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2019-2020年高中物理 第1章 功和功率 第2講 功和能學案 魯科版必修2 [目標定位]　1.知道機械功的原理，理解使用任何機械都不能省功.2.理解功和能的含義，能舉例說明功是能量轉化的量度.3.知道機械做功的本質是能量轉化的過程． 一、機械功的原理 1．內容：使用任何機械時，______對機械所做的功總是等于機械__________所做的功． 2．表達式：W動＝W阻＝______________或寫成W輸入＝W輸出＋________. 3．說明：機械功的原理說明，使用任何機械都________． 想一想　使用任何機械都不省功，人們?yōu)楹我褂煤唵螜C械呢？ 二、做功和能的轉化 1．能的概念：如果一個物體能夠________________，我們就說這個物體具有能量． 2．功和能之間的關系：做功的過程就是____________的過程．做了多少功，就表示有多少能從一種形式轉化為另一種形式．因此，功是____________的量度． 3．機械做功的本質：做功的機械是傳遞能量、實現(xiàn)________的裝置．機械做功，只能將能量從一個物體______到另一個物體，或者將一種形式的能量______為另一種形式的能量. 一、對機械功原理的理解 1．功的原理的表達式： (1)不使用機械時：W輸入＝W輸出(或W動＝W阻)． (2)使用機械時：W動＝W阻＝W有用＋W額外(或W輸入＝W輸出＋W損失)． (3)功的意義： ①W動＝W總表示動力對機械做的功； ②W阻表示機械克服所有阻力做的功； ③W有用＝W輸出表示機械克服有用阻力做的功； ④W額外＝W損失表示機械克服額外阻力做的功． 2．不能省功的含義： “不省功”是功的原理的核心．“不省功”有兩層含義： (1)等于(即理想機械)，是指使用機械做的功與不使用機械而直接用手所做的功是相等的． (2)大于，即費功(即非理想機械)，是指使用機械做的功比不使用機械而直接用手所做的功多．使用非理想機械時必然存在無用阻力，它對完成工作沒有意義，所以又把它叫做無用功或額外功．做功的目的是克服有用阻力而做功，所以這一部分功是有意義的，稱為有用功．使用任何機械時，動力對機械所做的功等于機械克服阻力所做的功，包括有用阻力和無用阻力(或額外阻力)． 3．由于克服額外阻力所做的額外功的存在，實際上使用任何機械總是費功的． 4．機械在生活中的應用： (1)省力機械：千斤頂、螺絲刀、斜面、鉗子等． (2)省位移的機械：自行車、筷子、魚竿等． (3)不省力也不省位移，只改變工作方式的機械：定滑輪、等臂杠桿等． 注意：使用機械可以省力或省位移，但不能省功． 例1　如圖1所示，通過一個定滑輪和一個動滑輪組成的滑輪組，將一重物勻速提高2 m，已知重物的質量為100 kg，動滑輪自身的質量為1 kg，繩的質量和摩擦均不計，(g取10 m/s2)求： 圖1 (1)人的拉力大小及拉力做的功；(計算結果保留四位有效數(shù)字) (2)該機械的有用功和額外功． 針對訓練　利用斜面把100 N的貨物推到高處，如果貨物所受的摩擦力為8 N，且已知斜面高為3 m，傾角為37，其他阻力不計，求： (1)克服重力所做的功和克服摩擦阻力所做的功； (2)推力F的大小及F所做的功． 二、功、能及能的轉化之間的關系 1．功與能的區(qū)別： (1)能量是表征物體具有做功本領的物理量，是狀態(tài)量． (2)功描述了力的作用效果在空間上的累積，反映了物體受力并運動的效果，是過程量． 2．對功能關系的理解： (1)能量有多種不同形式，且不同形式的能量可以相互轉化．不同形式的能量之間的轉化通過做功來實現(xiàn)，即做功的過程就是能量轉化的過程． (2)做了多少功就有多少能量從一種形式轉化為另一種形式，即能量轉化的多少可用做功的多少來量度． (3)功是能量轉化的量度．機械是傳遞能量、實現(xiàn)能量轉化的裝置，它需要人們對其輸入能量，然后將能量傳遞或轉移到另一個物體． 例2　關于能量轉化的說法中正確的是(　　) A．舉重運動員把杠鈴舉起來，體內的一部分化學能轉化為杠鈴的重力勢能 B．電流通過電阻絲使電能轉化為內能 C．內燃機做功的過程是機械能轉化為內能的過程 D．做功的過程是能量轉化的過程，某過程做了10 J的功，一定有10 J的能量發(fā)生了轉化 三、摩擦力做功的特點 1．不論是靜摩擦力，還是滑動摩擦力都可以是動力也可以是阻力，也可能與位移方向垂直，所以不論是靜摩擦力，還是滑動摩擦力既可以對物體做正功，也可以對物體做負功，還可能不對物體做功． 2．一對相互作用的靜摩擦力等大反向且物體之間相對靜止，即兩個物體的對地位移相同，由W＝Fl cos α可判斷兩個相互作用的靜摩擦力做功的總和為零． 3．一對相互作用的滑動摩擦力等大反向但物體之間相對滑動，即兩個物體的對地位移不相同，由W＝Fl cos α可判斷兩個相互作用的滑動摩擦力做功的總和不為零，且為負值． 4．在有滑動摩擦力做功的系統(tǒng)內，機械能減少轉化為內能． 例3　質量為M的木板放在光滑水平面上，如圖2所示．一個質量為m的滑塊以某一速度沿木板表面從A點滑至B點，在木板上前進了l，同時木板前進了x，若滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)為μ，求摩擦力對滑塊、對木板所做的功各為多少？滑動摩擦力對滑塊、木板做的總功是多少？ 圖2 例4　如圖3所示，同一物體分別沿斜面AB、CB從斜面頂端由靜止下滑到底端．則： 圖3 (1)物體克服摩擦阻力做的功WAB________WCB(填“＞”、“＝”或“＜”)． (2)在物體下滑的過程中能量是如何轉化的？ 對機械功原理的理解 1．對于機械做功，下列說法正確的是(　　) A．使用機械時，輸入功可以大于、小于或等于機械克服阻力做的功 B．使用機械時，輸入功一定不能小于輸出功 C．使用機械時，動力對機械做的功一定不能小于輸出功 D．使用機械時，動力對機械做的功等于機械輸出功和損失功之和 2．如圖4所示，把同一物體分別沿BA、CA、DA三個光滑斜面勻速推到同一高度的A點，下列說法中正確的是(　　) 圖4 A．沿BA斜面最費力，做的功最多 B．沿DA斜面最費力，做的功最少 C．沿三個斜面做的功一樣多，沿DA斜面最省力 D．沿三個斜面做的功一樣多，沿BA斜面最省力 對做功和能的轉化的理解 3．關于功和能，下列判斷正確的是(　　) A．古代的鉆木取火是通過摩擦力做功將其他能轉化為內能 B．舉重運動員把杠鈴舉起來，體內的一部分化學能轉化為杠鈴的重力勢能 C．跳高運動員起跳時，通過體內肌肉做功，體內的部分化學能轉化為人的動能 D．人走路時，沒有力做功所以沒有能量轉化 摩擦力做功的特點 4.如圖5所示，B物體在拉力F的作用下向左運動，在運動的過程中，A、B之間有相互作用的力，則對力做功的情況，下列說法正確的是(　　) 圖5 A．A、B都克服摩擦力做功 B．A、B間彈力對A、B都不做功 C．摩擦力對B做負功，對A不做功 D．A、B間彈力對A不做功，對B做正功 答案精析 第2講　功和能 預習導學 一、1.動力　克服阻力 2．W有用＋W額外　W損失 3．不省功 想一想　使用任何機械雖然都不能省功，但可以省力或省位移，改變人的工作方式和勞動強度，提高工作的效率． 二、1.對別的物體做功 2．能量轉化　能量轉化 3．能量轉化　轉移　轉化 課堂講義 例1　(1)336.7 N　2 020 J　(2)2 000 J　20 J 解析　(1)由題意知，動滑輪和重物的整體受力平衡，而整體向上的方向有三根繩子承擔，即 3F＝G1＋G2＝1 010 N 所以人的拉力F＝ N≈336.7 N 要使重物升高2 m，繩的作用點的位移s＝3h＝6 m. 拉力做的功WF＝Fs＝2 020 J (2)該機械是為了將重物提升2 m. 所以有用功為W有用＝G1h＝1 0002 J＝2 000 J 而提升過程中，克服動滑輪的重力做功是不可避免的，這是額外的，所以額外功W額外＝G2h＝102 J＝20 J. 針對訓練　(1)300 J　40 J　(2)68 N　340 J 解析　對物體受力分析如圖所示． (1)克服重力所做的功WG＝Gsin 37l＝Gh＝1003 J＝300 J. 克服摩擦阻力所做的功 Wf＝fl＝f＝85 J ＝40 J. (2)F＝Gsin 37＋f＝1000.6 N＋8 N＝68 N. 根據(jù)機械功的原理，推力F所做的功應當?shù)扔赪G＋Wf，所以推力F所做的功WF＝300 J＋40 J＝340 J. 例2　ABD　[舉重運動員舉起杠鈴，使杠鈴的重力勢能變大，消耗了運動員本身的化學能，A正確；電流通過電阻絲，電流做功把電能轉化為內能，B正確；內燃機中的燃料燃燒，對外做功，把內能轉化為機械能，C錯誤；功是能量轉化的量度，做功的過程就是能量轉化的過程，D正確．] 例3?。蘭g(l＋x)　μmgx?。蘭gl 解析　由題圖可知，木板的位移為sM＝x時，滑塊的位移為sm＝l＋x，m與M之間的滑動摩擦力f＝μmg.由公式W＝Fscos α可得，摩擦力對滑塊所做的功為Wm＝μmgsmcos 180＝－μmg(l＋x)，負號表示做負功．摩擦力對木板所做的功為WM＝μmgsM＝μmgx.這對滑動摩擦力做的總功：W＝Wm＋WM＝－μmg(l＋x)＋μmgx＝－μmgl. 例4　(1)＝　(2)見解析 解析　(1)設物體與斜面間動摩擦因數(shù)為μ，斜面長為L，斜面傾角為θ，則滑動摩擦力f＝μmgcos θ 克服摩擦力做的功Wf＝fL＝μmgcos θL＝μmgsBD sBD為斜面底端長，所以WAB＝WCB. (2)物體沿斜面下滑過程中，重力勢能減少，轉化為物體的動能和物體和斜面間的內能． 對點練習 1．BCD　2.D　3.ABC 4．BC　[A、B間的相互作用力f1與f2、FAB與FBA如圖所示，A沒有發(fā)生位移，f2、FBA對A不做功，B發(fā)生了位移，f1做負功，F(xiàn)AB與位移成90角，不做功，B、C對，A、D錯．]