2019-2020學年人教版物理必修二課件：第七章 第1節(jié)　追尋守恒量—能量第2節(jié)　功

1、第第1 1節(jié)追尋守恒量節(jié)追尋守恒量能量能量 第第2 2節(jié)功節(jié)功 學習目標學習目標 1.1.知道守恒是自然界的重要規(guī)律知道守恒是自然界的重要規(guī)律, ,初步領會能量轉化、變中有恒的思想。初步領會能量轉化、變中有恒的思想。 2.2.知道相互作用的物體憑借其位置而具有的能量叫做勢能知道相互作用的物體憑借其位置而具有的能量叫做勢能, ,物體由于運動物體由于運動 而具有的能量叫做動能。而具有的能量叫做動能。 3.3.初步認識做功與能量變化的關系。初步認識做功與能量變化的關系。 4.4.理解功的概念理解功的概念, ,知道做功的兩個要素知道做功的兩個要素, ,知道功的計算公式和單位知道功的計算公式和單位, ,

2、知道知道 W=Flcos W=Flcos 的適用范圍。的適用范圍。 5.5.知道功是標量知道功是標量, ,知道負功的兩種等價說法知道負功的兩種等價說法, ,初步理解正功、負功的物理初步理解正功、負功的物理 意義。意義。 6.6.會根據公式計算多個力的總功。會根據公式計算多個力的總功。 自主學習自主學習 教材提煉教材提煉 知識梳理知識梳理 一、追尋守恒量一、追尋守恒量能量能量 1.1.勢能勢能: :相互作用的物體憑借其相互作用的物體憑借其 而具有的能量。而具有的能量。 2.2.動能動能: :物體由于物體由于 而具有的能量。而具有的能量。 3.3.能的轉化能的轉化: :在伽利略的理想斜面實驗中在伽

3、利略的理想斜面實驗中, ,小球的勢能和動能可相互轉化。小球的勢能和動能可相互轉化。 位置位置 運動運動 二、功二、功 1.1.功的概念和公式功的概念和公式 概念概念 物體受到力的作用物體受到力的作用, ,并在并在 上發(fā)生了一段位移上發(fā)生了一段位移, ,這個這個 力就對物體做了功力就對物體做了功 因素因素 (1)(1)力力 (2)(2)物體在力的方向上發(fā)生的物體在力的方向上發(fā)生的 . . 公式公式 (1)(1)力力F F與位移與位移l l同向時同向時:W=:W= . . (2)(2)力力F F與位移與位移l l有夾角有夾角時時:W=:W= 符號符號 含義含義 其中其中F,l,cos F,l,co

4、s 分別表示分別表示 、位移的大小、力與位移、位移的大小、力與位移 方向夾角的余弦方向夾角的余弦 符號單位符號單位F F的單位是牛頓的單位是牛頓,l,l的單位是米的單位是米,W,W的單位是牛的單位是牛米米, ,即即 . . 力的方向力的方向 位移位移 FlFl Flcos Flcos 力的大小力的大小 焦耳焦耳 不做功不做功 做正功做正功 做負功做負功 3.3.總功總功 當物體在幾個力的共同作用下發(fā)生一段位移時當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這幾個力對物體所做的總 功功, ,等于各個力分別對物體所做功的等于各個力分別對物體所做功的 ?？梢宰C明。可以證明, ,

5、它也就是這它也就是這 幾個力的幾個力的 對物體所做的功。對物體所做的功。 代數和代數和 合力合力 練一練練一練 1.1.物質、能量、信息構成世界的基本要素物質、能量、信息構成世界的基本要素, ,下面關于能量的認識中正確下面關于能量的認識中正確 的是的是( ( ) ) A.A.一個物體具有的能量總是守恒的一個物體具有的能量總是守恒的 B.B.在任何過程中能量總是一個守恒量在任何過程中能量總是一個守恒量 C.C.物體對外做了功物體對外做了功, ,它具有的能量將增加它具有的能量將增加 D.D.地面上滾動的足球最終停下來地面上滾動的足球最終停下來, ,說明能量消失了說明能量消失了 B B 解析解析:

6、:能量是描述物體運動屬性的重要物理量能量是描述物體運動屬性的重要物理量, ,在任何過程中能量總是在任何過程中能量總是 一個守恒量一個守恒量, ,所謂所謂“守恒守恒”是指系統(tǒng)中能量相互轉化時總量不變是指系統(tǒng)中能量相互轉化時總量不變, ,而不是而不是 指一個物體具有的能量不變指一個物體具有的能量不變,A,A錯誤錯誤,B,B正確正確; ;能量的轉化是通過做功過能量的轉化是通過做功過 程實現的程實現的, ,物體對外做功的過程即是能量釋放的過程物體對外做功的過程即是能量釋放的過程,C,C錯誤錯誤; ;地面上滾地面上滾 動的足球最終停下來動的足球最終停下來, ,其機械能轉化為內能其機械能轉化為內能, ,能

7、量是不可能消失的能量是不可能消失的, ,只只 會發(fā)生轉化或轉移會發(fā)生轉化或轉移,D,D錯誤。錯誤。 2.2.如圖所示如圖所示, ,起重機的鋼繩上懸掛著重物。下列說法正確的是起重機的鋼繩上懸掛著重物。下列說法正確的是( ( ) ) A.A.當重物靜止時當重物靜止時, ,重力不做功重力不做功, ,鋼繩的拉力做正功鋼繩的拉力做正功 B.B.當重物沿水平方向勻速移動時當重物沿水平方向勻速移動時, ,重力和鋼繩拉力都不做功重力和鋼繩拉力都不做功 C.C.當重物沿豎直方向向上移動時當重物沿豎直方向向上移動時, ,重力和鋼繩拉力都做正功重力和鋼繩拉力都做正功 D.D.當重物沿豎直方向向下移動時當重物沿豎直方

8、向向下移動時, ,重力和鋼繩拉力都做負功重力和鋼繩拉力都做負功 B B 3.3.一只質量為一只質量為0.7 kg0.7 kg的球靜止在水平地面上的球靜止在水平地面上, ,某同學向球踢了一腳某同學向球踢了一腳, ,踢球踢球 用的力為用的力為50 N,10 s50 N,10 s內足球在地面上滾動了內足球在地面上滾動了20 m20 m后停下后停下, ,則則( ( ) ) A.A.人對足球做了人對足球做了1 000 J1 000 J的功的功 B.B.足球滾動過程中地面對球的支持力不做功足球滾動過程中地面對球的支持力不做功 C.C.人對足球做功的功率為人對足球做功的功率為100 W100 W D.D.踢

9、出去的足球踢出去的足球, ,獲得了獲得了1 000 J1 000 J的動能的動能 B B 解析解析: :題中所給出的物理量不具有同一性題中所給出的物理量不具有同一性, ,即不屬于同一過程或同一狀即不屬于同一過程或同一狀 態(tài)態(tài), ,無法求得功等物理量。無法求得功等物理量。 4.4.一飛船返回艙進入大氣層后一飛船返回艙進入大氣層后, ,在離地面在離地面 20 km 20 km 處打開減速傘處打開減速傘, ,如圖所如圖所 示。在返回艙減速下降的過程中示。在返回艙減速下降的過程中( ( ) ) A.A.合力做負功合力做負功 B.B.重力做負功重力做負功 C.C.空氣阻力做正功空氣阻力做正功 D.D.傘

10、繩拉力做正功傘繩拉力做正功 A A 解析解析: :在減速下降過程中在減速下降過程中, ,空氣阻力向上空氣阻力向上, ,重力向下重力向下, ,合力向上合力向上, ,傘繩的拉傘繩的拉 力向上力向上, ,而位移向下而位移向下, ,故合力做負功故合力做負功, ,重力做正功重力做正功, ,空氣阻力做負功空氣阻力做負功, ,傘繩傘繩 的拉力做負功的拉力做負功, ,故故A A正確正確,B,C,D,B,C,D錯誤。錯誤。 5.(5.(20182018浙江浙江6 6月學考月學考) )如圖所示如圖所示, ,質量為質量為m m的小車在與豎直方向成的小車在與豎直方向成角的角的 恒定拉力恒定拉力F F作用下作用下, ,

11、沿水平地面向左運動一段距離沿水平地面向左運動一段距離l l。在此過程中。在此過程中, ,小車受小車受 到的阻力大小恒為到的阻力大小恒為F Ff f, ,則則( ( ) ) A.A.拉力對小車做功為拉力對小車做功為Flcos Flcos B.B.支持力對小車做功為支持力對小車做功為Flsin Flsin C.C.阻力對小車做功為阻力對小車做功為-F-Ff fl l D.D.重力對小車做功為重力對小車做功為mglmgl C C 解析解析: :由做功的公式由做功的公式W=FxW=Fx可得可得, ,拉力做功是拉力做功是Flsin ,Flsin ,重力與支持力與運重力與支持力與運 動方向垂直動方向垂直,

12、 ,所以不做功所以不做功, ,阻力做功是阻力做功是-F-Ff fl,l,故選故選C C。 要點一要點一 功的理解和計算功的理解和計算 課堂探究課堂探究 例例1 1 質量為質量為m m的物體靜止在傾角為的物體靜止在傾角為的斜面上的斜面上, ,如圖所示如圖所示, ,物體與斜面間物體與斜面間 的動摩擦因數為的動摩擦因數為?，F使斜面水平向右勻速移動距離?，F使斜面水平向右勻速移動距離l,l,物體與斜面相對物體與斜面相對 靜止。關于各力對物體做的功靜止。關于各力對物體做的功, ,下列表述正確的是下列表述正確的是( ( ) ) A.A.斜面的支持力對物體不做功斜面的支持力對物體不做功 B.B.斜面的摩擦力對

13、物體做功為斜面的摩擦力對物體做功為-mglcos -mglcos 2 2 C.C.重力對物體不做功重力對物體不做功 D.D.合外力對物體做的功為合外力對物體做的功為mglsin cos mglsin cos C C 思路探究思路探究: :(1)(1)物體受到哪些力的作用物體受到哪些力的作用? ? (2)(2)各力與位移夾角是多少各力與位移夾角是多少? ? 答案答案:(1):(1)物體受到重力、斜面支持力、斜面的靜摩擦力的作用。物體受到重力、斜面支持力、斜面的靜摩擦力的作用。 (2)(2)重力豎直向下重力豎直向下, ,與位移方向垂直與位移方向垂直, ,夾角為夾角為9090; ;支持力與位移方向的

14、夾角為支持力與位移方向的夾角為 9090-,-,摩擦力與位移方向的夾角為摩擦力與位移方向的夾角為180180-。 解析解析: :物體處于靜止狀態(tài)物體處于靜止狀態(tài), ,對物體受力分析可得對物體受力分析可得: :在豎直方向在豎直方向mg=Fmg=FN Ncos +cos + F Ff fsin ,sin ,在水平方向在水平方向F FN Nsin =Fsin =Ff fcos ,cos ,解得解得F FN N=mgcos ,F=mgcos ,Ff f=mgsin ,=mgsin ,支持支持 力與水平方向的夾角為力與水平方向的夾角為9090-,-,支持力做的功為支持力做的功為W WFN FN=F =F

15、N Nlcos (90lcos (90-)=-)= mglsin cos ;mglsin cos ;靜摩擦力與位移方向的夾角為靜摩擦力與位移方向的夾角為180180-,-,靜摩擦力做的功靜摩擦力做的功 W WFf Ff=F =Ff flcos (180lcos (180-)=-mglsin cos ;-)=-mglsin cos ;重力豎直向下重力豎直向下, ,與位移方向垂直與位移方向垂直, , 故重力不做功故重力不做功;W;WFN FN+W +WFf Ff=0, =0,則合外力做功為零。綜上只有選項則合外力做功為零。綜上只有選項C C正確。正確。 規(guī)律方法規(guī)律方法 求力做功的基本思路求力做功

16、的基本思路 (1)(1)計算力做的功計算力做的功, ,首先明確是哪個力做的功。首先明確是哪個力做的功。 (2)(2)功的正負與力的性質無關功的正負與力的性質無關, ,只看力與位移的夾角只看力與位移的夾角。若。若09000;W0;若若=0,=0,則則W=0;W=0;若若9090180180, ,則則W0W0。 (3)(3)求總功有兩種方法求總功有兩種方法, ,可靈活選擇?？伸`活選擇。 針對訓練針對訓練1:1:如圖所示如圖所示, ,光滑斜面放在水平面上光滑斜面放在水平面上, ,斜面上用固定的豎直擋板斜面上用固定的豎直擋板 擋住一個光滑的重球。當整個裝置沿水平面向左減速運動的過程中擋住一個光滑的重球

17、。當整個裝置沿水平面向左減速運動的過程中, ,關于關于 重球所受各力做功情況的說法中錯誤的是重球所受各力做功情況的說法中錯誤的是( ( ) ) A.A.重力不做功重力不做功 B.B.斜面對球的彈力一定做正功斜面對球的彈力一定做正功 C.C.擋板對球的彈力可能不做功擋板對球的彈力可能不做功 D.D.擋板對球的彈力一定做負功擋板對球的彈力一定做負功 C C 解析解析: :對球進行受力分析對球進行受力分析, ,如圖所示如圖所示, ,球受到豎直向下的重力球受到豎直向下的重力mg,mg,垂直于垂直于 斜面向上的彈力斜面向上的彈力N N2 2, ,擋板對它水平向右的彈力擋板對它水平向右的彈力N N1 1,

18、 ,而球的位移方向水平而球的位移方向水平 向左向左, ,重力方向與位移方向垂直重力方向與位移方向垂直, ,重力不做功重力不做功, ,故故A A正確正確; ;由于整個裝置由于整個裝置 向左減速運動向左減速運動, ,加速度水平向右加速度水平向右, ,豎直方向受力平衡豎直方向受力平衡, ,則得則得N N2 20,0,且且N N2 2與與 位移的夾角為銳角位移的夾角為銳角, ,斜面對球的彈力一定做正功斜面對球的彈力一定做正功, ,故故B B正確正確; ;設加速度為設加速度為 a,a,斜面的傾角為斜面的傾角為,根據牛頓第二定律得根據牛頓第二定律得, ,豎直方向豎直方向N N2 2cos -mg=0,co

19、s -mg=0,水水 平方向平方向N N1 1-N-N2 2sin =ma,sin =ma,由以上分析知由以上分析知N N1 10,0,因為擋板對球的彈力因為擋板對球的彈力N N1 1的的 方向與位移方向相反方向與位移方向相反, ,所以所以N N1 1一定做負功一定做負功, ,故故C C錯誤錯誤,D,D正確。故選正確。故選C C。 要點二摩擦力做功的特點要點二摩擦力做功的特點 例例2 2 質量為質量為M M的長木板放在光滑水平地面上的長木板放在光滑水平地面上, ,如圖所示。一個質量為如圖所示。一個質量為m m 的滑塊以某一速度沿木板表面從的滑塊以某一速度沿木板表面從A A端滑到端滑到B B點點

20、, ,在木板上前進的距離為在木板上前進的距離為L,L, 而木板前進的距離為而木板前進的距離為l,l,若滑塊與木板間的動摩擦因數為若滑塊與木板間的動摩擦因數為,求求: : (1)(1)摩擦力對滑塊所做的功多大。摩擦力對滑塊所做的功多大。 (2)(2)摩擦力對木板所做的功多大。摩擦力對木板所做的功多大。 思路探究思路探究: :(1)(1)滑塊滑塊m m和木板和木板M M受到的摩擦力大小和方向如何受到的摩擦力大小和方向如何? ? (2)(2)這一對摩擦力做功的和為正值還是負值這一對摩擦力做功的和為正值還是負值? ?其絕對值的意義是什么其絕對值的意義是什么? ? 答案答案:(1):(1)滑塊滑塊m m

21、受到的摩擦力大小為受到的摩擦力大小為mg,mg,方向向左方向向左;M;M受到的摩擦力大受到的摩擦力大 小為小為mg,mg,方向向右。方向向右。 (2)(2)這一對摩擦力做功的和為負值這一對摩擦力做功的和為負值, ,其絕對值等于摩擦產生的熱量。其絕對值等于摩擦產生的熱量。 解析解析: :由題圖可知由題圖可知, ,木板的位移為木板的位移為l l時時, ,滑塊的位移為滑塊的位移為l+L,ml+L,m與與M M之間的之間的 滑動摩擦力滑動摩擦力F Ff f=mg=mg。 由公式由公式W=Flcos ,W=Flcos ,可得摩擦力對滑塊所做的功為可得摩擦力對滑塊所做的功為 W Wm m=mgl=mglm

22、 mcos 180cos 180=-mg(l+L),=-mg(l+L),負號表示做負功。負號表示做負功。 摩擦力對木板所做的功為摩擦力對木板所做的功為W WM M=mgl=mglM M=mgl=mgl。 答案答案: :(1)-mg(l+L)(1)-mg(l+L)(2)mgl(2)mgl 誤區(qū)警示誤區(qū)警示 對摩擦力做功的認識對摩擦力做功的認識 (1)(1)不能認為摩擦力總是做負功不能認為摩擦力總是做負功, ,摩擦力可以做正功摩擦力可以做正功, ,可以做負功可以做負功, ,也可也可 以不做功以不做功, ,要搞清摩擦力與物體位移之間的關系要搞清摩擦力與物體位移之間的關系, ,其中位移是相對地面其中位

23、移是相對地面 的位移。的位移。 (2)(2)作用力與反作用力同時存在作用力與反作用力同時存在, ,作用力做功時作用力做功時, ,反作用力可能做功反作用力可能做功, ,也也 可能不做功可能不做功, ,可以做正功可以做正功, ,也可以做負功。也可以做負功。 針對訓練針對訓練2:2:以一定的初速度豎直向上拋出質量為以一定的初速度豎直向上拋出質量為m m的小球的小球, ,它上升的最大它上升的最大 高度為高度為h,h,空氣阻力的大小恒為空氣阻力的大小恒為F Ff f。則從拋出至落到地面的過程中。則從拋出至落到地面的過程中( ( ) ) A.A.重力做的功重力做的功mg(H+h)mg(H+h) B.B.空

24、氣阻力做的功空氣阻力做的功-F-Ff fH H C.C.克服空氣阻力做功克服空氣阻力做功F Ff f(H+2h)(H+2h) D.D.外力對小球做的總功為外力對小球做的總功為mgH+FmgH+Ff f(H+2h)(H+2h) C C 解析解析: :重力做功只跟物體的重力及物體始末位置的高度差有關重力做功只跟物體的重力及物體始末位置的高度差有關, ,即即W WG G= = mgH,AmgH,A錯誤錯誤; ;上升、下降過程中上升、下降過程中, ,阻力均做負功阻力均做負功, ,上升過程中上升過程中W WFf1 Ff1=-F =-Ff fh,h,下下 降過程中降過程中W WFf2 Ff2=-F =-F

25、f f(H+h),(H+h),故整個過程中克服空氣阻力做功為故整個過程中克服空氣阻力做功為F Ff f(H+2h),B(H+2h),B 錯誤錯誤,C,C正確正確; ;外力對小球做的總功為外力對小球做的總功為W W總 總=W =WG G+W+WFf Ff=mgH-F =mgH-Ff f(H+2h),D(H+2h),D錯誤。錯誤。 要點三變力做功的計算要點三變力做功的計算 例例33 如圖所示如圖所示, ,在光滑的水平面上在光滑的水平面上, ,物塊在恒力物塊在恒力F=100 NF=100 N作用下從作用下從A A點運點運 動到動到B B點點, ,不計滑輪的大小不計滑輪的大小, ,不計繩、滑輪間摩擦不

26、計繩、滑輪間摩擦,h=2.4 m,=37,h=2.4 m,=37,=,= 5353, ,求拉力對物塊所做的功。求拉力對物塊所做的功。 答案答案: :100 J100 J 規(guī)律方法規(guī)律方法 (1)(1)本題中在功的定義式本題中在功的定義式W=Flcos W=Flcos 中中,l,l是指力是指力F F作用點的位移。作用點的位移。 (2)(2)求變力做功的三種方法求變力做功的三種方法: :轉換法轉換法( (如例如例3);3);微元法微元法( (如針對訓練如針對訓練 3);3);功能關系法功能關系法( (詳見動能定理例詳見動能定理例2)2)。 針對訓練針對訓練3:3:如圖所示如圖所示, ,一個人推磨一

27、個人推磨, ,其推磨桿的力的大小始終為其推磨桿的力的大小始終為F,F,與磨桿與磨桿 始終垂直始終垂直, ,作用點到軸心的距離為作用點到軸心的距離為r,r,磨盤繞軸緩慢轉動。則在轉動一周磨盤繞軸緩慢轉動。則在轉動一周 的過程中推力的過程中推力F F做的功為做的功為( ( ) ) A.0 A.0 B.2rFB.2rF C.2Fr C.2Fr D.-2rFD.-2rF B B 解析解析: :由于由于F F的方向一直都保持與作用點的速度方向一致的方向一直都保持與作用點的速度方向一致, ,因此可把圓因此可把圓 周劃分成很多小段來研究周劃分成很多小段來研究, ,如圖所示如圖所示, ,當各小段的弧長當各小段

28、的弧長ssi i足夠小足夠小(s(si i 0)0)時時,F,F的方向與該小段的位移方向一致的方向與該小段的位移方向一致, ,所以有所以有W WF F=Fs=Fs1 1+Fs+Fs2 2+ + FsFs3 3+ +Fs+Fsi i=F=F2r=2rF(2r=2rF(這等效于把曲線拉直這等效于把曲線拉直) )。 課堂達標課堂達標 1.1.如圖所示如圖所示, ,小朋友在彈性較好的蹦床上跳躍翻騰小朋友在彈性較好的蹦床上跳躍翻騰, ,盡情玩耍。在小朋友盡情玩耍。在小朋友 接觸床面向下運動的過程中接觸床面向下運動的過程中, ,床面對小朋友的彈力做功情況是床面對小朋友的彈力做功情況是( ( ) ) A.A

29、.先做負功先做負功, ,再做正功再做正功 B.B.先做正功先做正功, ,再做負功再做負功 C.C.一直做負功一直做負功 D.D.一直做正功一直做正功 C C 解析解析: :小朋友接觸床面向下運動的過程中小朋友接觸床面向下運動的過程中, ,彈性勢能不斷增加彈性勢能不斷增加, ,彈力一彈力一 直做負功直做負功,C,C正確。正確。 2.2.如圖所示如圖所示, ,重物重物P P放在一長木板放在一長木板OAOA上上, ,將長木板繞將長木板繞O O端轉過一個小角度的端轉過一個小角度的 過程中過程中, ,重物重物P P相對于木板始終保持靜止相對于木板始終保持靜止, ,關于木板對重物關于木板對重物P P的摩擦力和支的摩擦力和支 持力做功的情況是持力做功的情況是( ( ) ) A.A.摩擦力對重物做正功摩擦力對重物做正功 B.B.摩擦力對重物做負功摩擦力對重物做負功 C.C.支持力對重物不做功支持力對重物不做功 D.D.支持力對重物做正功支持力對重物做正功 D D 解析解析: :重物受到的摩擦力方向始終與速度方向垂直重物受到的摩擦力方向始終與速度方向垂直, ,故不做功故不做功, ,支持力支持力 方向始終與速度方向相同方向始終與速度方向相同, ,故做正功。故做正功。 3.3.汽車在水平公路上行駛汽車在水