2018_2019學(xué)年高中物理第3章動(dòng)能的變化與機(jī)械功課件（打包6套）滬科版必修2.zip,2018,_2019,學(xué)年,高中物理,章動(dòng),變化,機(jī)械功,課件,打包,滬科版,必修 第3章動(dòng)能的變化與機(jī)械功3 2 1研究功與功率 一 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 理解功的概念 知道做功的兩個(gè)因素 2 明確功是標(biāo)量 會(huì)用功的公式進(jìn)行計(jì)算 3 理解正功 負(fù)功的含義 4 會(huì)計(jì)算變力做功 會(huì)計(jì)算多個(gè)力的總功 內(nèi)容索引 重點(diǎn)探究啟迪思維探究重點(diǎn) 達(dá)標(biāo)檢測(cè)檢測(cè)評(píng)價(jià)達(dá)標(biāo)過(guò)關(guān) 自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知夯實(shí)基礎(chǔ) 自主預(yù)習(xí) 一 功 1 公式 W 其中F s 分別為 位移的大小 即力對(duì)物體所做的功 等于力的大小 位移的大小 與夾角的余弦這三者的乘積 2 單位 國(guó)際單位制中 功的單位是 符號(hào)是 力的大小 Fscos 力與 位移方向的夾角 力 位移 焦耳 J 二 正功和負(fù)功 1 力對(duì)物體做正功和負(fù)功的條件由W Fscos 可知 1 當(dāng)0 時(shí) W0 力對(duì)物體做功 2 當(dāng) 時(shí) W0 力對(duì)物體做功 或稱(chēng)物體這個(gè)力做功 3 當(dāng) 時(shí) W 力對(duì)物體不做功 0 正 負(fù) 克服 2 做功與動(dòng)能變化的關(guān)系力對(duì)物體做正功時(shí) 物體的動(dòng)能 力對(duì)物體做負(fù)功時(shí) 物體的動(dòng)能 力對(duì)物體做多少功 物體的動(dòng)能就變化多少 3 計(jì)算變力做功如圖1所示 F s圖像下方從s1到s2的 就是變力F在s s2 s1段內(nèi)做的功 圖1 增加 減少 面積 即學(xué)即用 1 判斷下列說(shuō)法的正誤 1 公式W Fscos 中的s是物體運(yùn)動(dòng)的路程 2 物體只要受力且運(yùn)動(dòng) 該力就一定做功 3 功有正負(fù)之分 所以功是矢量 4 一個(gè)力對(duì)物體做了負(fù)功 則說(shuō)明這個(gè)力一定阻礙物體的運(yùn)動(dòng) 答案 2 如圖2所示 靜止在光滑水平面上的物體 在與水平方向成60 角斜向上的力F作用下運(yùn)動(dòng)10m 已知F 10N 則拉力F所做的功是 J 答案 50 圖2 重點(diǎn)探究 導(dǎo)學(xué)探究 1 觀察圖3 分析圖中的哪個(gè)人對(duì)物體做了功 一 對(duì)功的理解 答案小川拉重物上升的過(guò)程 小川對(duì)重物做了功 其他三人都沒(méi)有做功 圖3 答案 2 如圖4所示 物體在與水平方向夾角為 的力F的作用下前進(jìn)了s 則力F對(duì)物體做的功如何表示 答案如圖把力F沿水平方向和豎直方向進(jìn)行正交分解 物體在豎直方向上沒(méi)有發(fā)生位移 豎直方向的分力沒(méi)有對(duì)物體做功 水平方向的分力Fcos 所做的功為Fscos 所以力F對(duì)物體所做的功為Fscos 答案 圖4 知識(shí)深化 對(duì)公式W Fscos 的理解 1 恒力F對(duì)物體做的功 只與F s 有關(guān) 與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及物體是否還受其他作用力等因素?zé)o關(guān) 2 計(jì)算力F的功時(shí)要特別注意 F與s必須具有同時(shí)性 即s必須是力F作用過(guò)程中物體發(fā)生的位移 3 功是標(biāo)量 沒(méi)有方向 但是有正負(fù) 4 公式W Fscos 適用于計(jì)算恒力做功 若是變力 此公式不再適用 例1如圖5所示 坐在雪橇上的人與雪橇的總質(zhì)量為m 在與水平地面成 角的恒定拉力F作用下 沿水平地面向右移動(dòng)了一段距離s 已知雪橇與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 重力加速度為g 則雪橇受到的A 支持力做功為mgsB 重力做功為mgsC 拉力做功為Fscos D 滑動(dòng)摩擦力做功為 mgs 圖5 解析支持力和重力與位移垂直 不做功 A B錯(cuò)誤 拉力和摩擦力做功分別為W1 Fscos W2 mg Fsin s C正確 D錯(cuò)誤 答案 解析 導(dǎo)學(xué)探究 某物體在力F作用下水平向右運(yùn)動(dòng)的位移為s 拉力的方向分別如圖6甲 乙所示 分別求兩種情況下拉力對(duì)物體做的功 圖6 二 正負(fù)功的判斷 答案 知識(shí)深化 1 正 負(fù)功的意義功是標(biāo)量 只有正 負(fù) 沒(méi)有方向 功的正負(fù)不表示大小 只表示能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向 即 動(dòng)力對(duì)物體做正功 使物體獲得能量 阻力對(duì)物體做負(fù)功 也可以說(shuō) 物體克服該力做功 使物體失去能量 2 判斷力是否做功及做功正負(fù)的方法 1 根據(jù)力F的方向與位移s的方向間的夾角 常用于恒力做功的情形 2 根據(jù)力F的方向與速度v的方向間的夾角 常用于曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的情形 若 為銳角則做正功 若 為直角則不做功 若 為鈍角則做負(fù)功 例2 多選 質(zhì)量為m的物體 靜止在傾角為 的斜面上 斜面沿水平方向向右勻速移動(dòng)了距離s 如圖7所示 物體相對(duì)斜面靜止 則下列說(shuō)法正確的是A 重力對(duì)物體m做正功B 合力對(duì)物體m做功為零C 摩擦力對(duì)物體m做負(fù)功D 支持力對(duì)物體m做正功 圖7 答案 解析 解析物體的受力和位移如圖所示 支持力N與位移s的夾角 90 故支持力做正功 D選項(xiàng)正確 重力與位移垂直 故重力不做功 A選項(xiàng)錯(cuò)誤 摩擦力f與位移s的夾角大于90 故摩擦力做負(fù)功 C選項(xiàng)正確 物體做勻速運(yùn)動(dòng) 所受合力為零 合力不做功 故B選項(xiàng)正確 當(dāng)物體在多個(gè)力的共同作用下發(fā)生一段位移時(shí) 合力對(duì)物體所做的功等于各分力對(duì)物體做功的代數(shù)和 故計(jì)算合力的功有以下兩種方法 1 先由W Fscos 計(jì)算各個(gè)力對(duì)物體所做的功W1 W2 W3 然后求所有力做功的代數(shù)和 即W合 W1 W2 W3 2 先由力的合成或根據(jù)牛頓第二定律求出合力F合 然后由W合 F合scos 計(jì)算總功 此時(shí) 為F合的方向與s的方向間的夾角 注意 當(dāng)在一個(gè)過(guò)程中 幾個(gè)力作用的位移不相同時(shí) 只能用方法 1 三 總功的計(jì)算 例3如圖8所示 一個(gè)質(zhì)量為m 2kg的物體 受到與水平方向成37 角斜向上方的力F 10N作用 在水平地面上從靜止開(kāi)始向右移動(dòng)的距離為s 2m 已知物體和地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0 3 g取10m s2 求外力對(duì)物體所做的總功 cos37 0 8 sin37 0 6 圖8 答案 解析 答案7 6J 解析物體受到的摩擦力為 f N mg Fsin37 0 3 2 10 10 0 6 N 4 2N解法1 先求各力的功 再求總功 拉力F對(duì)物體所做的功為 W1 Fscos37 10 2 0 8J 16J摩擦力f對(duì)物體所做的功為 W2 fscos180 4 2 2J 8 4J 由于重力 支持力對(duì)物體不做功 故外力對(duì)物體所做的總功W等于W1和W2的代數(shù)和 即W W1 W2 7 6J 解法2 先求合力 再求總功 物體受到的合力為 F合 Fcos37 f 3 8N 所以W F合s 3 8 2J 7 6J 例4新中國(guó)成立前后 機(jī)械化生產(chǎn)水平較低 人們經(jīng)常通過(guò) 驢拉磨 的方式把糧食顆粒加工成粗面來(lái)食用 如圖9所示 假設(shè)驢拉磨的平均作用力為F 運(yùn)動(dòng)的半徑為R 那么怎樣求驢拉磨轉(zhuǎn)動(dòng)一周所做的功 四 變力做功問(wèn)題分析 圖9 答案2 RF 答案 解析 解析把圓周分成無(wú)數(shù)段小微元段 每一小段可近似看成直線(xiàn) 從而拉力在每一小段上方向不變 每一小段上可用恒力做功的公式計(jì)算 然后各段累加起來(lái) 便可求得結(jié)果 如圖所示 把圓周分成s1 s2 s3 sn微元段 拉力在每一段上為恒力 則在每一段上做的功W1 Fs1 W2 Fs2 W3 Fs3 Wn Fsn 拉力在一個(gè)圓周內(nèi)所做的功W W1 W2 W3 Wn F s1 s2 s3 sn F 2 R 所以驢拉磨轉(zhuǎn)動(dòng)一周 拉力做功為2 RF 例5如圖10所示 輕彈簧一端與豎直墻壁相連 另一端與一質(zhì)量為m的木塊相連 放在光滑的水平面上 彈簧的勁度系數(shù)為k 彈簧處于自然狀態(tài) 用水平力F緩慢拉木塊 使木塊前進(jìn)l 求這一過(guò)程中拉力對(duì)木塊做了多少功 圖10 答案 解析 解析解法一緩慢拉動(dòng)木塊 可認(rèn)為木塊處于平衡狀態(tài) 故拉力大小等于彈力大小 即F ks 解法二畫(huà)出力F隨位移s的變化圖像 當(dāng)位移為l時(shí) F kl 由于力F做功的大小與圖像中陰影的面積相等 1 平均值法 若力的方向不變 大小隨位移均勻變化 則可用力的平均值乘以位移 2 圖像法 如圖11所示 變力做的功W可用F s圖線(xiàn)與s軸所圍成的面積表示 s軸上方的面積表示力對(duì)物體做正功的多少 s軸下方的面積表示力對(duì)物體做負(fù)功的多少 圖11 3 分段法 或微元法 當(dāng)力的大小不變 力的方向時(shí)刻與速度同向 或反向 時(shí) 把物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程分為很多小段 這樣每一小段可以看成直線(xiàn) 先求力在每一小段上的功 再求和即可 力做的總功W Fs路或W Fs路 空氣阻力和滑動(dòng)摩擦力做功可以寫(xiě)成力與路程的乘積就是這個(gè)原理 4 等效替代法 若某一變力做的功與某一恒力做的功相等 則可以用求得的恒力做的功來(lái)替代變力做的功 比如 通過(guò)滑輪拉動(dòng)物體時(shí) 可將人做的功轉(zhuǎn)化為繩的拉力對(duì)物體做的功 或者將繩的拉力對(duì)物體所做的功轉(zhuǎn)換為人的拉力對(duì)繩做的功 達(dá)標(biāo)檢測(cè) 1 對(duì)功的理解 多選 下列說(shuō)法中正確的是A 功是矢量 正負(fù)表示其方向B 功是標(biāo)量 正負(fù)表示的是外力對(duì)物體做功還是物體克服外力做功C 力對(duì)物體做正功還是做負(fù)功取決于力和位移的方向關(guān)系D 力對(duì)物體做的功總是在某過(guò)程中完成的 所以功是一個(gè)過(guò)程量 解析功是標(biāo)量 正負(fù)表示的是外力對(duì)物體做功還是物體克服外力做功 A錯(cuò)誤 B正確 力對(duì)物體做正功還是做負(fù)功取決于力和位移的方向關(guān)系 故C正確 有力作用在物體上 物體在力的方向上移動(dòng)了距離 力對(duì)物體做的功總是在某過(guò)程中完成的 所以功是一個(gè)過(guò)程量 故D正確 答案 解析 1 2 3 4 2 正負(fù)功的判斷 多選 如圖12所示 人站在臺(tái)階式自動(dòng)扶梯上不動(dòng) 隨扶梯向上勻速運(yùn)動(dòng) 下列說(shuō)法中正確的是A 重力對(duì)人做負(fù)功B 摩擦力對(duì)人做正功C 支持力對(duì)人做正功D 合力對(duì)人做功為零 答案 解析 1 2 3 4 圖12 解析因?yàn)槿藙蛩傧蛏线\(yùn)動(dòng) 所以只受重力和支持力 且二力平衡 不受摩擦力 B錯(cuò)誤 重力方向和運(yùn)動(dòng)方向夾角大于90 重力做負(fù)功 A正確 支持力方向和運(yùn)動(dòng)方向夾角小于90 支持力做正功 C正確 合力為零 因此總功一定為零 D正確 1 2 3 4 3 變力做功的計(jì)算 如圖13甲所示 靜止在光滑水平面上坐標(biāo)原點(diǎn)處的小物塊 在水平拉力F的作用下 沿s軸方向運(yùn)動(dòng) 拉力F隨物塊所在位置坐標(biāo)s的變化關(guān)系如圖乙所示 圖線(xiàn)為半圓弧 則小物塊運(yùn)動(dòng)到s0處拉力做的功為 答案 解析 1 2 3 4 圖13 1 2 3 4 4 總功的計(jì)算 如圖14所示 平行于斜面向上的拉力F使質(zhì)量為m的物體勻加速地沿著長(zhǎng)為L(zhǎng) 傾角為 的斜面的一端向上滑到另一端 物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 求作用在物體上的各力對(duì)物體所做的總功 解析 答案 1 2 3 4 答案FL mgLsin mgLcos 圖14 解析選物體為研究對(duì)象 其受力如圖所示 解法一 拉力F對(duì)物體所做的功為 WF FL 重力mg對(duì)物體所做的功為 WG mgLcos 90 mgLsin 摩擦力對(duì)物體所做的功為 Wf fLcos180 fL mgLcos 支持力N對(duì)物體所做的功為 WN NLcos90 0 故各力的總功為 W WF WG Wf WN FL mgLsin mgLcos 1 2 3 4 解法二 物體受到的合力為 F合 F mgsin f F mgsin mgcos 所以合力做的功為 W F合L FL mgLsin mgLcos 1 2 3 4