高一物理能量與功.ppt

一 能量 勢(shì)能 動(dòng)能 機(jī)械能 相互作用的物體憑借其位置而具有的能量叫做勢(shì)能 是一個(gè)守恒量 且有不同的表現(xiàn)形式 1 勢(shì)能EP 能量 第一課時(shí) 物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量叫做動(dòng)能 2 動(dòng)能EK 3 機(jī)械能 動(dòng)能和勢(shì)能的統(tǒng)稱 如 高空飛行的飛機(jī) 由于運(yùn)動(dòng)而具有動(dòng)能 同時(shí)由于具有高度而具有重力勢(shì)能 動(dòng)能 一 功的概念 如果一個(gè)物體受到力的作用 并且在力的方向上發(fā)生了位移 我們就說(shuō)這個(gè)力對(duì)物體做了功 紋絲不動(dòng) 勞而無(wú)功 有力無(wú)距 真辛苦 徒勞無(wú)功 有力有距 但力 距 判斷 有無(wú)做功 1 定義 勻速 不勞無(wú)功 有距無(wú)力 力與位移方向相同 力做功 歸納 做功的兩個(gè)必要條件 1 作用在物體上的力 2 物體在力的方向發(fā)生一段位移 這兩個(gè)條件是嚴(yán)格的 缺一不可 馬拉著車前進(jìn) 1 力的方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向一致物體m在水平力F的作用下水平向前行駛的位移為S 如圖所示 則力F對(duì)物體所做的功為 W FSF表示恒力的大小 S表示位移的大小 W表示力對(duì)物體所做的功 如何求一個(gè)力做了多少功呢 二 功的表達(dá)式 2 如果力的方向與運(yùn)動(dòng)方向垂直當(dāng)力的方向跟位移方向垂直時(shí) 物體在力的方向上沒(méi)有發(fā)生位移 力對(duì)物體不做功 即做功為零 即W 0 分析 根據(jù)力的等效性原理 可以把計(jì)算F做功的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為分別求F1和F2做功的問(wèn)題 W1 F1S FCOS S W2 0 W W1 W2 W FSCOS 3 當(dāng)力的方向與位移方向成某一角度時(shí) 拉力F做的功W 理解 在位移方向的分力與位移的乘積 1 公式 W FScos 其中 為F與s的夾角 F是恒力的大小 s一般是物體相對(duì)地面的位移 而不是相對(duì)于和它接觸的物體的位移 力的作用點(diǎn)發(fā)生的位移 功的公式 2 單位 國(guó)際單位 焦耳 焦 單位符號(hào) J m 1N m 握力器在手的壓力作用下 能增加 力對(duì)物體做了功 公式只適用于恒力做功 即力的大小和方向恒定且受力物體沿著確定直線運(yùn)動(dòng) 力和位移的夾角恒定 計(jì)算功時(shí)必須明確是哪個(gè)力在哪個(gè)過(guò)程中對(duì)哪個(gè)物體做功 力做功多少只與 及二者夾角余弦有關(guān) 而與物體的加速度大小 速度大小 運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)短等都無(wú)關(guān) 即與物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)無(wú)關(guān) 同時(shí)與有無(wú)其它力做功也無(wú)關(guān) 功是能量的變化的量度 力對(duì)物體做多少功 則物體的能量就改變多少 3 物理意義 4 功是過(guò)程量 5 適用條件 變力做功利用微元法 圖像法 平均法 動(dòng)能定理等方法處理 6 功是標(biāo)量 只有大小 沒(méi)有方向 但是有正負(fù) 當(dāng)0 90 時(shí)cos 0 W 0 力對(duì)物體做正功 表示動(dòng)力對(duì)物體做功 若物體做直線運(yùn)動(dòng) 由力和位移夾角來(lái)判斷較方便 當(dāng) 90時(shí) cos 0 W 0 力對(duì)物體不做功 當(dāng)90 180 時(shí) cos 0 W 0 力對(duì)物體做負(fù)功或說(shuō)成物體克服這個(gè)力做功 表示阻力對(duì)物體做功 若物體做曲線運(yùn)動(dòng) 利用力和速度的夾角來(lái)判斷做 時(shí) 力對(duì)物體做正功 時(shí) 力對(duì)物體不做功 時(shí) 力對(duì)物體做負(fù)功 或物體克服力做功 正功的意義是 力對(duì)物體做正功 表明此力的效果是促進(jìn)物體的運(yùn)動(dòng) 是動(dòng)力做功 負(fù)功的意義是 力對(duì)物體做負(fù)功 表明此力的效果是阻礙了物體運(yùn)動(dòng) 是阻力做功 功是標(biāo)量 但有正負(fù) 功的正負(fù)只表示力做功的效果 決不表示方向 也不表示大小 即 表示是動(dòng)力或阻力做功 一個(gè)力對(duì)物體做負(fù)功 也可說(shuō)成物體克服這個(gè)力做了功 正值 做功正負(fù)看夾角 銳 角 正 功 鈍 角 負(fù) 功 直 角 為零 例1 某一物體以一定初速度在粗糙水平面做勻減速直線運(yùn)動(dòng) 若阻力做 20J功 也可以講物體克服阻力做了20J功 比較 8J的功與5J的功誰(shuí)大 2 如圖所示 靜止在光滑水平面上的物體質(zhì)量m 25kg 在與水平方向成60 角斜向上的力F作用下運(yùn)動(dòng)10s 已知F 10N 求在這10s內(nèi)力F所做的功 取g 10m s2 總功等于各個(gè)力對(duì)物體所做功的代數(shù)和 也等于合力對(duì)物體所做的功 三 求總功 3 在光滑水平面上 物體受到兩個(gè)沿水平方向互相垂直的大小分別為3N和4N的恒力 從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)10m 求每個(gè)力做的功和合力做的功 由上可知 總功的計(jì)算是標(biāo)量運(yùn)算 不符合平行四邊形定則 4 用水平恒力F作用于質(zhì)量為M的物體 使之在光滑的水平面上沿力的方向移動(dòng)距離L 恒力做功為W1 再用該恒力作用于質(zhì)量為m mw2Bw1 w2Cw1 w2D無(wú)法判斷 C 本題說(shuō)明了一個(gè)力所做的功只由力和力的方向上發(fā)生的位移決定 跟物體是否還受到其它力作用 以及物體的運(yùn)動(dòng)情況均無(wú)關(guān) 5 一人乘電梯從1樓到20樓 在此過(guò)程中經(jīng)歷了先加速 后勻速 再減速的運(yùn)動(dòng)過(guò)程 則電梯對(duì)人的支持力的做功情況是 A 加速時(shí)做正功 勻速時(shí)不做功 減速時(shí)做負(fù)功B 加速時(shí)做正功 勻速和減速時(shí)做負(fù)功C 加速和勻速時(shí)做正功 減速時(shí)做負(fù)功D 始終做正功 解析 在加速 勻速 減速的過(guò)程中 支持力與人的位移方向始終相同 所以支持力始終對(duì)人做正功 故D正確 答案 D 6 同一個(gè)物體 分別沿兩個(gè)光滑斜面由B C勻速提升到A 如圖所示 若沿兩個(gè)斜面的拉力分別為FB FC 兩個(gè)過(guò)程中拉力做的功分別為WB WC 則 A WB WCFBWCFB FCD WB WCFB FC 小結(jié) 1 做功的兩個(gè)不可缺少的因素 作用在物體上的力 在力的方向上移動(dòng)的位移 2 功的計(jì)算 W FScos a 功一定要指明是哪個(gè)力對(duì)物體做的功 b 力必須是恒力 力 物體在力的方向上 發(fā)生的位移 力的大小 位移的大小 正 不做 負(fù) 先求合外力 再求合外力的功 先求每個(gè)力的功 再求各力做功 的代數(shù)和 第二課時(shí) 1 質(zhì)量為m的物體沿傾角為 的斜面勻速滑下 在通過(guò)位移L的過(guò)程中 A 重力對(duì)物體做功mgLB 重力對(duì)物體做功mgLsin C 支持力對(duì)物體做功mgLcos D 摩擦力對(duì)物體做正功 數(shù)值為mgLsin B 2 物體A的質(zhì)量為2kg 置于粗糙的水平面上 水平拉力F大小為2N 不計(jì)繩子與滑輪的摩擦和滑輪的質(zhì)量 物體剛好做勻速直線運(yùn)動(dòng) 在物體A移動(dòng)l 0 4m的過(guò)程中 求拉力F做功 要點(diǎn) l為F的作用點(diǎn)發(fā)生的位移 方法二 等效法 A受拉力做的功為F做的功 平均力法 若變力大小隨位移是線性變化 且方向不變時(shí) 可將變力的平均值求出后用公式 一 變力做功 求解對(duì)象 2 圖像法 變力的功W可用F L圖線所包圍的面積表示 L軸上方的面積表示力對(duì)物體做的正功的多少 L軸下方的面積表示力對(duì)物體做的負(fù)功的多少 3 微元法 適應(yīng)對(duì)象 適應(yīng)對(duì)象 適應(yīng)對(duì)象 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) 解題方法 可用微元法將曲線分成無(wú)限個(gè)小元段 每一小元段可認(rèn)為恒力做功 總功即為各個(gè)小元段做功的代數(shù)和 答案 2 mg R 把一個(gè)物體從地面豎直向上拋出去 該物體上升的最大高度是h 若物體的質(zhì)量為m 所受的空氣阻力恒為f 則在從物體被拋出到落回地面的全過(guò)程中 A 重力所做的功為零B 重力所做的功為2mghC 空氣阻力做的功為零D 空氣阻力做的功為 2fh AD 分段法 空氣阻力做的功在數(shù)值上等于阻力與全程物體路程的乘積 練習(xí) 4 等效法 3 如圖 一根繩子繞過(guò)高4m的滑輪 大小 摩擦均不計(jì) 繩的一端拴一質(zhì)量為10kg的物體 另一側(cè)沿豎直方向的繩被人拉住 若人拉住繩子前進(jìn)3m 使物體勻速上升 則人拉繩所做的功為 A 500JB 300JC 100JD 50J 等效法 化變力做功為恒力做功 若某一變力的功和某一恒力的功相等 則可以通過(guò)計(jì)算該恒力的功 求出該變力的功 而恒力做功又可以用W FScosa計(jì)算 從而使問(wèn)題變得簡(jiǎn)單 1 滑動(dòng)摩擦力一定做負(fù)功嗎 滑動(dòng)摩擦力f對(duì)m做負(fù)功W1 fSm 滑動(dòng)摩擦力f對(duì) 做正功W2 fSM 一對(duì)滑動(dòng)摩擦力對(duì)物體作功之和必定為負(fù)功 滑動(dòng)摩擦力對(duì)滑塊做負(fù)功 滑動(dòng)摩擦力對(duì)桌不做功 滑動(dòng)摩擦力既可以做正功 也可以做負(fù)功 還可以不做功 課堂討論 2 靜摩擦力一定不做功嗎 A和B相對(duì)靜止 一起加速運(yùn)動(dòng) 靜摩擦力對(duì)A做負(fù)功W fS 靜摩擦力對(duì) 做正功 fS 一對(duì)靜摩擦力作功之和必定為零 課堂討論 二 摩擦力做功的特點(diǎn)與計(jì)算1 靜摩擦力做功的特點(diǎn) 1 靜摩擦力可以做正功 也可以做負(fù)功 還可以不做功 2 一對(duì)互為作用力和反作用力的靜摩擦力所做功的總和等于零 位移相等 f等大反向 2 滑動(dòng)摩擦力做功的特點(diǎn) 1 滑動(dòng)摩擦力可以做正功 可以做負(fù)功 還可以不做功 2 相互摩擦的系統(tǒng)內(nèi) 一對(duì)滑動(dòng)摩擦力所做的總功為負(fù)值 有相對(duì)位移 有能量的轉(zhuǎn)化 1 關(guān)于摩擦力做功的下列說(shuō)法中正確的是 A 滑動(dòng)摩擦力阻礙物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 一定做負(fù)功B 靜摩擦力起著阻礙物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的作用 一定不做功C 靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力一定都做負(fù)功D 滑動(dòng)摩擦力可以對(duì)物體做正功 D 2 質(zhì)量為M的木板放在光滑水平面上 如圖所示 一個(gè)質(zhì)量為m的滑塊以某一速度沿木板表面從A點(diǎn)滑至B點(diǎn) 在木板上前進(jìn)了L 同時(shí)木板前進(jìn)了x 若滑塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 求摩擦力對(duì)滑塊 對(duì)木板所做的功各為多少 三 作用力 反作用力做功的特點(diǎn) 比較一對(duì)作用力和反作用力做的功時(shí) 不要只看到力的大小是否相等 方向是否相反 還要注意分析兩物體在相應(yīng)力的作用下的位移情況 3 關(guān)于兩個(gè)物體間的一對(duì)作用力和反作用力的做功情況 下列說(shuō)法正確的是 A 作用力做功 反作用力一定做功B 作用力做正功 反作用力一定做負(fù)功C 作用力和反作用力可能都做負(fù)功D 作用力和反作用力做的功一定大小相等 都做負(fù)功 如 兩個(gè)條形磁鐵同名磁極相對(duì)互相靠近過(guò)程中 一對(duì)磁力均做負(fù)功等 C 1 如圖所示 一根不計(jì)質(zhì)量的輕繩通過(guò)定滑輪分別與M和m連接 置于光滑水平地面上 木板質(zhì)量為M 長(zhǎng)度為L(zhǎng) 小木塊質(zhì)量為m 小木塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 開(kāi)始時(shí)木塊靜止在木板左端 現(xiàn)用水平向右的拉力F將m拉至木板右端 拉力F至少做的功為 A mgLB 2 mgLC mgL 2D M m gL 2 如圖所示 擺球質(zhì)量為m 懸線的長(zhǎng)為L(zhǎng) 把懸線拉到水平位置后放手 設(shè)在擺球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中空氣阻力f的大小不變 求擺球從A運(yùn)動(dòng)到豎直位置B時(shí) 重力mg 繩的拉力T 空氣阻力f各做了多少功 3 如圖所示 足夠長(zhǎng)的水平傳送帶以2m s的速度勻速運(yùn)行 將一質(zhì)量為2kg的工件輕輕放在傳送帶上 工件與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù) 0 2 則工件在5s內(nèi)的位移是多少 摩擦力對(duì)物體做的功是多少 4 如圖所示 重物P放在粗糙的水平板OM上 當(dāng)水平板繞O端緩慢抬高 在重物P沒(méi)有