《2020版高中物理教科必修二课件：4.1 功》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020版高中物理教科必修二课件：4.1 功（57页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章 机械能和能源 1 功 一 做功与能量转化 1 概念 一个物体受到力的作用 并在 发生 了一段位移 这个力就对物体做了功 力的方向上 2 做功的两个因素 关于做功的因素 应选下列说法中的哪两个 力的作用时间 物体的运动路程 力的大小 物体的运动位移 物体在力的方向上的位移 3 做功的实质 做功的过程就是 的过程 能量转化 二 功的计算公式 思考 风把树上的苹果吹落 如何求恒定风力和重力 对苹果做的功 如何求总功 提示 1 风力的功等于风力乘在风力方向上产生的位 移 重力的功等于重力乘下落的高度 2 总功等于上 述两个功的和 1 公式 1 力F与位移l同向时 W 2 力F与位移l夹角为 时
2、 W 其中F l 分别为 和 方向的 夹角 2 单位 国际单位制中 功的单位是 符号是 Fl Flcos 力的大小位移的大小力与位移 焦耳J 三 功的正负 合力的功 1 正功和负功 的取值值W的取值值含 义义 W 0力F 0 W 0力F对对物体做 正功 负功 2 功的特点 1 功是 A 标量 B 矢量 2 总功与分力做功的关系 总功等于各个分力分别对 物体所做功的 A 代数和 一 对功的理解 任务1 功的概念 1 功是过程量 描述了力的作用效果在空间上的累积 它总与一个具体过程相联系 2 对公式W Flcos 的理解 1 符号含义 F表示力的大小 l表示力的作用点的位移 大小 表示力和位移方向
3、间的夹角 2 两点说明 公式只适用于恒力做功的计算 公式中l一般是选取地面为参考系时物体的位移 思考 讨论 情境 如图所示 物体在升降机的斜面上随升降机一起 上升 物体没有发生相对滑动 讨论 1 物体所受重力的功和支持力的功有联系吗 科学思维 提示 没有联系 2 重力的功和支持力的功与升降机的速度大小有关吗 科学思维 提示 无关 典例示范1 下列关于做功的说法正确的是 世纪金榜导学号 A 凡是受力作用的物体 一定有力对物体做功 B 凡是发生了位移的物体 一定有力对物体做功 C 只要物体受力的同时又有位移发生 则一定有力对物 体做功 D 只要物体受力 又在力的方向上发生了位移 则一定 有力对物体
4、做功 解析 选D 力和在力的方向上的位移是做功的两个 不可缺少的因素 故只有选项D正确 任务2 功的正负的判断 1 看力F与位移l的夹角 90 力做负功 2 看力F与速度v的夹角 90 力做负功 3 看速率增大还是减小 若在力作用下速率增大 此力 做正功 反之做负功 典例示范2 如图所示 A B叠放在一起 用绳将A连 在墙上 用力F拉着B向右移动 用F拉 fAB fBA分别表示 绳子的拉力 A对B的摩擦力和B对A的摩擦力 则下列说 法中正确的是世纪金榜导学号 A F做正功 fAB做负功 fBA做正功 F拉不做功 B F和fBA做正功 F拉和fAB做负功 C F做正功 fAB做负功 fBA和F拉
5、不做功 D F做正功 其他力不做功 解析 选C 由W Flcos 和题意知 在力F作用时B发 生了位移 且与F方向相同 故F做正功 fAB与B的位移方 向相反 fAB做负功 在绳子拉力F拉作用时A的位移为零 F拉不做功 摩擦力fBA也不做功 选项C正确 A B D 错误 定向训练 1 2019 眉山高一检测 如图所示 甲 乙两物体之间 存在相互作用的滑动摩擦力 甲对乙的滑动摩擦力对乙 做了负功 则乙对甲的滑动摩擦力对甲世纪金榜导 学号 A 可能做正功 也可能做负功 也可能不做功 B 可能做正功 也可能做负功 但不可能不做功 C 可能做正功 也可能不做功 但不可能做负功 D 可能做负功 也可能不
6、做功 但不可能做正功 解析 选A 恒力做功的表达式W Flcos 甲对乙的滑 动摩擦力对乙做了负功 可知甲对乙的滑动摩擦力的方 向向左 乙对甲的滑动摩擦力方向向右 当甲静止时 乙 对甲的滑动摩擦力对甲不做功 当甲向右运动时 乙对甲 的滑动摩擦力对甲做正功 当甲向左运动时 乙对甲的滑 动摩擦力对甲做负功 故A正确 B C D错误 2 一人乘电梯从1楼到20楼 在此过程中经历了先加速 后匀速 再减速的运动过程 则电梯对人的支持力的做 功情况是 A 加速时做正功 匀速时不做功 减速时做负功 B 加速时做正功 匀速和减速时做负功 C 加速和匀速时做正功 减速时做负功 D 始终做正功 解析 选D 在加速
7、 匀速 减速的过程中 支持力 与人的位移方向始终相同 所以支持力始终对人做正功 故D正确 3 2017 全国卷 如图 一光滑大圆环固定在桌面上 环面位于竖直平面内 在大圆环上套着一个小环 小环 由大圆环的最高点从静止开始下滑 在小环下滑的过程 中 大圆环对它的作用力 世纪金榜导学号 A 一直不做功 B 一直做正功 C 始终指向大圆环圆心 D 始终背离大圆环圆心 解析 选A 大圆环是光滑的 则小环和大圆环之间 没有摩擦力 大圆环对小环的支持力总是垂直于小环的 速度方向 所以大圆环对小环没有做功 故A正确 B错误 小环在刚刚开始运动时 在大圆环的接近顶部运动时 大圆环对小环的支持力背离大圆环圆心
8、小环运动到大 圆环的下半部分时 支持力指向大圆环的圆心 故C D 错误 二 功的计算 任务1 恒力功的求解 1 恒力对物体做功W Flcos 的两种处理方法 1 W等于力F乘以物体在力F方向上的分位移lcos 即 物体的位移分解为沿F方向上和垂直于F方向上的两个 分位移l1和l2 则F做的功W F l1 Flcos 2 W等于力F在位移l方向上的分力Fcos 乘以物体的 位移l 即将力F分解为沿l方向上和垂直于l方向上的两 个分力F1和F2 则F做的功W F1 l F cos l 功的正 负可直接由力F与位移l的夹角 的大小判断 2 求恒力功的三点注意 1 某力对物体做功只跟这个 力和物体的位
9、移以及力与位移的夹角有关 与物体是否 受其他力无关 2 力F与位移l必须具有同时性 即l必须是力F作用过程 中的位移 3 计算功时必须明确在哪段位移过程中对哪个物体做 的功 典例示范1 如图所示 质量为m的物体A静止在倾角 为 的斜面体B上 斜面体B的质量为M 现对该斜面体 施加一个水平向左的推力F 使物体随斜面体一起沿水 平方向向左匀速运动 当移动的距离为l时 斜面体B对 物体A所做的功为 世纪金榜导学号 A Fl B mglsin cos C mglsin D 0 解析 选D 对物体A进行受力分析 其受到重力mg 支持力FN 静摩擦力Ff 如图所示 由于物体A做匀速运动 所以支持力FN与静
10、摩擦力Ff的合 力即斜面体B对物体A的作用力竖直向上 与重力等大反 向 而位移水平向左 所以斜面体B对物体A的作用力的 方向与位移方向垂直 斜面体B对物体A所做的功为0 D 正确 任务2 总功的两种求解思路 1 先求合力 再求总功 先确定物体所受的合外力 再根据公式W合 F合lcos 求 解合外力的功 该方法适用于物体的合外力不变的情 况 常见的是发生位移l过程中 物体所受的各力均没有 发生变化 求解流程图为 2 先求各力的功 再求总功 先根据W Flcos 求出每个分力做的功W1 W2 Wn 再 根据W合 W1 W2 Wn 求解合力的功 即合力做的功等于 各个分力做功的代数和 该方法的适用范
11、围更广 求解 流程图为 典例示范2 一个质量m 2 kg的物体 受到与水平方 向成37 角斜向上方的力 F1 10 N的作用 在水平地 面上移动的距离l 2 m 物体与地面间的滑动摩擦力 F2 4 2 N 求外力对物体所做的总功 cos 37 0 8 sin 37 0 6 世纪金榜导学号 审题关键 序号信息提取 拉力的方向为与水平方向成37 斜向上 位移的大小为2 m 接触面不光滑 计算合外力做的总功 解析 解法一 拉力F1对物体所做的功为 W1 F1lcos 37 10 2 0 8 J 16 J 摩擦力F2对物体所做的功为 W2 F2lcos 180 4 2 2 J 8 4 J 外力对物体所
12、做的总功W等于W1和W2的代数和 所以W W1 W2 7 6 J 解法二 物体受到的合力为 F合 F1cos 37 F2 10 0 8 N 4 2 N 3 8 N 所以W F合l 3 8 2 J 7 6 J 答案 7 6 J 定向训练 1 母题追问 当 典例示范2 中的拉力多大时 物体 刚好与地面接触且无压力 求物体在该力作用下从静止 开始运动2 s过程中合力做的功 g取10 m s2 解析 物体刚好与地面接触且无压力 表明Fsin 37 mg 故拉力F 此时 物体所受合力F合 Fcos 37 N 物体的加速度a 物体 在2 s内的位移 x 故合力的 功W F合x 711 J 答案 N 711
13、 J 2 2019 成都高一检测 如图所示 质量为m的物体在 与水平方向成 角的拉力作用下 在水平面上匀速移动 位移s 已知物体与水平面间的动摩擦因数为 则拉 力做功大小为 解析 选D 物体在F作用下匀速移动 根据受力分析 可求得 水平方向上 Fcos f 竖直方向上 N Fsin mg f N 联立可得 F 所以力F做功 W Fscos 故D正确 A B C错误 3 起重机竖直吊起质量为m的重物 上升的加速度是a 上升的高度为h 则起重机对重物所做的功是 A mgh B mah C m a g h D m g a h 解析 选C 对重物进行受力分析 重物受重力和起 重机对重物拉力F 根据牛顿
14、第二定律得 F合 F mg ma F m a g 上升h高度 起重机对重物拉力做功 W Fh m a g h 故本题选C 拓展例题 考查内容 摩擦力做功的正负 典例 如图所示 物块A B在外力F的作用下一起 沿水平地面做匀速直线运动的过程中 关于A与地面 间的滑动摩擦力和A B间的静摩擦力做功的说法 正 确的是 A 静摩擦力都做正功 滑动摩擦力都做负功 B 静摩擦力都不做功 滑动摩擦力都做负功 C 有静摩擦力做正功 有滑动摩擦力不做功 D 有静摩擦力做负功 有滑动摩擦力做正功 解析 选C 物块A B在外力F的作用下一起沿水平 地面做匀速直线运动 根据平衡条件得知 A对B的静摩 擦力与拉力F平衡 地面对A的滑动摩擦力与B对A的静摩 擦力平衡 则地面对A的滑动摩擦力方向向左 对A做负 功 物块A对地面的滑动摩擦力不做功 A对B的静摩擦力 做负功 B对A的静摩擦力做正功 因此 选项C正确 其他 选项均错 课堂回眸
