變力做功專題課件

變力做功專題本課件旨在幫助學(xué)生深入理解變力做功的概念，并掌握解決相關(guān)問題的技巧。學(xué)習(xí)目標(biāo)理解變力理解變力做功的概念，掌握計(jì)算公式。掌握公式能夠運(yùn)用公式計(jì)算變力做功的大小，解決相關(guān)問題。分析特殊情況能夠分析不同情況下變力做功的特點(diǎn)，并進(jìn)行計(jì)算。1.理解變力的概念纜車上升纜車在上升過程中，受到的重力大小不變，但方向始終指向地心，所以重力是一個(gè)變力。彈簧拉伸彈簧在拉伸的過程中，彈力的大小隨著形變量的改變而變化，因此彈力也是一個(gè)變力。汽車加速汽車加速行駛時(shí)，受到的牽引力大小會(huì)隨著速度的增加而變化，牽引力也是一個(gè)變力。2.解釋變力做功的公式變力做功的定義變力做功是指當(dāng)作用在物體上的力的大小或方向隨時(shí)間變化時(shí)，力對(duì)物體所做的功。公式變力做功的公式為：W=∫F(s)ds，其中F(s)為力的大小隨位移變化的函數(shù)，s為位移。3.分析變力做功的三種特殊情況11.垂直力當(dāng)力與位移垂直時(shí)，力不做功。22.平行力當(dāng)力與位移平行時(shí)，力做的功等于力的大小乘以位移的大小。33.恒力當(dāng)力的大小和方向保持不變時(shí)，力做的功等于力的大小乘以位移的大小乘以力與位移之間的夾角的余弦。4.計(jì)算變力做功的大小方法一：積分法當(dāng)力的大小隨位移變化時(shí)，可以將位移分成很多小段，每個(gè)小段上力近似為常數(shù)，然后用公式W=FΔs計(jì)算每個(gè)小段上的功，最后將所有小段上的功加起來，即為變力做功的總功。這個(gè)過程可以用積分來表示。方法二：圖解法將力隨位移變化的圖像畫出來，則變力做功等于圖像與橫軸圍成的面積。這個(gè)方法適用于力隨位移變化的圖像比較規(guī)則的情況。方法三：能量守恒定律如果變力做功導(dǎo)致物體動(dòng)能或勢(shì)能發(fā)生變化，則可以利用能量守恒定律來計(jì)算變力做功的大小。1.變力的定義1變化的力變力是指大小或方向隨時(shí)間變化的力。例如，彈簧的彈力，摩擦力，重力等都是變力。2時(shí)刻變化變力的數(shù)值在每個(gè)時(shí)刻都可能不同，因此需要用微積分來計(jì)算變力做功的大小。3影響做功變力做功的大小和路徑有關(guān)，與力的變化情況密切相關(guān)。2.變力在做功中的作用克服阻力變力可克服重力、摩擦力等阻力，使物體做功。改變物體速度變力可以改變物體的速度，使物體做功。改變物體形狀變力可以改變物體形狀，使物體做功。儲(chǔ)存能量變力可以使物體儲(chǔ)存能量，如彈性勢(shì)能。3.變力的方向?qū)ψ龉Φ挠绊懽兞Ψ较蚺c位移方向一致做功為正功。變力對(duì)物體做正功，物體動(dòng)能增加。變力方向與位移方向相反做功為負(fù)功。變力對(duì)物體做負(fù)功，物體動(dòng)能減少。變力方向與位移方向垂直做功為零。變力對(duì)物體不做功，物體動(dòng)能不變。公式1:W=∫F(s)ds公式1用于計(jì)算變力做功，其中W表示做功，F(xiàn)(s)表示力的大小隨位移變化的函數(shù)，s表示位移。∫F(s)ds表示對(duì)力的大小隨位移變化的函數(shù)進(jìn)行積分，積分的結(jié)果即為變力做的功。推導(dǎo)公式11將微元功相加每個(gè)微元功都是力與位移的乘積2將力分解成微元將力分解成無數(shù)個(gè)微元力3將位移分解成微元將位移分解成無數(shù)個(gè)微元位移公式1是將力與位移分解成微元，然后將每個(gè)微元功相加，最后得到總功。公式2:W=F*s*cosθ公式2適用于變力做功F平均力s物體位移θ平均力與位移的夾角公式2體現(xiàn)了變力做功的大小與平均力、位移、力與位移夾角有關(guān)。推導(dǎo)公式2步驟一:將變力分解將變力F分解成平行于位移方向的分力Fcosθ和垂直于位移方向的分力Fsinθ.步驟二:計(jì)算平行分力做功平行分力Fcosθ做功為W=Fcosθ*s.步驟三:考慮垂直分力垂直分力Fsinθ不做功，因?yàn)槠浞较虼怪庇谖灰品较?步驟四:總結(jié)公式綜合以上步驟，可得變力做功的公式W=F*s*cosθ.案例1:推球上坡假設(shè)一個(gè)物體在斜坡上被水平推力推向坡頂，推力的大小和方向隨著時(shí)間不斷變化。這個(gè)過程中，推力對(duì)物體做功，由于推力不斷變化，因此屬于變力做功。案例2:勻加速直線運(yùn)動(dòng)汽車從靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，速度逐漸增加，力的大小和方向也不斷變化，這是一個(gè)典型的變力做功的案例。在勻加速直線運(yùn)動(dòng)中，由于加速度恒定，作用力也恒定，但速度在不斷變化，因此這個(gè)力的方向和大小都在不斷變化，是變力做功。案例3:勻速圓周運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)中，物體的速度大小保持不變，但方向不斷改變，因此它做的是變速運(yùn)動(dòng)，其做功的大小取決于運(yùn)動(dòng)路徑的弧長。對(duì)于圓周運(yùn)動(dòng)中的某個(gè)小段弧長，我們可以近似看成直線，并運(yùn)用之前介紹的公式計(jì)算做功。特殊情況1:F⊥s垂直力不做功當(dāng)力與位移方向垂直時(shí)，力對(duì)物體不做功。勻速圓周運(yùn)動(dòng)在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中，向心力始終與速度方向垂直，因此向心力不做功。單擺運(yùn)動(dòng)單擺在擺動(dòng)過程中，重力始終指向下方，而位移方向始終沿著圓弧切線方向，因此重力不做功。特殊情況2:F//s方向一致當(dāng)力與位移方向平行時(shí)，力對(duì)物體做的功為正功，表示力對(duì)物體做功，使物體能量增加。舉例例如，重力做正功，使物體加速下降，勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。公式此時(shí)，角度θ為0°，cosθ=1，做功公式簡化為W=F*s。特殊情況3:F=常數(shù)勻速直線運(yùn)動(dòng)當(dāng)力的大小和方向保持不變時(shí)，物體將做勻速直線運(yùn)動(dòng)。重力做功重力的大小和方向始終保持不變，因此重力做功可以簡化為公式W=F*s*cosθ。例題11題意一輛質(zhì)量為1000kg的汽車，在水平路面上由靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，加速度為2m/s2。汽車運(yùn)動(dòng)了5s后，速度達(dá)到10m/s。求汽車在5s內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)做的功。2分析汽車受到重力、支持力和摩擦力，由于汽車做勻加速運(yùn)動(dòng)，合外力為汽車的牽引力。牽引力做功等于合外力做功。3解答汽車的牽引力做功大小為10000J，牽引力的功率為2000W。例題21分析題目明確已知條件和求解目標(biāo)2構(gòu)建模型選擇合適的物理模型和公式3求解步驟運(yùn)用公式進(jìn)行計(jì)算，得出結(jié)果4檢驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證答案是否合理，分析誤差通過分析例題2，我們可以深入理解變力做功的概念和計(jì)算方法，并將其運(yùn)用到實(shí)際問題中，例如推動(dòng)物體上坡、勻加速直線運(yùn)動(dòng)等。例題31問題一個(gè)質(zhì)量為1kg的物體，在水平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，半徑為1m，周期為2秒，求物體運(yùn)動(dòng)一周所做的功。2分析物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，合外力為向心力，方向始終指向圓心，而位移方向?yàn)榍芯€方向，所以向心力做功為零。3答案物體運(yùn)動(dòng)一周所做的功為零。復(fù)習(xí)總結(jié)變力做功的概念變力做功是指力的大小或方向隨時(shí)間變化，所做的功。變力做功公式W=∫F(s)ds或W=F*s*cosθ。特殊情況F⊥s時(shí)，W=0；F//s時(shí)，W=F*s；F=常數(shù)時(shí)，W=F*s*cosθ。應(yīng)用變力做功在實(shí)際問題中應(yīng)用廣泛，例如推球上坡、勻加速直線運(yùn)動(dòng)等。知識(shí)拓展變力做功與功的守恒變力做功的概念可以幫助我們更深入理解功的守恒定律，以及在復(fù)雜運(yùn)動(dòng)場景中的應(yīng)用。能量轉(zhuǎn)換變力做功涉及能量的轉(zhuǎn)換，例如：重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，或熱能等形式。變力做功的應(yīng)用變力做功在實(shí)際生活中有著廣泛的應(yīng)用，例如：汽車行駛，火車爬坡，電梯升降等。課后思考題思考題1一個(gè)物體在變力的作用下做直線運(yùn)動(dòng)，如何求該變力做的功？思考題2當(dāng)變力的方向與物體運(yùn)動(dòng)方向垂直時(shí)，變力做功為零嗎？為什么？