動(dòng)能是描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量 研究課本8 10實(shí)驗(yàn) 想一想 動(dòng)能與哪些因素有關(guān) 實(shí)驗(yàn)表明 物體的運(yùn)動(dòng)速度越快大 質(zhì)量越大 動(dòng)能越大 4 動(dòng)能公式的推導(dǎo) 如圖所示 水平面光滑 則 F mav22 v12 2ass v22 v12 2aw Fs ma v22 v12 2a 1 2mv22 1 2mv12 此式看出力F所做的功等于1 2mv2這個(gè)物理量的變化 在物理學(xué)中用1 2mv2表示物體的動(dòng)能 用Ek表示 即 物體動(dòng)能的大小等于它的質(zhì)量與它的速度平方乘積的一半 因速度具有相對(duì)性 從而動(dòng)能也具有相對(duì)性 動(dòng)能是標(biāo)量 只有大小 沒(méi)有方向 單位是 焦耳 6 動(dòng)能與動(dòng)量的聯(lián)系和區(qū)別 1 Ek mv2 2和P mv P2 2mEk 2 動(dòng)量是矢量 動(dòng)能是標(biāo)量 課堂練習(xí)題 下列說(shuō)法正確的是 A 能就是功 功就是能 B 做功越多 物體的能就越大 C 外力對(duì)物體不做功 這個(gè)物體就沒(méi)有能量 D 能量轉(zhuǎn)化的多少可用功來(lái)量度 2 兩物體質(zhì)量比為1 4 速度比為4 1 則兩個(gè)物體的動(dòng)能比 A 1 1B 1 4C 4 1D 2 1 D C 以下關(guān)于動(dòng)能和動(dòng)量的關(guān)系正確的是 A 物體的動(dòng)能改變 其動(dòng)量也一定改變 B 物體的動(dòng)量改變 則其動(dòng)能一定改變 C 動(dòng)能是矢量 動(dòng)量是標(biāo)量 D 物體的速度不變 則動(dòng)量不變 動(dòng)能也不變 4 兩個(gè)具有相等動(dòng)量的物體 質(zhì)量分別為m1和m2 且m1 m2 比較它們的動(dòng)能 則 A m2的動(dòng)能較大 Bm1 的動(dòng)能較大 C 動(dòng)能相等 D 不能確定 5 兩個(gè)小球的質(zhì)量分別為m1和m2 且m1 4m2 當(dāng)它們的動(dòng)能相等時(shí) 它們的動(dòng)量之比P1 P2 AD A 2 1 課堂小結(jié) 1 能的概念2 功和能關(guān)系 即功是能轉(zhuǎn)化的量度 3 動(dòng)能定義4 動(dòng)能表達(dá)式 Ek mv2 2 5 動(dòng)能與動(dòng)量的聯(lián)系和區(qū)別 本節(jié)課目標(biāo) 1 理解動(dòng)能定理 知道動(dòng)能定理的適用條件 會(huì)用動(dòng)能定理進(jìn)行計(jì)算 2 理解動(dòng)能定理的推導(dǎo)過(guò)程 3 會(huì)用動(dòng)能定理解決力學(xué)題 知道用動(dòng)能定理解題的步驟 第五課時(shí) 復(fù)習(xí) 1 關(guān)于動(dòng)和能的關(guān)系 正確的是 A 能是物體具有做功的本領(lǐng)B 功是能量轉(zhuǎn)化的量度C 功是在物體狀態(tài)發(fā)生變化過(guò)程中的過(guò)程量 能是物體的狀態(tài)量 D 動(dòng)和能具有相同的單位 它們的意義完全相同 2 對(duì)于一定質(zhì)量的物體 正確的說(shuō)法是 A 物體質(zhì)量發(fā)生變化 動(dòng)能也一定變化 B 物體速度不變 動(dòng)能也一定不變 C 物體動(dòng)能發(fā)生變化 速度也一定變化 D 物體動(dòng)能不變 速度也一定不變 問(wèn)題 知識(shí)要點(diǎn) 一 動(dòng)能定理 1 內(nèi)容 合力所做的功等于物體動(dòng)能的變化 2 推導(dǎo) 3 數(shù)學(xué)表達(dá)式 W合 Ek Ek末 Ek初 注意 W合為外力做功的代數(shù)和 Ek是物體動(dòng)能的增量 Ek為正值時(shí) 說(shuō)明物體動(dòng)能增加 Ek為負(fù)值時(shí) 說(shuō)明物體的動(dòng)能減少 動(dòng)能定理說(shuō)明外力功是物體動(dòng)能變化的量度 其外力可以是一個(gè)力 也可以是幾個(gè)力的合力 外力可以是動(dòng)力 也可以是阻力 因此定理常用的表達(dá)式還有 若W 0 Ek2 Ek1 0 即Ek2 Ek1 說(shuō)明外力為動(dòng)力 在動(dòng)力作用下物體作加速運(yùn)動(dòng) 即外力對(duì)物體做正功 它的值等于物體功能的增加量 反之表示外力作負(fù)功 它的值等于物體功能的減小量 若W 0 即Ek2 Ek1 表示外力對(duì)物體不作功 物體的功能是守恒的 動(dòng)能定理只涉及物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各外力做功的代數(shù)和及物體初末兩狀態(tài)的動(dòng)能 而不考慮運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的各細(xì)節(jié)情況 如a t等 因此應(yīng)用動(dòng)能定理解題比較方便 尤其是物體在變力情況下 FS 1 2mv22 1 2mv12W動(dòng) W阻 EK2 EK1 W Ek 二 動(dòng)能定理的應(yīng)用 應(yīng)用動(dòng)能定理進(jìn)行解題的步驟 確定研究對(duì)象 明確它的運(yùn)動(dòng)過(guò)程 并建立好模型 分析物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的受力情況 明確各個(gè)力是否做功 是正功還是負(fù)功 明確起始狀態(tài)和終了狀態(tài)的動(dòng)能 可分段 亦可對(duì)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程 用W總 Ek Ek2 Ek1列方程求解 例2 用拉力F拉一個(gè)質(zhì)量為m的木箱由靜止開(kāi)始在水平冰道上移動(dòng)了s 拉力F跟木箱前進(jìn)的方向的夾角為 木箱與冰道間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 求木箱獲得的速度 例1一架飛機(jī) 質(zhì)量m 5 0 103Kg 起飛過(guò)程中從靜止開(kāi)始滑跑的路程為S 5 3 102m時(shí) 達(dá)到起飛速度v 60m s 在此過(guò)程中飛機(jī)受到的平均阻力是重量的0 02倍 求飛機(jī)受到的牽引力 例3 物體從高出地面H處自由落下 不計(jì)空氣阻力 落至地面掉入沙坑h停止 求物體在沙坑中受到的平均阻力是其重力的多少倍 解法一 分過(guò)程處理解法二 整體法 例3 一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在一個(gè)恒力F作用下由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng) 速度達(dá)到v 然后換成一個(gè)方向相反大小為3F的恒力作用 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后 質(zhì)點(diǎn)回到出發(fā)點(diǎn) 求質(zhì)點(diǎn)回到原出發(fā)點(diǎn)時(shí)的速度 課堂針對(duì)訓(xùn)練 1 下列關(guān)于運(yùn)動(dòng)物體所受的合外力 合外力做功和功能變化的關(guān)系正確的是 A 如果物體所受的合外力為零 那么 合外力對(duì)物體做的功一定為零 B 如果合外力對(duì)物體所做的功為零 則合外力一定為零 C 物體在合外力作用下作變速運(yùn)動(dòng) 動(dòng)能一定變化 D 物體的動(dòng)能不變 所受的合外力必定為零 2 關(guān)于做功和物體動(dòng)能變化的關(guān)系 不正確的是 A 只有動(dòng)力對(duì)物體做功 物體的動(dòng)能增加 B 只有物體克服阻力做功 它的動(dòng)能減少 C 外力對(duì)物體做功的代數(shù)和等于物體的末動(dòng)能與初動(dòng)能之差 D 動(dòng)力和阻力都對(duì)物體做功 物體的動(dòng)能一定變化 A C 3 一個(gè)物體沿著高低不平的曲面做勻速率運(yùn)動(dòng) 在下面幾種說(shuō)法中 正確的是 A 動(dòng)力做的功為零 B 動(dòng)力做的功不為零 C 動(dòng)力做功與阻力做功的代數(shù)和為零 D 合力做的功為零 4 某人用手將1kg的物體由靜止向上提起1m 這時(shí)物體的速度為2m s 則手對(duì)物體做的功是 CD 小結(jié) 動(dòng)能定理反映了合力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系 動(dòng)能定理習(xí)題課 本節(jié)課知識(shí)要點(diǎn)一 用動(dòng)能定理解決變力做功的方法 一般不直接求功 而是先分析動(dòng)能變化 再由動(dòng)能定理求功 例1 從高為h處水平地拋出一個(gè)質(zhì)量為m的小球 落地點(diǎn)與拋出點(diǎn)水平距離為s 求拋球時(shí)人對(duì)球所做的功 分析和解答 本題中人對(duì)球做的功不能用Fs求出 只能通過(guò)做功等于小球動(dòng)能的變化這個(gè)關(guān)系求 小球初速度為零 拋出時(shí)末速度即平拋運(yùn)動(dòng)的初速度 v s t 所以拋球時(shí)所做的功為 W mv2 2 0 ms2g 4h 練習(xí) 質(zhì)量為m的汽車 啟動(dòng)后在發(fā)動(dòng)機(jī)的功率保持不變的條件下行駛 經(jīng)時(shí)間t前進(jìn)距離為s后 速度達(dá)量大值v 若行駛中受到的阻力大小不變 求汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的功率 例2 如圖4 12所示 質(zhì)量為m的物體靜放在水平光滑的平臺(tái)上 系在物體上的繩子跨過(guò)光滑的定滑輪由地面以速度v0向右勻速走動(dòng)的人拉著 設(shè)人從地面上且從平臺(tái)的邊緣開(kāi)始向右行至繩和水平方向成30 角處 在此過(guò)程中人所做的功為 A mv02 2 B mv02 C 2mv02 3 D 3mv02 8 可見(jiàn) 用動(dòng)能定理解決變力做功是一種常用方法 解此類問(wèn)題關(guān)鍵是分清各力做功情況和初末動(dòng)能 本節(jié)課知識(shí)要點(diǎn)二 1 動(dòng)能定理的另一種表示 W合 W1 EK 2 運(yùn)用動(dòng)能定理對(duì)復(fù)雜過(guò)程列式求解的方法 分段列式法 全程列式法 例1質(zhì)量為1kg物體與水平面間摩擦力為5N 在10N水平力作用下由靜止開(kāi)始前進(jìn)2m后撤去外力 再前進(jìn)1m 此時(shí)物體仍在運(yùn)動(dòng) 其速度為多大 物體最終停止運(yùn)動(dòng) 其經(jīng)過(guò)的全部位移為多大 可見(jiàn) 物體運(yùn)動(dòng)有幾個(gè)過(guò)程時(shí) 對(duì)全程列式較簡(jiǎn)單 對(duì)全程列式時(shí) 關(guān)鍵是分清整個(gè)過(guò)程有哪些力做功 且各力做功應(yīng)與位移對(duì)應(yīng) 并確定初末態(tài)動(dòng)能 練習(xí) 如圖質(zhì)量為m的物體從高為h斜面由靜止滑下 然后在水平面上滑行一段距離后停下來(lái) 已知傾角為 動(dòng)磨擦因素為 求物體滑行的距離 五重力勢(shì)能 如圖 物體從高度h1點(diǎn)下落h2點(diǎn) 重力做功為WG mgh1 mgh2據(jù)功和能的關(guān)系WG等于mgh的變化 在物理學(xué)中用mgh表示重力勢(shì)能 Ep mghWG EP1 EP2即重力做功等于重力勢(shì)能的變化的負(fù)值 重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系 重力做正功 重力勢(shì)能減少重力做負(fù)功 重力勢(shì)能增加 且重力做功的大小等于重力勢(shì)能的變化 1 重力勢(shì)能的概念 受重力作用的物體具有與它的高度有關(guān)的能稱為重力勢(shì)能 重力做功的特點(diǎn) 據(jù)重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系可知 重力做功與移動(dòng)路徑無(wú)關(guān) 只跟物體的起點(diǎn)位置和終點(diǎn)位置有關(guān) 重力勢(shì)能的相對(duì)性 因?yàn)閔具有相對(duì)性 重力勢(shì)能也具有相對(duì)性 因此要取一個(gè)零勢(shì)能面 注 重力勢(shì)能是物體與地球所組成的系統(tǒng)所共有的能量 其數(shù)值Ep mgh與參考面的選擇有關(guān) 式中的h是物體重心到參考面的高度 當(dāng)物體在參考面之上時(shí) Ep為正值 當(dāng)物體在參考面之下時(shí) Ep為負(fù)值 一般可選地面或某物體系中的最低點(diǎn)為零勢(shì)能參考點(diǎn) 物體在兩位置間的勢(shì)能差與參考面的選擇無(wú)關(guān) 我們更多關(guān)心是勢(shì)能差 注意 勢(shì)能的正 負(fù)是用來(lái)表示大小 不是表示方向的 學(xué)生練習(xí)一 1關(guān)于重力勢(shì)能的說(shuō)法 正確的有 A 重力勢(shì)能只由重物決定 B 重力勢(shì)能不能有負(fù)值 C 重力勢(shì)能的大小是相對(duì)的 D 物體克服重力做的功等于勢(shì)能的增加 2井深8m 井上支架高2m 在支架上用一根3m長(zhǎng)的繩子系住一個(gè)重100N的物體 則物體的重力勢(shì)能是 以地面為參考面 A 100J B 700J C 100J D 無(wú)法確定 學(xué)生練習(xí)二 一根長(zhǎng)為2m 重力為200N的均勻木桿放在水平地面上 現(xiàn)將它的一端從地面提高0 5m 另一端仍擱在地面上 則至少所需做的功為 g取10m s2 A 400J B 200J C 100J D 50J 總結(jié) 重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系 重力做正功 重力勢(shì)能減少 克服重力做功 重力勢(shì)能增大 WG mgh1 mgh2 物體下降時(shí) WG mgh 物體上升時(shí)WG mgh 物體高度不變時(shí) WG 0 二 彈性勢(shì)能的概念 物體由于彈性形變而具有的與它的位置有關(guān)的勢(shì)能稱為彈性勢(shì)能 它的大小與形變有關(guān) 勢(shì)能又叫位能 是由相互作用的物體的相對(duì)位置決定的 學(xué)生練習(xí)三 1 沿著高度相同 坡度不同 粗糙程度也不同的斜面向上拉同一物體到頂端 以下說(shuō)法中正確的是 A 沿坡度小 長(zhǎng)度大的斜面上升克服重力做的功多 B 沿長(zhǎng)度大 粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功多 C 沿坡度大 粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功多 D 上述幾種情況重力做功同樣多 E 不能確定 作業(yè) 書(shū)練習(xí)題2 3 4 5 六 機(jī)械能守恒定律 1 機(jī)械能E的概念 動(dòng)能 彈性勢(shì)能和重力勢(shì)能統(tǒng)稱機(jī)械能 即 E Ek Ep 2 證明 3 機(jī)械能守恒定律 內(nèi)容 如果沒(méi)有摩擦力和介質(zhì)阻力 物體只發(fā)生動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化時(shí) 機(jī)械能的總量保持不變 或者說(shuō)在只有重力和系統(tǒng)內(nèi)彈力做功的情況下 物體的動(dòng)能和勢(shì)能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化 但機(jī)械能的總量保持不變 機(jī)械能守恒的條件 機(jī)械能守恒條件 只有重力和系統(tǒng)內(nèi)相互作用彈力做功 注意 只有重力和系統(tǒng)內(nèi)相互作用彈力做功時(shí) 只是系統(tǒng)內(nèi)動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化 系統(tǒng)機(jī)械能守恒 如果其它力做功 則說(shuō)明系統(tǒng)的機(jī)械能和系統(tǒng)外的能有轉(zhuǎn)化 系統(tǒng)機(jī)械能不守恒 如果所有力但都不做功 系統(tǒng)動(dòng)能和勢(shì)能均不發(fā)生變化 系統(tǒng)機(jī)械能還是守恒的 公式 E1 E2或 Ek Ep 例題分析一 1如圖 輕桿兩端連接質(zhì)量分別為m 2m ab兩球 可繞桿中心的水平軸無(wú)磨擦轉(zhuǎn)動(dòng) 現(xiàn)讓輕桿從水平位置無(wú)初速釋放 在桿轉(zhuǎn)至豎直的過(guò)程中 A b球的重力勢(shì)能減少 動(dòng)能增加 B a球的重力勢(shì)能增加 動(dòng)能減少C a球和b球的總機(jī)械能守恒 Da球和b球的總機(jī)械能不守恒 2物體在地面附近以2m s2的加速度勻減速豎直上升 則在上升過(guò)程中 物體的機(jī)械能的變化是 A 不變B 減少C 增大D 無(wú)法確定 學(xué)生練習(xí) 在下列運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 物體的機(jī)械能守恒的是 A 物體沿圓弧勻速下滑過(guò)程中 B 物體沿光滑曲面自由下滑過(guò)程中 C 人造衛(wèi)星沿橢圓軌道繞地球運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中 D 圓錐擺的擺球在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中 學(xué)生練習(xí) 在下列情況中 物體的機(jī)械能守恒的是 A 手榴彈在空中飛行過(guò)程中 不計(jì)空氣阻力 B 子彈射入放在光滑水平面上的木塊的過(guò)程中 C 細(xì)繩的一端系一小球 繩的另一端固定 使小球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng) D 小球落到豎直放置的彈簧上之后運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的小球 方法 用做功來(lái)判定 一般對(duì)一個(gè)物體 用能量轉(zhuǎn)換來(lái)判定 常用于系統(tǒng) 分析和解答 此問(wèn)用豎直上拋知識(shí)可解決 但由于物體在空中只有重力作功 故機(jī)械能守恒 所以選用機(jī)械能守恒定律解題 以地面為參考面 則E1 mv02 在最高點(diǎn)動(dòng)能為零 故E2 mgh 由E1 E2得mv2 2 mgh h 5 米 初態(tài)設(shè)在地面 E1 mv2 終態(tài)設(shè)在h1高處 E2 mgh1 mv12 2 2mgh1 因?yàn)闄C(jī)械能守恒 E1 E2 mv2 2 2mgh1 h1 V2 4g 2 5 m 可見(jiàn) 用機(jī)械能守恒定律解題關(guān)鍵是正確找出初 末態(tài)的機(jī)械能 包括動(dòng)能和勢(shì)能 例 以10m s的速度將質(zhì)量是m的物體豎直向上拋出 若空氣阻力忽略 g 10m s2則 物體上升的最大高度是多少 上升過(guò)程在何處重力勢(shì)能和動(dòng)能相等 七 機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用 解題步驟 明確研究對(duì)象和它的運(yùn)動(dòng)過(guò)程 分析研究對(duì)象在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的受力情況 弄清是否只有系統(tǒng)內(nèi)的重力和彈力做功 判定機(jī)械能是否守恒 確定物體運(yùn)動(dòng)的起始和終了狀態(tài) 選定零勢(shì)能參考平面后確定的物體在始 末兩狀態(tài)的機(jī)械能 根據(jù)機(jī)械能守恒定律列出方程 統(tǒng)一單位后代入數(shù)據(jù)解方程 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全