物理魯科版（2019）必修第二冊(cè) 1.1機(jī)械功課件

第1節(jié)機(jī)械功學(xué)習(xí)目標(biāo)思維導(dǎo)圖1.理解功的概念,知道W=Fscos

α的適用范圍,會(huì)用功的公式進(jìn)行計(jì)算。2.理解正、負(fù)功的概念,會(huì)根據(jù)公式計(jì)算多個(gè)力所做的總功。必備知識(shí)自我檢測(cè)一、功1.概念:如果作用于某物體的恒力大小為F,該物體沿力的方向運(yùn)動(dòng)的位移大小為s,則F與s的乘積稱為機(jī)械功,簡(jiǎn)稱功。2.恒力做功公式:(1)恒力F與位移s同向時(shí),F做的功W=Fs。(2)恒力F與位移s垂直時(shí),W=0。(3)恒力F與位移s有一定夾角時(shí),如圖所示,根據(jù)合力與分力的等效性原理,可把計(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。即W=W1+W2=Fscosα。

3.矢標(biāo)性:功只有大小,沒(méi)有方向,是標(biāo)量。4.單位:國(guó)際單位為焦耳,簡(jiǎn)稱焦,符號(hào)是J。必備知識(shí)自我檢測(cè)二、機(jī)械功的計(jì)算1.對(duì)W=Fscos

α的理解物體失去能量。2.總功的計(jì)算當(dāng)物體在多個(gè)力的共同作用下運(yùn)動(dòng)而發(fā)生一段位移時(shí),這幾個(gè)力對(duì)物體所做的總功有兩種計(jì)算方法。(1)總功等于各個(gè)力分別對(duì)物體做功的代數(shù)和,即W總=W1+W2+W3+…。(2)總功等于各個(gè)力的合力對(duì)物體做的功,即W總=F合scosα。

必備知識(shí)自我檢測(cè)正誤辨析1.公式W=Fs中的s是物體運(yùn)動(dòng)的路程。(

)解析:公式W=Fs中的s是物體在力的方向上發(fā)生的位移,不是路程。答案:×2.物體在力F作用下運(yùn)動(dòng),該力一定對(duì)物體做功。(

)解析:若力與位移垂直時(shí),該力不做功。答案:×3.力F1、F2做的功分別為W1=10J,W2=-15J,則W1、W2的方向相反。(

)解析:功是標(biāo)量,沒(méi)有方向。答案:×4.若力F對(duì)物體不做功,則物體的位移一定為0。(

)解析:若力F對(duì)物體不做功,則可能力與位移垂直。答案:×問(wèn)題一問(wèn)題二問(wèn)題三隨堂檢測(cè)功的理解與計(jì)算情境導(dǎo)引如圖為生活中常見(jiàn)的情景。(1)各圖中人是否對(duì)物體做功?(2)圖丙中,人對(duì)拖把做功等于力與位移的乘積嗎?問(wèn)題一問(wèn)題二問(wèn)題三隨堂檢測(cè)要點(diǎn)提示:(1)甲圖中,杠鈴不動(dòng),沒(méi)有位移,人對(duì)杠鈴沒(méi)有做功;乙圖中,花在力的方向上沒(méi)有位移,人對(duì)花沒(méi)有做功;丙圖中,拖把在人對(duì)它的力的方向上發(fā)生了位移,人對(duì)拖把做功。(2)人對(duì)拖把的力與其位移不同向,功等于位移與位移方向上的力的乘積。問(wèn)題一問(wèn)題二問(wèn)題三隨堂檢測(cè)知識(shí)點(diǎn)撥1.力對(duì)物體做功的兩個(gè)必要因素①做功的力;②物體在力的方向上發(fā)生的位移。與物體運(yùn)動(dòng)的快慢、運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)、接觸面是否光滑、物體質(zhì)量的大小等均無(wú)關(guān)系。2.功是一個(gè)過(guò)程量功描述的是力在物體沿力的方向發(fā)生位移的過(guò)程中的積累效應(yīng)。3.對(duì)W=Fscos

α的理解(1)W=Fscosα僅適用于計(jì)算恒力的功。(2)F表示力的大小,s表示力的作用點(diǎn)相對(duì)于地面的位移的大小(s也常常說(shuō)是物體相對(duì)于地面的位移大小),α表示力和位移方向間的夾角,0°≤α≤180°。問(wèn)題一問(wèn)題二問(wèn)題三隨堂檢測(cè)畫(huà)龍點(diǎn)睛

公式的表達(dá)W=Fscos

α可理解為“功等于沿力F方向的分位移與力的乘積”,也可以理解為“功等于位移與沿位移方向的分力的乘積”。問(wèn)題一問(wèn)題二問(wèn)題三隨堂檢測(cè)實(shí)例引導(dǎo)例1如圖所示,質(zhì)量為m=2kg的物體靜止在水平地面上,受到與水平地面夾角為θ=37°、大小F=10N的拉力作用,物體移動(dòng)了s=2m,物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.3,g取10m/s2,cos37°=0.8,sin37°=0.6。求:(1)拉力F所做的功W1。(2)摩擦力f所做的功W2。(3)重力G所做的功W3。(4)彈力N所做的功W4。問(wèn)題一問(wèn)題二問(wèn)題三隨堂檢測(cè)解析:(1)對(duì)物體進(jìn)行受力分析,如圖所示。

W1=Fscos

θ=10×2×0.8

J=16

J。(2)N=G-Fsin

θ=20

N-10×0.6

N=14

N,f=μN(yùn)=0.3×14

N=4.2

NW2=fscos

180°=-4.2×2

J=-8.4

J。(3)W3=Gscos

90°=0。(4)W4=Nscos

90°=0。答案:(1)16J

(2)-8.4J

(3)0

(4)0問(wèn)題一問(wèn)題二問(wèn)題三隨堂檢測(cè)規(guī)律方法

計(jì)算恒力做功要注意的三個(gè)問(wèn)題(1)某力對(duì)物體做功只跟這個(gè)力和物體的位移以及力與位移間的夾角有關(guān),跟物體是否還受其他力的作用無(wú)關(guān)。(2)力F與位移s必須具有同時(shí)性,即s必須是力F作用過(guò)程中的位移。(3)計(jì)算功時(shí)一定要明確在哪段位移過(guò)程中對(duì)哪個(gè)物體做的功。問(wèn)題一問(wèn)題二問(wèn)題三隨堂檢測(cè)變式訓(xùn)練1如圖所示,物體在力的作用下在水平面上發(fā)生一段位移s,試分別計(jì)算這四種情況下力F對(duì)物體所做的功。設(shè)在這四種情況下力F和位移s的大小都相同,F=10N,s=1m,角θ的大小如圖所示,分別說(shuō)明每種情況下力F做功的正負(fù),并求出功。問(wèn)題一問(wèn)題二問(wèn)題三隨堂檢測(cè)解析:甲圖中力F做正功,丁圖中力F做正功,W=Fs=10

J。

答案:見(jiàn)解析

問(wèn)題一問(wèn)題二問(wèn)題三隨堂檢測(cè)對(duì)正功和負(fù)功的理解情境導(dǎo)引如圖甲所示,前面的人向前拉車(chē),后面的人向后拉車(chē)。如圖乙所示,推出的鉛球在空中運(yùn)動(dòng)。(1)前面、后面的人對(duì)車(chē)做功有何不同?(2)鉛球在上升、下降過(guò)程中,鉛球的重力做功情況始終相同嗎?問(wèn)題一問(wèn)題二問(wèn)題三隨堂檢測(cè)要點(diǎn)提示:(1)前面的人對(duì)車(chē)的拉力與小車(chē)位移方向的夾角小于90°,做正功;后面的人對(duì)車(chē)的拉力與小車(chē)位移方向的夾角大于90°,做負(fù)功。(2)推出的鉛球在上升過(guò)程中,重力方向與速度方向夾角大于90°,重力對(duì)鉛球做負(fù)功;鉛球在下落中,重力方向與速度方向的夾角小于90°,重力對(duì)鉛球做正功。問(wèn)題一問(wèn)題二問(wèn)題三隨堂檢測(cè)知識(shí)點(diǎn)撥1.功是標(biāo)量(1)功是標(biāo)量,只有量值,沒(méi)有方向。功的正、負(fù)并不表示功的方向,而且也不是數(shù)量上的正與負(fù)。我們既不能說(shuō)“正功與負(fù)功的方向相反”,也不能說(shuō)“正功大于負(fù)功”,它們僅表示做功效果不同。(2)一個(gè)力對(duì)物體做負(fù)功,往往說(shuō)成物體克服這個(gè)力做了功。2.判斷力是否做功及做功正、負(fù)的方法看力F的方向與位移s的方向間的夾角α——常用于恒力或方向不變的變力做功的情形。例如(如圖所示),光滑水平面上有一光滑斜面b,a由斜面頂端由靜止滑下,b對(duì)a的支持力N對(duì)a物體做了負(fù)功,因?yàn)橹С至與位移s之間的夾角始終大于90°。問(wèn)題一問(wèn)題二問(wèn)題三隨堂檢測(cè)3.正功、負(fù)功的物理意義功的正負(fù)由力和位移之間的夾角決定,所以功的正負(fù)不表示方向,而只能說(shuō)明做功的力對(duì)物體來(lái)說(shuō)是動(dòng)力還是阻力。問(wèn)題一問(wèn)題二問(wèn)題三隨堂檢測(cè)實(shí)例引導(dǎo)例2(多選)如圖所示,人站在自動(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)人做功為零解析:人隨電梯向上勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)只受重力和豎直向上的支持力。重力與速度方向的夾角大于90°,所以重力做負(fù)功;支持力方向與速度方向間的夾角小于90°,支持力做正功;人受的合力為零,所以合力做功為零,選項(xiàng)A、C、D正確,B錯(cuò)誤。答案:ACD問(wèn)題一問(wèn)題二問(wèn)題三隨堂檢測(cè)規(guī)律方法

力做正功還是負(fù)功的判斷方法1.判斷力F與位移s的夾角αα<90°,力做正功;α>90°,力做負(fù)功;α=90°,力不做功。2.判斷力F與速度v的夾角θθ<90°,力做正功;θ>90°,力做負(fù)功;θ=90°,力不做功。問(wèn)題一問(wèn)題二問(wèn)題三隨堂檢測(cè)變式訓(xùn)練2一人乘電梯從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問(wèn)題一問(wèn)題二問(wèn)題三隨堂檢測(cè)總功及其求解思路情境導(dǎo)引羽毛球擊出后,在落地的過(guò)程中,重力對(duì)它做了2J的功,水平風(fēng)力對(duì)它做了1J的功。(1)有的同學(xué)認(rèn)為,根據(jù)平行四邊形定則,重力和風(fēng)力一共對(duì)羽毛球做的總功是J,是這樣嗎?(2)計(jì)算力對(duì)物體做的總功還有哪些方法?問(wèn)題一問(wèn)題二問(wèn)題三隨堂檢測(cè)要點(diǎn)提示:(1)功是標(biāo)量,不能根據(jù)平行四邊形定則求總功,各力做功的代數(shù)和就等于總功,則重力和風(fēng)力一共對(duì)羽毛球做的總功是3

J。(2)先計(jì)算合力,后求總功W=F合scos

α。問(wèn)題一問(wèn)題二問(wèn)題三隨堂檢測(cè)知識(shí)點(diǎn)撥計(jì)算總功的思路由合力與分力的等效替代關(guān)系知,合力與分力做功也是可以等效替代的,因此計(jì)算總功時(shí)有兩種基本思路:問(wèn)題一問(wèn)題二問(wèn)題三隨堂檢測(cè)實(shí)例引導(dǎo)例3如圖所示,一個(gè)質(zhì)量m=2kg的物體,受到與水平方向成37°角斜向上的拉力F1,F1=20N,在水平地面上向右移動(dòng)的位移s=2m,物體與地面間的滑動(dòng)摩擦力F2=7N,cos37°=0.8。求外力對(duì)物體所做的總功。問(wèn)題一問(wèn)題二問(wèn)題三隨堂檢測(cè)解析:解法1:拉力F1對(duì)物體所做的功為W1=F1scos

37°=20×2×0.8

J=32

J摩擦力F2對(duì)物體所做的功為W2=F2scos

180°=7×2×(-1)J=-14

J外力對(duì)物體所做的總功W等于W1和W2的代數(shù)和,所以W=W1+W2=18

J。解法2:物體受到的合力為F合=F1cos

37°-F2=20×0.8

N-7

N=9

N所以W=F合s=9×2

J=18

J。答案:18J問(wèn)題一問(wèn)題二問(wèn)題三隨堂檢測(cè)規(guī)律方法

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(shí)(合力為零),或者物體在某一方向上做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)(合力等于ma),用先求合力再求功的方法更簡(jiǎn)便。(2)如果已知物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)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(shí),應(yīng)選擇W合=W1+W2+W3+…問(wèn)題一問(wèn)題二問(wèn)題三隨堂檢測(cè)變式訓(xùn)練3如圖所示,質(zhì)量為m的物體靜止在傾角為θ的斜面上,物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ?，F(xiàn)使斜面水平向左勻速移動(dòng)距離l。該過(guò)程中,斜面對(duì)物體做的功、各力對(duì)物體做的總功分別是(

)A.-mglsinθcosθ;0B.0;0C.0;mglsinθcosθD.-mglsinθcosθ;mglsinθcosθ解析:根據(jù)物體的平衡條件,可得f=mgsin

θ,N=mgcos

θ。各力的功分別為Wf=f·lcos

(180°-θ)=-mglsin

θ·cos

θ;WN=N·lcos

(90°-θ)=mglcos

θ·sin

θ;WG=mglcos

90°=0;斜面對(duì)物體做的功為斜面對(duì)物體施加的力做功的代數(shù)和W斜=Wf+WN=0。各個(gè)力對(duì)物體所做的總功等于各力做功的代數(shù)和,即W總=Wf+