2018_2019學年高中物理第3章動能的變化與機械功課件（打包6套）滬科版必修2.zip,2018,_2019,學年,高中物理,章動,變化,機械功,課件,打包,滬科版,必修 第3章動能的變化與機械功3 2 1研究功與功率 一 學習目標 1 理解功的概念 知道做功的兩個因素 2 明確功是標量 會用功的公式進行計算 3 理解正功 負功的含義 4 會計算變力做功 會計算多個力的總功 內容索引 重點探究啟迪思維探究重點 達標檢測檢測評價達標過關 自主預習預習新知夯實基礎 自主預習 一 功 1 公式 W 其中F s 分別為 位移的大小 即力對物體所做的功 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 國際單位制中 功的單位是 符號是 力的大小 Fscos 力與 位移方向的夾角 力 位移 焦耳 J 二 正功和負功 1 力對物體做正功和負功的條件由W Fscos 可知 1 當0 時 W0 力對物體做功 2 當 時 W0 力對物體做功 或稱物體這個力做功 3 當 時 W 力對物體不做功 0 正 負 克服 2 做功與動能變化的關系力對物體做正功時 物體的動能 力對物體做負功時 物體的動能 力對物體做多少功 物體的動能就變化多少 3 計算變力做功如圖1所示 F s圖像下方從s1到s2的 就是變力F在s s2 s1段內做的功 圖1 增加 減少 面積 即學即用 1 判斷下列說法的正誤 1 公式W Fscos 中的s是物體運動的路程 2 物體只要受力且運動 該力就一定做功 3 功有正負之分 所以功是矢量 4 一個力對物體做了負功 則說明這個力一定阻礙物體的運動 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作用下運動10m 已知F 10N 則拉力F所做的功是 J 答案 50 圖2 重點探究 導學探究 1 觀察圖3 分析圖中的哪個人對物體做了功 一 對功的理解 答案小川拉重物上升的過程 小川對重物做了功 其他三人都沒有做功 圖3 答案 2 如圖4所示 物體在與水平方向夾角為 的力F的作用下前進了s 則力F對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行正交分解 物體在豎直方向上沒有發(fā)生位移 豎直方向的分力沒有對物體做功 水平方向的分力Fcos 所做的功為Fscos 所以力F對物體所做的功為Fscos 答案 圖4 知識深化 對公式W Fscos 的理解 1 恒力F對物體做的功 只與F s 有關 與物體的運動狀態(tài)及物體是否還受其他作用力等因素無關 2 計算力F的功時要特別注意 F與s必須具有同時性 即s必須是力F作用過程中物體發(fā)生的位移 3 功是標量 沒有方向 但是有正負 4 公式W Fscos 適用于計算恒力做功 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了一段距離s 已知雪橇與地面間的動摩擦因數(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錯誤 拉力和摩擦力做功分別為W1 Fscos W2 mg Fsin s C正確 D錯誤 答案 解析 導學探究 某物體在力F作用下水平向右運動的位移為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物體做的功 圖6 二 正負功的判斷 答案 知識深化 1 正 負功的意義功是標量 只有正 負 沒有方向 功的正負不表示大小 只表示能量轉移或轉化的方向 即 動力對物體做正功 使物體獲得能量 阻力對物體做負功 也可以說 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 常用于曲線運動的情形 若 為銳角則做正功 若 為直角則不做功 若 為鈍角則做負功 例2 多選 質量為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了距離s 如圖7所示 物體相對斜面靜止 則下列說法正確的是A 重力對物體m做正功B 合力對物體m做功為零C 摩擦力對物體m做負功D 支持力對物體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選項正確 重力與位移垂直 故重力不做功 A選項錯誤 摩擦力f與位移s的夾角大于90 故摩擦力做負功 C選項正確 物體做勻速運動 所受合力為零 合力不做功 故B選項正確 當物體在多個力的共同作用下發(fā)生一段位移時 合力對物體所做的功等于各分力對物體做功的代數(shù)和 故計算合力的功有以下兩種方法 1 先由W Fscos 計算各個力對物體所做的功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 計算總功 此時 為F合的方向與s的方向間的夾角 注意 當在一個過程中 幾個力作用的位移不相同時 只能用方法 1 三 總功的計算 例3如圖8所示 一個質量為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始向右移動的距離為s 2m 已知物體和地面間的動摩擦因數(shù)為0 3 g取10m s2 求外力對物體所做的總功 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對物體所做的功為 W1 Fscos37 10 2 0 8J 16J摩擦力f對物體所做的功為 W2 fscos180 4 2 2J 8 4J 由于重力 支持力對物體不做功 故外力對物體所做的總功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新中國成立前后 機械化生產水平較低 人們經(jīng)常通過 驢拉磨 的方式把糧食顆粒加工成粗面來食用 如圖9所示 假設驢拉磨的平均作用力為F 運動的半徑為R 那么怎樣求驢拉磨轉動一周所做的功 四 變力做功問題分析 圖9 答案2 RF 答案 解析 解析把圓周分成無數(shù)段小微元段 每一小段可近似看成直線 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算 然后各段累加起來 便可求得結果 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 拉力在一個圓周內所做的功W W1 W2 W3 Wn F s1 s2 s3 sn F 2 R 所以驢拉磨轉動一周 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l 求這一過程中拉力對木塊做了多少功 圖10 答案 解析 解析解法一緩慢拉動木塊 可認為木塊處于平衡狀態(tài) 故拉力大小等于彈力大小 即F ks 解法二畫出力F隨位移s的變化圖像 當位移為l時 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圖線與s軸所圍成的面積表示 s軸上方的面積表示力對物體做正功的多少 s軸下方的面積表示力對物體做負功的多少 圖11 3 分段法 或微元法 當力的大小不變 力的方向時刻與速度同向 或反向 時 把物體的運動過程分為很多小段 這樣每一小段可以看成直線 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 空氣阻力和滑動摩擦力做功可以寫成力與路程的乘積就是這個原理 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替代變力做的功 比如 通過滑輪拉動物體時 可將人做的功轉化為繩的拉力對物體做的功 或者將繩的拉力對物體所做的功轉換為人的拉力對繩做的功 達標檢測 1 對功的理解 多選 下列說法中正確的是A 功是矢量 正負表示其方向B 功是標量 正負表示的是外力對物體做功還是物體克服外力做功C 力對物體做正功還是做負功取決于力和位移的方向關系D 力對物體做的功總是在某過程中完成的 所以功是一個過程量 解析功是標量 正負表示的是外力對物體做功還是物體克服外力做功 A錯誤 B正確 力對物體做正功還是做負功取決于力和位移的方向關系 故C正確 有力作用在物體上 物體在力的方向上移動了距離 力對物體做的功總是在某過程中完成的 所以功是一個過程量 故D正確 答案 解析 1 2 3 4 2 正負功的判斷 多選 如圖12所示 人站在臺階式自動扶梯上不動 隨扶梯向上勻速運動 下列說法中正確的是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 答案 解析 1 2 3 4 圖12 解析因為人勻速向上運動 所以只受重力和支持力 且二力平衡 不受摩擦力 B錯誤 重力方向和運動方向夾角大于90 重力做負功 A正確 支持力方向和運動方向夾角小于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 變力做功的計算 如圖13甲所示 靜止在光滑水平面上坐標原點處的小物塊 在水平拉力F的作用下 沿s軸方向運動 拉力F隨物塊所在位置坐標s的變化關系如圖乙所示 圖線為半圓弧 則小物塊運動到s0處拉力做的功為 答案 解析 1 2 3 4 圖13 1 2 3 4 4 總功的計算 如圖14所示 平行于斜面向上的拉力F使質量為m的物體勻加速地沿著長為L 傾角為 的斜面的一端向上滑到另一端 物體與斜面間的動摩擦因數(shù)為 求作用在物體上的各力對物體所做的總功 解析 答案 1 2 3 4 答案FL mgLsin mgLcos 圖14 解析選物體為研究對象 其受力如圖所示 解法一 拉力F對物體所做的功為 WF FL 重力mg對物體所做的功為 WG mgLcos 90 mgLsin 摩擦力對物體所做的功為 Wf fLcos180 fL mgLcos 支持力N對物體所做的功為 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