2019版高中物理 第七章 機械能守恒定律 7.1 追尋守恒量 7.2 功同步配套課件 新人教版必修2.ppt

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第七章機械能守恒定律 1 追尋守恒量 能量2 功 自我檢測 自主閱讀 一 追尋守恒量 能量1 能量無處不在 并且不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化 如水庫里水的勢能通過水輪機和發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能 汽車將汽油的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為動能 核電站將核能轉(zhuǎn)化為電能 2 伽利略斜面實驗探究讓靜止的小球沿一個斜面滾下 小球?qū)L上另一個對接斜面 沒有摩擦?xí)r hA hB 如圖所示 看起來小球好像 記得 自己的起始高度或與高度相關(guān)的某個量 這一事實被后來的物理學(xué)家說成是 某個量是守恒的 并且把這個量叫做能量 自我檢測 自主閱讀 3 能量概念 1 動能 物體由于運動而具有的能量 2 勢能 相互作用的物體憑借其位置而具有的能量 3 能的轉(zhuǎn)化 在伽利略的理想斜面實驗中 小球的勢能和動能可相互轉(zhuǎn)化 自我檢測 自主閱讀 二 功1 概念 一個物體受到力的作用 并在力的方向上發(fā)生了一段位移 這個力就對物體做了功 2 做功的兩個不可缺少的因素 1 力 2 物體在力的方向上發(fā)生的位移 3 公式W Flcos 其中F l 分別為力的大小 位移的大小和力與位移方向的夾角 其中當(dāng)力F與位移l同向時 W Fl 4 單位 國際單位制中 功的單位是焦耳 簡稱焦 符號是J 自我檢測 自主閱讀 三 正功和負功由W Flcos 可知 1 當(dāng) 時 W 0 力對物體不做功 力既不是阻力也不是動力 2 當(dāng)0 時 W 0 力對物體做正功 做功的力是動力 3 當(dāng) 時 W 0 力對物體做負功 或說成物體克服這個力做功 做功的力是阻力 四 總功的計算當(dāng)一個物體在幾個力的共同作用下發(fā)生一段位移時 這幾個力對物體所做的總功有兩種計算方法 1 總功等于各個分力分別對物體所做功的代數(shù)和 2 總功等于幾個力的合力對物體所做的功 自我檢測 自主閱讀 正誤辨析 1 公式W Fl中的l是物體運動的路程 解析 公式W Fl中的l是物體在力的方向上發(fā)生的位移 不是路程 答案 2 物體的受力垂直于它的位移時 該力不做功 答案 3 力F1 F2做的功分別為W1 10J W2 15J 則W1 W2的方向相反 解析 功是標量 沒有方向 答案 探究一 探究二 探究三 情景導(dǎo)引下面三種情景中 人是否對物體做功 要點提示甲圖中 杠鈴不動 沒有位移 人對杠鈴沒有做功 乙圖中 花在力的方向上沒有位移 人對花沒有做功 丙圖中 拖把在人對它的力的方向上發(fā)生了位移 人對拖把做功 對功的理解 知識歸納1 力對物體是否做功 決定于兩個因素 做功的力 物體在力的方向上發(fā)生的位移 而與其他因素 諸如物體運動的快慢 運動的性質(zhì) 接觸面是否光滑 物體質(zhì)量的大小等均無關(guān)系 2 功是一個過程量 描述的是力在物體沿力的方向發(fā)生位移的過程中的積累效應(yīng) 3 對W Flcos 的理解 1 W Flcos 僅適用于計算恒力的功 2 F表示力的大小 l表示力的作用點相對于地面的位移的大小 l也常常說是物體相對于地面的位移大小 表示力和位移方向間的夾角 畫龍點睛公式的表達W Flcos 可理解為 功等于沿力F方向的分位移與力的乘積 也可以理解為 功等于位移與沿位移方向的分力的乘積 探究一 探究二 探究三 探究一 探究二 探究三 典例剖析 例1 如圖所示 質(zhì)量為m 2kg的物體靜止在水平地面上 受到與水平地面夾角為 37 大小F 10N的拉力作用 物體移動了l 2m 物體與地面間的動摩擦因數(shù) 0 3 g取10m s2 cos37 0 8 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 4 彈力FN所做的功W4 5 合力F合所做的功W 解析 1 對物體進行受力分析 如圖所示 W1 Flcos 10 2 0 8J 16J 2 FN G Fsin 20N 10 0 6N 14N Ff FN 0 3 14N 4 2NW2 Fflcos180 4 2 2J 8 4J 3 W3 Glcos90 0 4 W4 FNlcos90 0 5 W W1 W2 W3 W4 7 6J 也可由合力求總功 F合 Fcos Ff 10 0 8N 4 2N 3 8NF合與l方向相同 所以W F合l 3 8 2J 7 6J 答案 1 16J 2 8 4J 3 0 4 0 5 7 6J 探究一 探究二 探究三 探究一 探究二 探究三 規(guī)律方法計算恒力做功要注意的三個問題 1 某力對物體做功只跟這個力和物體的位移以及力與位移間的夾角有關(guān) 跟物體是否還受其他力的作用無關(guān) 2 力F與位移l必須具有同時性 即l必須是力F作用過程中的位移 3 計算功時一定要明確在哪段位移過程中對哪個物體做的功 探究一 探究二 探究三 變式訓(xùn)練1如圖所示 物體在力的作用下在水平面上發(fā)生一段位移x 試分別計算這四種情況下力F對物體所做的功 設(shè)在這四種情況下力F和位移x的大小都相同 F 10N x 1m 角 的大小如圖所示 分別說明每種情況下力F做功的正負 并求出功 探究一 探究二 探究三 答案 見解析 探究一 探究二 探究三 情景導(dǎo)引 1 如圖甲所示 前面的人向前拉車 后面的人向后拉車 兩個人分別對車做了什么功呢 2 如圖乙所示 推出的鉛球在空中運動的過程中 重力對鉛球的做功情況如何 對正功和負功的理解 探究一 探究二 探究三 要點提示 1 前面的人對車的拉力與小車位移方向的夾角小于90 做正功 后面的人對車的拉力與小車位移方向的夾角大于90 做負功 2 推出的鉛球在上升過程中 重力方向與速度方向夾角大于90 重力對鉛球做負功 鉛球在下落中 重力方向與速度方向的夾角小于90 重力對鉛球做正功 探究一 探究二 探究三 知識歸納1 功是標量 1 功是標量 只有量值 沒有方向 功的正 負并不表示功的方向 而且也不是數(shù)量上的正與負 我們既不能說 正功與負功的方向相反 也不能說 正功大于負功 它們僅表示相反的做功效果 2 一個力對物體做負功 往往說成物體克服這個力做功 2 判斷力是否做功及做功正負的方法 1 看力F的方向與位移l的方向間的夾角 常用于恒力做功的情形 例如 如圖所示 光滑水平面上有一光滑斜面b a由斜面頂端靜止滑下 b對a的支持力FN對a物體做了負功 因為支持力FN與位移l之間的夾角始終大于90 探究一 探究二 探究三 2 看力F的方向與速度v的方向間的夾角 常用于曲線運動的情形 例如 人造地球衛(wèi)星在橢圓軌道上運行 由如圖所示中的a點運動到b點的過程中 萬有引力做負功 因為萬有引力的方向和速度方向的夾角始終大于90 探究一 探究二 探究三 3 正功 負功的物理意義功的正負由力和位移之間的夾角決定 所以功的正負不表示方向 而只能說明做功的力對物體來說是動力還是阻力 探究一 探究二 探究三 典例剖析 例2 多選 如圖所示 人站在自動扶梯上不動 隨扶梯向上勻速運動 下列說法正確的是 A 重力對人做負功B 摩擦力對人做正功C 支持力對人做正功D 合力對人做功為零解析 人隨電梯向上勻速運動時只受重力和豎直向上的支持力 重力與速度方向的夾角大于90 所以重力做負功 支持力方向與速度方向間的夾角小于90 支持力做正功 人受的合力為零 所以合力做功為零 選項A C D正確 B錯誤 答案 ACD 探究一 探究二 探究三 規(guī)律方法力做正功還是負功的判斷方法1 判斷力F與位移l的夾角 90 力做負功 90 力不做功 2 判斷力F與速度v的夾角 90 力做負功 90 力不做功 3 判斷速率增大還是減小 若在力作用下速率增大 此力做正功 反之做負功 探究一 探究二 探究三 變式訓(xùn)練2一人乘電梯從1樓到20樓 在此過程中經(jīng)歷了先加速 后勻速 再減速的運動過程 則電梯對人的支持力的做功情況是 A 加速時做正功 勻速時不做功 減速時做負功B 加速時做正功 勻速和減速時做負功C 加速和勻速時做正功 減速時做負功D 始終做正功解析 在加速 勻速 減速的過程中 支持力與人的位移方向始終相同 所以支持力始終對人做正功 故D正確 答案 D 探究一 探究二 探究三 情景導(dǎo)引羽毛球擊出后 在落地的過程中 重力對它做了2J的功 風(fēng)力對它做了1J的功 有的同學(xué)認為 根據(jù)平行四邊形定則 重力和風(fēng)力一共對羽毛球做的總功是J 是這樣嗎 要點提示功是標量 不能根據(jù)平行四邊形定則求總功 各力做功的代數(shù)和就等于總功 則重力和風(fēng)力一共對羽毛球做的總功是3J 總功及其求解思路 探究一 探究二 探究三 知識歸納計算總功的思路由合力與分力的等效替代關(guān)系知 合力與分力做功也是可以等效替代的 因此計算總功時有兩種基本思路 1 受力與過程分析 求合力 求合力的功W合 F合lcos 2 受力與過程分析 求各力的功 求合力的功W合 W1 W2 Wn 探究一 探究二 探究三 典例剖析 例3 如圖所示 一個質(zhì)量m 2kg的物體 受到與水平方向成37 角斜向上的拉力F1 F1 20N 在水平地面上移動的位移l 2m 物體與地面間的滑動摩擦力F2 7N cos37 0 8 求外力對物體所做的總功 探究一 探究二 探究三 解析 解法1 拉力F1對物體所做的功為W1 F1lcos37 20 2 0 8J 32J摩擦力F2對物體所做的功為W2 F2lcos180 7 2 1 J 14J外力對物體所做的總功W等于W1和W2的代數(shù)和 所以W W1 W2 18J 解法2 物體受到的合力為F合 F1cos37 F2 20 0 8N 7N 9N所以W F合l 9 2J 18J 答案 18J 探究一 探究二 探究三 規(guī)律方法兩種求合力做功方法的選取原則 1 如果物體處于平衡狀態(tài)或某一方向受力平衡時 合力為零 或者物體在某一方向上做勻變速直線運動時 合力等于ma 用先求合力再求功的方法更簡便 2 如果已知物體在運動過程中受力變化 所受的力中有的不做功 有的做功且方便求得該力的功 如重力的功 時 應(yīng)選擇W合 W1 W2 探究一 探究二 探究三 變式訓(xùn)練3如圖所示 質(zhì)量為m的物體靜止在傾角為 的斜面上 物體與斜面間的動摩擦因數(shù)為 現(xiàn)使斜面水平向左勻速移動距離l 該過程中 斜面對物體做的功 各力對物體做的總功分別是 A mglsin cos 0B 0 0C 0 mglsin cos D mglsin cos mglsin cos 探究一 探究二 探究三 解析 根據(jù)物體的平衡條件 可得Ff mgsin FN mgcos 各力的功分別為WFf Ff lcos 180 mglsin cos WFN FN lcos 90 mglcos sin WG mglcos90 0 斜面對物體做的功為斜面對物體施加的力做功的代數(shù)和W斜 WFf WFN 0 各個力對物體所做的總功等于各力做功的代數(shù)和 即W總 WFf WFN WG 0 故選項B正確 答案 B 1 2 3 4 1 多選 關(guān)于伽利略的斜面實驗 下列描述正確的是 A 伽利略的斜面實驗對于任意斜面都適用 都可以使小球在另一斜面上升到同樣的高度B 只有斜面光滑時 才有可能重復(fù)伽利略實驗C 在伽利略斜面實驗中 只有斜面 坡度 較緩才有可能使小球上升到同樣高度D 設(shè)想在伽利略斜面實驗中 若斜面光滑 并且使斜面變成水平 則可以使小球沿水平面運動到無窮遠處解析 在伽利略斜面實驗中 必須是阻力不計 斜面光滑 時 小球才能在另一斜面上升到相同高度 而不用管另一斜面的傾角多大 所以 A C項錯 B項正確 當(dāng)斜面的傾角減小到接近0 時 小球仍欲在斜面上上升到同樣高度 所以D項中的設(shè)想是合理的 答案 BD 1 2 3 4 2 如圖所示的四幅圖是小新提包回家的情景 小新對提包的拉力沒有做功的是 A 人將包從地上提起來B 人提著包 站在勻速行駛的車上C 人提著包 乘升降電梯上樓D 人提著包上樓解析 據(jù)功的概念及功的兩個因素可知 只有同時滿足力及在力的方向上有位移兩個條件時 力對物體才做功 故人將包從地上提起來 乘升降電梯上樓和提著包上樓人對包做了功 答案 B 1 2 3 4 3 如圖所示 兩個互相垂直的力F1和F2作用在同一物體上 使物體沿虛線方向運動 在通過一段位移的過程中 F1對物體做功4J F2對物體做功3J 則F1和F2的合力對物體做的功為 A 5JB 7JC 1JD 3 5J解析 功是標量 求合力的功用兩個功的代數(shù)和而不是根據(jù)平行四邊形定則求解 故W合 W1 W2 7J 選項B正確 答案 B 1 2 3 4 4 如圖所示 質(zhì)量為20kg的小孩坐在雪橇上 現(xiàn)用一個與水平方向成 37 大小為60N的力F拉著雪橇沿水平地面從靜止開始以a 0 5m s2的加速度做勻加速直線運動 已知雪橇的質(zhì)量為20kg cos37 0 8 求2s內(nèi)雪橇上各力做的功 合力做的功是多少 解析 2s內(nèi)雪橇的位移l at2 1m重力做功為零 支持力做功為零拉力F做功Wf Flcos 60 1 0 8J 48J雪橇所受合力為F合 ma 40 0 5N 20N合外力對物體做的功W合 F合l 20 1J 20J摩擦力做的功WFf W合 WF 20J 48J 28J 答案 重力做功為零 支持力做功為零 拉力做功48J 摩擦力做功 28J 合力做功20J