新教材同步系列2024春高中物理第八章機(jī)械能守恒定律1功與功率課件新人教版必修第二冊(cè)

第八章機(jī)械能守恒定律①物理觀念：能理解功、功率、動(dòng)能、重力勢(shì)能及機(jī)械能守恒定律的內(nèi)涵，定性了解彈性勢(shì)能；能用動(dòng)能定理和機(jī)械能守恒定律等分析解釋生產(chǎn)、生活中的相關(guān)現(xiàn)象，解決一些相關(guān)的實(shí)際問(wèn)題；能體會(huì)守恒觀念對(duì)認(rèn)識(shí)物理規(guī)律的重要性．具有與功和機(jī)械能相關(guān)的初步的能量觀念．②科學(xué)思維：能基于熟悉的問(wèn)題情境建構(gòu)物理模型并運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解決問(wèn)題，會(huì)分析機(jī)械能守恒的條件；能從機(jī)械能守恒的角度分析動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，通過(guò)推理，獲得結(jié)論；能用與機(jī)械能守恒定律等相關(guān)的證據(jù)說(shuō)明結(jié)論；能從不同視角解決動(dòng)力學(xué)問(wèn)題．③科學(xué)探究：能完成“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”等物理實(shí)驗(yàn)；能提出實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的物理問(wèn)題；能在他人幫助下設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，獲取數(shù)據(jù)；能分析數(shù)據(jù)、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律；能反思實(shí)驗(yàn)過(guò)程，嘗試減小實(shí)驗(yàn)誤差；能撰寫(xiě)比較完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，在報(bào)告中能呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)表格及數(shù)據(jù)分析過(guò)程，嘗試?yán)脤?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行討論交流．④科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過(guò)對(duì)機(jī)械能守恒定律的驗(yàn)證，能認(rèn)識(shí)科學(xué)規(guī)律的建立需要實(shí)驗(yàn)證據(jù)的檢驗(yàn)；有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)和研究物理的興趣；能認(rèn)識(shí)機(jī)械能守恒定律對(duì)日常生活的影響．本章重點(diǎn)①功、

功率、動(dòng)能、勢(shì)能的概念；②動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒定律兩個(gè)重要規(guī)律．本章難點(diǎn)①動(dòng)能定理的應(yīng)用；②機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用；③能量守恒定律的應(yīng)用；④實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．1功與功率學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)法指導(dǎo)1．理解功的概念，掌握功的計(jì)算公式2．知道正功、負(fù)功及判斷方法3．理解功率的概念，能區(qū)分和計(jì)算平均功率和瞬時(shí)功率4．學(xué)會(huì)分析汽車(chē)的啟動(dòng)問(wèn)題1．回顧初中學(xué)過(guò)的功的相關(guān)內(nèi)容，理解功和功率等相關(guān)物理概念；通過(guò)矢量分解的方法，將力與位移不在一條直線上時(shí)功的計(jì)算轉(zhuǎn)化為初中探究過(guò)的兩種(平行、垂直)特殊情況處理2．通過(guò)實(shí)例分析，理解正功和負(fù)功、平均功率、瞬時(shí)功率、額定功率、輸出功率等含義．掌握功和功率問(wèn)題的分析計(jì)算方法知識(shí)導(dǎo)圖課前·

自主預(yù)習(xí)1．功的概念和公式功、正功和負(fù)功概念物體在力的作用下_________________發(fā)生了變化，那么這個(gè)力一定對(duì)物體做了功因素(1)力；(2)物體在__________上發(fā)生的位移公式(1)力F與位移l同向時(shí)：W＝______(2)力F與位移l有夾角α?xí)r：W＝__________符號(hào)含義其中F、l、cosα分別表示____________、____________、力與位移夾角的余弦符號(hào)單位F的單位是______，l的單位是________，W的單位是________沿力方向的位移力的方向FlFlcosα力的大小位移大小NmJ2．正功和負(fù)功功有正、負(fù)之分，但功是________(選填“標(biāo)量”或“矢量”)，功的正負(fù)只表示是動(dòng)力做功還是阻力做功．請(qǐng)根據(jù)功的公式完成下表．正功和負(fù)功的判斷標(biāo)量W>0W＝0W<03．總功的計(jì)算總功的計(jì)算有如下方法：(1)W合＝______________(α為F合與位移l的夾角).(2)W合＝W1＋W2＋…＋Wn(即總功為各個(gè)分力所做功的__________).F合lcosα代數(shù)和物體受力的同時(shí)又有位移發(fā)生，那么力一定做功嗎？【答案】不一定，還要看力與位移是否垂直．如圖所示，一個(gè)物塊在與水平方向成α角的恒力F作用下，沿水平面向右運(yùn)動(dòng)一段距離s，在此過(guò)程中，恒力F對(duì)物塊所做的功為

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)【答案】D【解析】根據(jù)W＝Flcosθ得W＝Fscosα，選項(xiàng)D正確．1．功率的概念(1)定義：功W與完成這些功所用時(shí)間t的________．(2)定義式：__________．(3)單位：在國(guó)際單位制中，功率的單位是________，簡(jiǎn)稱“瓦”，用W表示．(4)物理意義：功率是標(biāo)量，它是表示物體____________的物理量.功率比值瓦特做功快慢2．功率與速度(1)功率與速度關(guān)系式：P＝________(F與v方向相同).(2)推導(dǎo)：(3)在P＝Fv中，若v是平均速度，則P是平均功率；若v是瞬時(shí)速度，則P是瞬時(shí)功率．FvFlvtFv3．額定功率與實(shí)際功率按機(jī)械的工作狀態(tài)分為額定功率與實(shí)際功率，其對(duì)比如下：項(xiàng)目定義特點(diǎn)聯(lián)系額定功率發(fā)動(dòng)機(jī)正常條件下長(zhǎng)時(shí)間工作的______________不同機(jī)械額定功率可能不同，但同一機(jī)械額定功率不變?yōu)榱藱C(jī)械的安全P實(shí)≤P額實(shí)際功率發(fā)動(dòng)機(jī)_________時(shí)的輸出功率同一機(jī)械實(shí)際功率隨工作情況而變最大輸出功率實(shí)際工作由于P＝Fv，那么隨著汽車(chē)速度增大，功率也會(huì)無(wú)限增大嗎？【答案】不會(huì)．汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)變速箱將動(dòng)力傳輸給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，一般賽車(chē)的變速箱有1擋到5擋5個(gè)逐次增高的前進(jìn)擋位，在發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率不變時(shí)，擋位越高車(chē)速越快，加大油門(mén)可以增大發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率．如圖所示是賽車(chē)越野比賽時(shí)正在爬坡的情形，為了能夠順利爬上陡坡，司機(jī)應(yīng)該

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)A．撥1擋，減小油門(mén)B．撥1擋，加大油門(mén)C．撥5擋，減小油門(mén)D．撥5擋，加大油門(mén)【答案】B課堂·

重難探究1．正功、負(fù)功的意義功的計(jì)算和正、負(fù)功的判斷正功力對(duì)物體做正功，這個(gè)力對(duì)物體來(lái)說(shuō)是動(dòng)力負(fù)功力對(duì)物體做負(fù)功，這個(gè)力是阻力，對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)起阻礙作用，也可說(shuō)物體克服阻力做功，取正值說(shuō)明(1)不能把負(fù)功的負(fù)號(hào)理解為力與位移方向相反，更不能錯(cuò)誤地認(rèn)為功是矢量，負(fù)功的方向與位移方向相反(2)一個(gè)力對(duì)物體做了負(fù)功，往往說(shuō)成物體克服這個(gè)力做了功(取絕對(duì)值)，即力F做負(fù)功，－Fl等效于物體克服力F做功Fl2．合力做功的求法(1)先求各力做功再求代數(shù)和：W總＝W1＋W2＋…＋Wn，式中W1、W2、…、Wn分別表示為F1、F2、…、Fn對(duì)物體所做的功．(2)先根據(jù)力的合成法則求合力再求合力的功：W總＝F合lcosα，公式中F合為n個(gè)力F1、F2、…、Fn的合力，l為物體的位移，α為F合與位移l的夾角，僅適用于受力恒定的情況．例1

如圖所示，質(zhì)量為m的物體靜止于傾角為α的斜面上，當(dāng)斜面體受力后，物體隨斜面一起沿水平面勻速移動(dòng)距離l.(1)求物體所受各力對(duì)物體做的功分別是多少？(2)斜面對(duì)物體做的功是多少？(3)合外力對(duì)物體做的功是多少？解：(1)物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在重力G、支持力FN和摩擦力Ff這三個(gè)力的作用下處于平衡狀態(tài)，各力均為恒力，由題中物體受力分析圖可得各力的大小分別為變式1

(2023年肇慶一中期中)某校高三年級(jí)的體育生積極進(jìn)行體育學(xué)科的高考備考，體育生在體育訓(xùn)練中拖著舊橡膠輪胎跑步是身體耐力訓(xùn)練的一種有效方法(如圖).如果體育生拖著輪胎在水平直道上跑了200m，那么下列說(shuō)法正確的是

(

)A．摩擦力對(duì)輪胎做了負(fù)功B．重力對(duì)輪胎做了正功C．拉力對(duì)輪胎不做功D．支持力對(duì)輪胎做了正功【答案】A【解析】輪胎受到地面的摩擦力方向水平向左，而位移水平向右，兩者夾角為180°，則輪胎受到地面的摩擦力對(duì)輪胎做負(fù)功，A正確；輪胎受到的重力方向豎直向下，而輪胎的位移水平向右，則輪胎在豎直方向上沒(méi)有發(fā)生位移，重力不做功，B錯(cuò)誤；設(shè)拉力與水平方向的夾角為α，由于α是銳角，所以輪胎受到的拉力對(duì)輪胎做正功，C錯(cuò)誤；輪胎受到地面的支持力豎直向上，而輪胎的位移水平向右，則輪胎在豎直方向上沒(méi)有發(fā)生位移，支持力不做功，D錯(cuò)誤．(1)求恒力做功時(shí)，要先對(duì)物體進(jìn)行受力分析，求出力的大小和方向，然后再應(yīng)用功的公式求解．(2)求合力的功時(shí)，可以先求合力再求功，也可以先求各力做的功，再求各力做功的代數(shù)和．1．功率的定義式和推導(dǎo)式功率的理解和計(jì)算2．公式P＝Fv的應(yīng)用(1)由于表達(dá)式W＝Fl適用于力F與位移l同方向的情況，故P＝Fv適用于力F和速度v同方向的情況．(2)當(dāng)力F和速度v不在同一直線上時(shí)，也可以將力F分解為沿v方向的分力F1和垂直于v方向的分力F2，F(xiàn)2不做功，其功率為零，分力F1的功率即力F的功率；或者分解速度，用力F乘沿F方向上的分速度，故其一般表達(dá)式為P＝Fvcosα.例2

如圖所示，質(zhì)量為m＝2kg的木塊在傾角θ＝37°的足夠長(zhǎng)斜面上由靜止開(kāi)始下滑，斜面固定且木塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝0.5.已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g取10m/s2，求：(1)前2s內(nèi)重力做的功；(2)前2s內(nèi)重力的平均功率；(3)2s末重力的瞬時(shí)功率．變式2

(2023年江門(mén)一中月考)如圖所示為古代的水車(chē)，該水車(chē)周邊均勻分布著n個(gè)盛水的容器．在流水的沖力作用下，水車(chē)邊緣以速率v做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)裝滿水的容器到達(dá)最高處時(shí)將水全部倒入水槽中．設(shè)每個(gè)盛水容器裝入水的質(zhì)量均為m，忽略容器裝水的過(guò)程和水車(chē)浸入水的深度．已知重力加速度為g，則水車(chē)運(yùn)水的平均功率為 (

)【答案】C計(jì)算功率應(yīng)該注意的問(wèn)題(1)首先應(yīng)該明確所求的功率是平均功率還是瞬時(shí)功率，計(jì)算平均功率與瞬時(shí)功率選擇的公式不同．(2)求平均功率時(shí)，應(yīng)明確是哪一段時(shí)間內(nèi)的平均功率；求瞬時(shí)功率時(shí)，應(yīng)明確是哪一時(shí)刻的瞬時(shí)功率．(3)應(yīng)該明確是哪一個(gè)力對(duì)物體做功的功率，是動(dòng)力還是阻力，是恒力還是變力等．不同情況應(yīng)選擇不同的公式．1．列車(chē)以恒定功率啟動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程所以列車(chē)達(dá)最大速度時(shí)，a＝0，F(xiàn)＝Ff，P＝Fvmax＝Ffvmax，這一啟動(dòng)過(guò)程的v－t圖像如圖甲所示．列車(chē)啟動(dòng)問(wèn)題甲2．列車(chē)以恒定加速度啟動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程這一啟動(dòng)過(guò)程的v－t圖像如圖乙所示．乙[特別提醒](1)列車(chē)以恒定功率啟動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程是加速度逐漸減小的變加速運(yùn)動(dòng)．(2)列車(chē)以恒定加速度啟動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程可按兩個(gè)階段處理，即先勻加速啟動(dòng)達(dá)到額定功率，再以恒定功率運(yùn)動(dòng)達(dá)到最大速度．變式3

(多選)(2023年佛山實(shí)驗(yàn)中學(xué)段考)質(zhì)量m＝180kg的小型電動(dòng)汽車(chē)在平直的公路上由靜止啟動(dòng)，如圖甲所示為汽車(chē)運(yùn)動(dòng)的速度與時(shí)間的關(guān)系，圖乙為汽車(chē)牽引力的功率與時(shí)間的關(guān)系．設(shè)汽車(chē)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受阻力不變，在18s末汽車(chē)的速度恰好達(dá)到最大．重力加速度g取10m/s2，則下列說(shuō)法正確的是

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)A．汽車(chē)受到的阻力為200NB．汽車(chē)的最大牽引力為900NC．汽車(chē)在做變加速運(yùn)動(dòng)持續(xù)的時(shí)間為10sD．8～18s內(nèi)汽車(chē)牽引力做的功為3.6×103J【答案】BC汽車(chē)以恒定功率啟動(dòng)，速度增大，牽引力減小，做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng)，直到牽引力等于阻力為止；汽車(chē)以恒定加速度啟動(dòng)，牽引力和阻力恒定，隨著速度增加，它的實(shí)際功率逐漸增大，直到Fv等于額定功率為止．在變力做功的過(guò)程中，當(dāng)有重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能以及其他形式的能量參與轉(zhuǎn)化時(shí)，可以考慮用功能關(guān)系求解．因?yàn)樽龉Φ倪^(guò)程就是能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程，并且轉(zhuǎn)化過(guò)程中能量守恒．核心素養(yǎng)應(yīng)用1．求解變力做功的常用方法變力做功的問(wèn)題是一個(gè)難點(diǎn)，通過(guò)對(duì)變力做功問(wèn)題的歸類(lèi)討論，有利于提高學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，開(kāi)拓學(xué)生解題的思路．科學(xué)思維——變力做功的計(jì)算方法方法以例說(shuō)法微元法質(zhì)量為m的木塊在水平面內(nèi)做半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)一周克服摩擦力做功Wf＝Ff·Δx1＋Ff·Δx2＋Ff·Δx3＋…＝Ff(Δx1＋Δx2＋Δx3＋…)＝Ff·2πR2．摩擦力做功的特點(diǎn)分類(lèi)靜摩擦力滑動(dòng)摩擦力對(duì)單個(gè)物體做功既可以做正功，也可以做負(fù)功，還可以不做功既可以做正功，也可以做負(fù)功，還可以不做功能量的轉(zhuǎn)化在靜摩擦力做功的過(guò)程中，只有機(jī)械能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體(靜摩擦力起著傳遞機(jī)械能的作用)而沒(méi)有機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能相互摩擦的物體通過(guò)滑動(dòng)摩擦力做功，將部分機(jī)械能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，同時(shí)有部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，此部分能量就是系統(tǒng)機(jī)械能的損失量分類(lèi)靜摩擦力滑動(dòng)摩擦力一對(duì)相互作用的摩擦力做的總功一對(duì)相互作用的靜摩擦力所做功的代數(shù)和等于零一對(duì)相互作用的滑動(dòng)摩擦力對(duì)物體系統(tǒng)所做的總功是負(fù)值，大小等于摩擦力與相對(duì)路程的乘積，即Wf＝－Ff·s相，說(shuō)明物體克服摩擦力做功，系統(tǒng)損失的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能認(rèn)識(shí)誤區(qū)例如人走路、起跑、爬竿等情況，靜摩擦力并未在施力的過(guò)程中有位移的積累，所以這三種情況下靜摩擦力都是沒(méi)有做功的斜面模型中滑動(dòng)摩擦力做功與斜面傾角無(wú)關(guān)，只與斜面在水平方向的投影位移和摩擦系數(shù)有關(guān)，即Wf＝f·l＝μmglcosθ＝μGx水平；曲面模型滑動(dòng)摩擦力做功需考慮壓力的變化例4

(2023年中山二中月考)滑板運(yùn)動(dòng)是青少年喜愛(ài)的一項(xiàng)運(yùn)動(dòng)，一塊滑板由板面、滑板支架和四個(gè)輪子等部分組成．如圖，一位練習(xí)者踩著滑板在水平地面上向右減速滑行，若練習(xí)者的腳受到的摩擦力為f1，腳對(duì)滑板的摩擦力為f2，下列說(shuō)法正確的是 (

)A．f1做正功，f2做負(fù)功B．f1做負(fù)功，f2做正功C．f1、f2均做正功D．因?yàn)槭庆o摩擦力，f1、f2都不做功【答案】B【解析】由題意可知練習(xí)者和滑板一起向右減速滑行，即加速度方向向左，由牛頓第二定律可知，練習(xí)者的腳受到的摩擦力f1方向向左，由牛頓第三定律可知，滑板受到腳的摩擦力f2方向向右，人和滑板一起向右運(yùn)動(dòng)，故練習(xí)者的腳受到的摩擦力f1做負(fù)功，腳對(duì)滑板的摩擦力f2做正功，A、C、D錯(cuò)誤，B正確．例5

(2023年黔南模擬)在多年前的農(nóng)村，人們往往會(huì)選擇讓驢來(lái)拉磨把食物磨成面，假設(shè)驢對(duì)磨桿的平均拉力為600N，半徑r為0.5m，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)一周為5s，則

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)A．驢轉(zhuǎn)動(dòng)一周拉力所做的功為0B．驢轉(zhuǎn)動(dòng)一周拉力所做的功為600πJC．驢轉(zhuǎn)動(dòng)一周向心力做功為650πJD．磨盤(pán)邊緣的線速度為0.1πm/s【答案】B小練·

隨堂鞏固1．運(yùn)輸物資的汽車(chē)以額定功率上坡時(shí)，為增大汽車(chē)的牽引力，司機(jī)應(yīng)使汽車(chē)的速度

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)A．減小

B．增大C．保持不變

D．先增大后保持不變【答案】A【解析】由P＝Fv可知，在功率一定的情況下，當(dāng)速度減小時(shí)，汽車(chē)的牽引力就會(huì)增大，此時(shí)更容易上坡，故A正確．2．一質(zhì)量5kg的物體做自由落體運(yùn)動(dòng)，在下落過(guò)程中第2s內(nèi)，重力對(duì)該物體做的功為W，在第3s末重力的功率為P，g取10m/s2.下面說(shuō)法正確的是

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)A．W＝750J,P＝1500WB．W＝1000J，P＝750WC．W＝1000J，P＝1500W