高中物理 7.1-7.2追尋守恒量-能量 功（探究導學課型）課件 新人教版必修2.ppt

1、第七章機械能守恒定律 1追尋守恒量能量 2功,一、追尋守恒量 1.伽利略斜面實驗:讓靜止的小球沿一個斜面滾下,小球將滾上 另一個對接斜面并到達與它出發(fā)時_(A.不同B.相同)的高 度。這個過程中“某個量是_的”,這個量叫做能量或能。,B,守恒,2.動能與勢能: (1)動能:物體由于_而具有的能量。 (2)勢能:相互作用的物體憑借其_而具有的能量。 (3)小球的動能和勢能_(A.可以B.不可以)相互轉化。,運動,位置,A,【自我思悟】 1.小球沿斜面向上運動時,速度越來越小,它正在失去動能,說明小球的動能與速度存在什么關系? 提示:表明小球的動能與速度大小有關,小球的速度越小,動能就越小。,2.

2、小球沿斜面向上運動達到某一高度時,動能變?yōu)榱?勢能最大,說明小球的勢能與高度存在什么關系? 提示:小球沿斜面向上運動時,動能逐漸減小,勢能逐漸增大,減少的動能轉化為勢能,表明小球的高度越高,勢能越大。,二、功 1.概念:一個物體受到力的作用,并在_發(fā)生了一段 位移,這個力就對物體做了功。 2.做功的兩個因素:,受力的作用,位移,力的方向上,3.公式: (1)力F與位移l同向時,W=_。 (2)力F與位移l夾角為時,W=_。 其中F、l、分別為_、_和_方 向的夾角。,Fl,Flcos,力的大小,位移的大小,力與位移,【自我思悟】 1.如圖所示,某同學提著一桶100N的水,沿水平地面運動了20m

3、,她對水桶的拉力做的功是多少?,提示:該同學沿水平方向運動,豎直方向上沒有位移,故她對水桶的拉力不做功。,2.物體運動了一段時間,該物體所受的力就一定做功嗎? 提示:不一定。根據(jù)做功的兩個條件可知,若該段時間內物體的位移為零,或是物體在該力的方向上的位移為零,該力不做功。,三、正功和負功 1.正功和負功:,=0,不做功,0,正功,0,負功,2.總功的計算: (1)各個分力分別對物體所做功的_; (2)幾個力的_對物體所做的功。,代數(shù)和,合力,【自我思悟】 總功指物體受到的所有力對物體做功的總和,物體的合力不做功,是否意味著它所受到的所有外力都不做功呢? 提示:不是。總功為零可能是各力都不做功,

4、也可能是各力有的做正功,有的做負功,它們做功的代數(shù)和為零。,一、對功的理解 深化理解 1.功是過程量:描述了力的作用效果在空間上的累積,它總與一個具體過程相聯(lián)系。 2.對公式W=Flcos的理解: F表示力的大小;l表示力的作用點的位移大小;表示力和位移方向間的夾角。 (1)公式只適用于恒力做功的計算。 (2)公式中l(wèi)一般是選取地面為參考系時物體的位移。,3.正功與負功: (1)功是標量:只有正、負,沒有方向,功的正負不表示大小。 (2)正功、負功的物理意義:,(3)一個力對物體做負功,往往說成物體克服這個力做功。,【微思考】 (1)某個力不做功,是否說明該物體的位移一定為零? 提示:不能。因

5、為這個力不做功是由于它的位移為零或者物體沿力方向上的位移為零。 (2)某個力較大,物體的位移也較大,那么該力做功是否一定較多? 提示:不一定。由W=Flcos知,做功多少取決于F、l大小和夾角的大小,F、l大,W不一定大。,【題組通關】 【示范題】(多選)下面列舉的幾種情況做功為零的是() A.衛(wèi)星做勻速圓周運動,地球引力對衛(wèi)星做的功 B.平拋運動中,重力對物體做的功 C.舉重運動員,扛著杠鈴在頭的上方停留10s,運動員對杠鈴做的功 D.木塊在粗糙水平面上滑動,支持力對木塊做的功,【解題探究】(1)做功的兩個條件是: 存在_;作用力的方向上存在_。,作用力,位移,(2)衛(wèi)星做勻速圓周運動的向心

6、力由什么力提供?衛(wèi)星的向心力與其速度在方向上存在什么關系? 提示:衛(wèi)星做勻速圓周運動的向心力由地球對它的引力提供,衛(wèi)星的向心力方向與其速度方向始終垂直。,【規(guī)范解答】選A、C、D。地球引力是衛(wèi)星做圓周運動的向心力,向心力與衛(wèi)星運動速度方向垂直,所以,這個力不做功。停留10s時間內,杠鈴的位移為零,運動員對杠鈴的支持力不做功。木塊的支持力與位移方向垂直,所以支持力不做功。故A、C、D正確。,【通關1+1】 1.(多選)(2014金華高一檢測)如圖所示, 坐在雪橇上的人與雪橇的總質量為m,在與 水平面成角的恒定拉力F作用下,沿水平 地面向右移動了一段距離l。已知雪橇與地面間的動摩擦因數(shù)為,雪橇受到

7、的() A.支持力做功為mgl B.重力做功為0 C.拉力做功為Flcos D.滑動摩擦力做功為-mgl,【解析】選B、C。根據(jù)受力分析知FN=mg-Fsin,Ff=FN= (mg-Fsin),由于支持力、重力與雪橇的位移垂直,故這兩個力不做功,A錯,B對。由功的計算式得拉力做功WF=Flcos,C對。摩擦力做功WFf=-Ffl=-(mg-Fsin)l,D錯。,2.如圖所示,木塊A放在木板B的左上端,用恒力F將A拉至B的右端。第一次將B固定在地面上,F做的功為W1;第二次讓B可以在光滑的地面上自由滑動,F做的功為W2。比較兩次做功,應有() A.W1W2 D.無法比較,【解析】選A。木板不固定

8、時,木塊相對于地面的位移要比固定時長,而恒力F相同,由功的計算公式W=Fs得知,W1W2。故選項A正確。,【變式訓練】1.關于功的概念,下列說法中正確的是() A.力對物體做功多,說明物體的位移一定大 B.力對物體做功少,說明物體的受力一定小 C.力對物體不做功,說明物體一定無位移 D.功的多少是由力的大小和物體在力的方向上的位移的大小共同決定的,【解析】選D。由功的公式W=Flcos可知,功的大小是由力的大小及物體在力的方向上的位移的大小共同決定的,故A、B、C錯誤,D正確。,2.用水平恒力F作用于質量為M的物體,使之在光滑的水平面上沿力的方向移動距離l,恒力做功為W1;再用該恒力作用于質量

9、為m(mW2 B.W1W2 C.W1=W2 D.無法判斷,【解析】選C。根據(jù)功的定義,力F所做的功只與力F的大小及物體在力F的方向上發(fā)生的位移的大小有關,不需考慮其他力的影響,因兩次的恒力相同,位移也相同,所以做功相同。,【素養(yǎng)升華】 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在這個力的方向上的位移以及力與位移間的夾角有關,跟物體是否還受其他力的作用無關。 (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。,二、總功的兩種求解思路 規(guī)律方法 由合力與分力的等效替代關系知,合力與分力做功也是可以等效替代

10、的,因此計算總功時有兩種基本思路: 1.先確定物體所受的合外力,再根據(jù)公式W合=F合lcos求解合外力的功。該方法適用于物體的合外力不變的情況,常見的是發(fā)生位移l過程中,物體所受的各力均沒有發(fā)生變化。求解流程圖為:,2.先根據(jù)W=Flcos,求出每個分力做的功W1、W2、Wn,再根據(jù) W合=W1+W2+Wn,求解合力的功,即合力做的功等于各個分力做 功的代數(shù)和。該方法的適用范圍更廣,求解流程圖為:,【微思考】 (1)物體所受的各個力均做功,合力是否一定也做功? 提示:不一定。物體所受的各力的合力為零時,雖然各個力也做功,但合力不做功。 (2)總功是否一定比物體所受的每一個力做的功都要大? 提示

11、:不一定。因為總功等于各個分力做功的代數(shù)和,這個代數(shù)和可能比分力做的功還要小。,【題組通關】 【示范題】一個質量m=2kg的物體,受到與水平方向成37角斜向上方的力F1=10N作用,在水平地面上移動的距離l=2m,物體與地面間的滑動摩擦力F2=4.2N,求外力對物體所做的總功。(cos37=0.8,sin37=0.6),【解題探究】(1)作出物體的受力分析圖。 提示:,(2)分析物體所受力中,各力做功的正負情況。 提示:四個力中,重力、支持力不做功,F1做正功,F2做負功。,【規(guī)范解答】解法一:拉力F1對物體所做的功為 W1=F1lcos37=1020.8J=16J 摩擦力F2對物體所做的功為

12、 W2=F2lcos180=-4.22J=-8.4J 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=7.6J。 解法二:物體受到的合力為 F合=F1cos37-F2=10 N-4.2N=3.8N 所以W=F合l=3.82J=7.6J。 答案:7.6J,【通關1+1】 1.(2014金華高一檢測)一物體置于光滑 水平面上,受互相垂直的水平力F1、F2作用, 如圖,經一段位移,F1做功為6J,克服F2做功 為8J,則F1、F2的合力做功為() A.14JB.10JC.-2JD.2J,【解析】選C。由于F1、F2做功分別為W1=6J,W2=-8J,故合力做功W=W1+W2=-2J

13、,C正確。,2.如圖所示,建筑工人通過滑輪裝置將一質量是100kg的料車沿30角的斜面由底端勻速地拉到頂端,斜面長是4m,若不計滑輪的質量和各處的摩擦力,求這一過程中物體受到的各力對物體做的總功。,【解析】設工人的拉力大小為F,由平衡條件得2F=mgsin30,故F= mg=250N。人拉繩子的力做的功為: WF=F2l=25024J=2 000J。 重力做的功為: WG=mglcos(90+30)=-100104 N=-2 000J。 所以各力對物體做的總功: W=WF+WG=2 000J-2 000J=0J。 答案:0,【變式訓練】1.(多選)如圖所示,物體沿弧形軌道滑下后進入足夠長的水平

14、傳送帶,傳送帶以圖示方向勻速運轉,則傳送帶對物體做功情況可能是() A.始終不做功 B.先做負功后做正功 C.先做正功后不做功 D.先做負功后不做功,【解析】選A、C、D。若物體滑上傳送帶時速度與傳送帶速度相等,物體將做勻速運動,所受摩擦力為零,做功為零。若物體滑上傳送帶時的速度小于傳送帶的速度,物體將受到向右的摩擦力并向右做加速運動,速度與傳送帶速度相等時做勻速運動,加速時摩擦力對物體做正功,勻速時沒有摩擦力,傳送帶對物體不做功。若物體滑上傳送帶時的速度大于傳送帶的速度,物體將受到向左的摩擦力并向右做減速運動,速度與傳送帶速度相等時做勻速運動,減速時摩擦力對物體做負功,勻速時沒有摩擦力,傳送

15、帶對物體不做功。綜上,選項A、C、D正確。,2.質量m=50kg的滑雪運動員從高度h=30m的坡頂由靜止下滑,斜坡的傾角=37,滑雪板與雪面之間的動摩擦因數(shù)=0.1。則運動員滑至坡底的過程中:,(1)滑雪運動員所受的重力對他做了多少功? (2)各力對運動員做的總功是多少?(g取10m/s2,sin37= 0.6,cos37=0.8,裝備質量不計),【解析】(1)重力做的功 WG=mgssin37=mgh=501030J=1.5104J (2)物體所受合力: F合=mgsin37-mgcos37=260N 方向沿斜面向下,沿合力方向位移s= =50m 合力做的功W合=F合s=26050J=1.3

16、104J 答案:(1)1.5104J(2)1.3104J,【素養(yǎng)升華】 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捷; (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,應選擇W合=W1+W2+,三、變力做功的幾種求法 規(guī)律方法 1.微元法:W =Flcos只能用來計算恒力的功,若是求變力的功,可將運動過程分成很多小段,每一小段內F可看作恒力,用公式W =Flcos求出每一小段內力F做的功,然后累加起來就得到整

17、個過程中變力做的功。,2.平均力法:若變力是位移的線性函數(shù),可通過求變力F對位移 的平均力 (F1、F2分別為初、末位置力的大小)來計 算功W= lcos。,3.圖像法:若作用在物體上的力只是大小變化,而方向始終與位移在同一直線上,可以將力隨位移變化的關系描繪在F-x圖像上,則圖線與坐標軸圍成的圖形的面積就表示力F對物體所做的功,如圖甲、乙所示。這與運動學中由v-t圖像求位移原理相同。,4.等效轉換法:在某些情況下,通過等效轉換可以將變力做功轉換成恒力做功,然后可以用公式W=Flcos求解。如圖,用大小不變的力F拉繩子時,繩子對物體的拉力FT為變力,FT對物體做的功不能用公式直接計算。但力FT

18、對物體做的功與力F對繩子做的功相等,可將計算繩子對物體做功的問題等效轉換為求力F做功的問題。,【微思考】 豎直向上拋出的物體所受空氣阻力大小恒為F,物體在上升了H又落回到拋出點的過程中: (1)物體的位移為零,阻力F所做的功是否為零? 提示:不為零。 (2)怎樣求解整個過程中阻力F做的功? 提示:上升過程F做的功W1=-FH,下降過程F做的功W2=-FH,故阻力F做的總功為W=W1+W2=-2FH。,【題組通關】 【示范題】(2013溫州高一檢測)如圖所示,一輛拖車通過定滑輪將一重物G勻速提升,當拖車從A點水平移動到B點時,位移為s,繩子由豎直變?yōu)榕c豎直方向成的角度,求此過程中拖車對繩子所做的

19、功。,【解題探究】(1)拖車對繩子的拉力是恒力還是變力,能夠應用公式W=Flcos直接求解嗎? 提示:拖車對繩子的拉力為變力,不能應用公式直接求解。 (2)拖車對繩子做的功與繩子對重物做的功有什么關系? 提示:相等。,【規(guī)范解答】拖車對繩子做的功等于繩子對重物做的功。 以重物為研究對象,由于整個過程中重物勻速運動。 所以繩子的拉力:FT=G。 重物上升的距離等于滑輪右側后來的繩長OB減去開始時的繩長OA 所以繩子對重物做功,拖車對繩子做功等于繩子對重物做功, 等于 答案:,【通關1+1】 1.如圖所示,某力F=10N作用于半徑R=1m的轉盤 的邊緣上,力F的大小保持不變,但方向始終保 持與作用

20、點的切線方向一致,則轉動一周這個 力F做的總功應為() A.0B.20JC.10JD.20J,【解析】選B。轉一周通過的路程s=2R=2,故力F做的功為W=Fs=102J=20J,B正確。,2.用質量為5kg的均勻鐵索,從10m深的井中吊起一質量為20kg的物體,其過程中人的拉力隨物體上升的高度變化如圖所示,在這個過程中人至少要做多少功?(g取10m/s2),【解析】方法一:提升物體過程中拉力對位移的平均值: 故該過程中拉力做功:W= h=2 250J 方法二:由F-h圖線與位移軸所圍面積的物理意義,得拉力做功:W= 10J=2 250J。 答案:2 250J,【變式訓練】 1.如圖所示,在水

21、平面上,有一彎曲的 槽道弧AB,槽道由半徑分別為 和R的兩 個半圓構成,現(xiàn)用大小恒為F的拉力將 一光滑小球從A點沿滑槽道拉至B點, 若拉力F的方向時時刻刻均與小球運動方向一致,則此過程中拉力所做的功為() A.0 B.FR C. FR D.2FR,【解析】選C。雖然拉力方向時刻改變,但力與運動方向始終一 致,用微元法,在很小的一段位移內可以看成恒力,小球的路程 為R+ ,則拉力做的功為 FR,故C正確。,2.靜止在水平面上的物體M,受到一水平向右的推力作用,在推力作用下向右運動了4m,水平推力隨物體位移的變化圖像如圖所示,推力的最大值為4N,且力隨位移的變化圖線恰好為四分之一圓周,求水平推力在

22、此過程中所做的功。,【解析】由圖像的物理意義可知,圖線與坐標軸所包圍的面積恰好是推力所做的功,所以水平推力在此過程中所做的功: W= R2= 3.1442J=12.56J。 答案:12.56J,【素養(yǎng)升華】 求解變力做功問題時應注意的三點 (1)平均力法求解變力的功時,變力應是位移的線性函數(shù),若變力是時間的線性函數(shù),則不能通過求變力F對時間的平均力來計算功。 (2)面積法求解變力的功時,所給圖像應為力隨位移變化關系的圖像,且力與位移的方向始終在同一直線上。 (3)若某大小恒定的變力方向始終與運動方向相同或相反,則該力做功的絕對值等于力與物體運動路程的乘積。,【資源平臺】備選角度:與運動圖像結合

23、問題的功的求解 【示范題】一滑塊在水平地面上沿直線滑行,t=0時,其速度為1m/s。從此刻開始在滑塊運動方向上再施加一水平作用力F,力F和滑塊的速度v隨時間的變化規(guī)律分別如圖甲和圖乙所示。設在第1s內、第2s內、第3s內力F對滑塊做的功分別為W1、W2、W3,則以下關系式正確的是(),A.W1=W2=W3 B.W1W2W3 C.W1W3W2 D.W1=W2W3,【標準解答】選B。由于v-t圖像與坐標軸所圍面積大小等于滑塊某時間段的位移,由圖乙可計算第1s內、第2s內、第3s內滑塊的位移分別是x1=0.5m、x2=0.5m、x3=1m,所以W1=F1x1=0.5J, W2=F2x2=1.5J,W

24、3=F3x3=2J,所以W1W2W3,B項正確。,摩擦力做功的認識誤區(qū) 不能錯誤地認為摩擦力一定做負功,實際上摩擦力既可能做負功,也可能做正功,還可能不做功。 (1)靜止的物體受到滑動摩擦力或靜摩擦力時,摩擦力對該物體不做功。 (2)運動的物體受到滑動摩擦力或靜摩擦力時,若摩擦力的方向與運動方向相反,則摩擦力做負功,該摩擦力就是阻力;若摩擦力的方向與運動方向相同,則摩擦力做正功,該摩擦力就是動力。,【案例展示】如圖所示,物塊A、B在外 力F的作用下一起沿水平地面做勻速直 線運動的過程中,關于A與地面間的滑 動摩擦力和A、B間的靜摩擦力做功的說法,正確的是() A.靜摩擦力都做正功,滑動摩擦力都做負功 B.靜摩擦力都不做功,滑動摩擦力都做負功 C.有靜摩擦力做正功,有滑動摩擦力不做功 D.有靜摩擦力做負功,