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1、第八章 功和能,这一章是力学的重点内容，在历年的高考中都有一道与此相关的综合计算题；而目前广东的高考中本章不会出现选择题。本章内容综合性很强，涉及到物体的运动过程分析、物体的受力分析、摩擦力做功、负功、动能定理等，还与动量守恒定律（35第一章）、平抛运动、圆周运动等联系在一起。 所以这章不进行选择题的练习。,本章时间安排共16课时： 第一单元:功 功率第二单元：动能 势能共1课时； 第三单元：探究动能定理实验1课时； 第四单元：验证机械能守恒定律实验1课时。 练习讲解及课堂练习13课时。,练习讲解及课堂练习分成三段15分钟：第一个15分钟讲例题；第二个15分钟做练习并上交；第三个15讲解刚才做
2、的练习。,1、功的物理意义：功是物体能量转化的量度，即功总是伴随着能量转化。,第一单元 功 功率,一、功,它包含几层意思： (1)做功的过程是能量的转化过程； (2)能量转化要通过做功来实现； (3)能量转化的多少可以由做功的多少来衡量。,4计算式：WFscos ，式中F为恒力，是F与的夹角，s一般都是指物体对地的位移。,3、定义：力和物体在力的方向上的位移的乘积称为力对物体做的功。,2、做功的两个不可缺少的因素：力和物体在力的方向上发生的位移，二者缺一不可。,5、功的单位：在国际单位制中，功的单位是 焦耳(符号为J)，1 Nm1J。,6、对WFscos的讨论：,(1)当0 90时，W0，力对
3、物体做正功；,(2)当90时，W0，力对物体不做功；,(3)当90180时，W0，力对物体做负功，又可说物体克服这个力做功。,7、各种力做功的特点：,(2) 向心力与洛仑兹力：向心力与洛仑兹力不做功。（要举非匀速圆周运动的例子）,(1)重力与电场力：只跟初末位置有关，与运动路径无关。,(3) 一对相互作用力：由于相互作用力是作用在两个不同的物体上，产生的位移效果没有必然的联系，故作用力与反作用力做的功可以两个都是正功，也可以两个都是负功，还可以一正一负，甚至一个做功，另外一个力不做功（各举例说明）。,(4) 摩擦力：无论是滑动摩擦力还是静摩擦力做功，都跟物体运动的路径有关，它们可以做正功，也可
4、以做负功，还可以不做功。 当摩擦力的大小不变而方向发生变化时，摩擦力做的功可以用摩擦力乘以路程来计算。 （各举例说明）。 特别需要说明的是：计算因滑动摩擦力做功而产生的热量时，位移是用相对位移而非对地位移。如物体在传送带上运动，产生的热量用摩擦力乘以物体相对皮带运动的位移。,能量 转化 方面,在静摩擦力做功的过程中，唯有机械能从一个物体转移到另一个物体而没有机械能转化为其他形式的能。(即静摩擦力起着传递机械能的作用)。,一对摩 擦力做 功方面,一对静摩擦力所做功的代数和等于零。,一对相互作用的滑动摩擦力对物体系统所做的总功，等于摩擦力与相对路程的乘积，即W1=-fs相表示物体克服摩擦力做功，系
5、统损失的机械能转变成内能。,1、相互摩擦的物体通过摩擦力做功，将部分机械能从一个物体转移到另一个物体。 2、部分机械能转化为内能，此部分能量就是系统机械能的损失量。,8、功的理解 (1)功是标量，也是过程量正功表示对物体做功的力是动力；负功表示对物体做功的力是阻力 (2)功不是能量，而是能量转化的量度；能量是表征物体做功本领的物理量。,(3)某个力F对物体所做的功，只由这个力F和物体在这个力作用时间内发生的位移s以及力F与s间夹角完全决定，而与物体做何种运动，其他力的作用都无关。,1功率的定义式：P_. 2功率的物理意义：功率是描述做功快慢的物理量 3平均功率和瞬时功率 (1)平均功率：P 或
6、PFcos (为物体对地的平均速度，F必须为恒力，为F与v的夹角) (2)瞬时功率：P Fcos (v为物体对地的瞬时速度，为F与v的夹角),二、功率,对公式PF的说明： （1）对于机车来说，若机车以的功率恒定，则F与成反比，即牵引力大则速度小，如汽车上坡时换用慢速档。 （2）以恒定功率起动的运动过程中，加速度a，不断减小，所以汽车达到最大速度时a=0，F=f,P=Fvm=fvm。,第二单元 动能 势能,1、定义：物体由于运动而具有的能叫动能。 2、动能的表达式：Ek 3、动能的单位：焦耳。,一、动能,4、可以从以下几个方面理解动能的概念：,(2)动能是状态量，描述的是物体在某一时刻的运动状态
7、。一定质量的物体在运动状态(瞬时速度)确定时，Ek有惟一确定的值，速度变化时，动能不一定变化，但动能变化时，速度一定变化。,(1)动能是标量，动能的取值可以为正值或零，但不会为负值,(5)具有动能的物体可以克服阻力做功。物体的质量越大，运动速度越大，它的动能也就越大，能克服阻力对外做功越多。,(4)物体的动能不会发生突变，它的改变需要一个过程，这个过程是外力对物体做功的过程或物体克服外力做功的过程。,(3)动能具有相对性，由于瞬时速度与参考系有关，所以Ek也与参考系有关，在高中，动能公式中速度都要以地面作参考系。,二、重力势能和弹性势能,1重力势能 (1)重力做功的特点： 重力做功跟物体运动的
8、路径无关，只跟始末位置的高度差有关。 重力做功不引起物体机械能的变化。,(2)重力势能 概念：地球上的物体由于受到重力的作用而具有的跟它的高度有关的能，叫重力势能。 表达式：Epmgh,重力势能有正负，由于重力势能是标量，其正负表示势能的大小。 (3)重力做功与重力势能变化的关系：重力对物体做正功，重力势能就减少；重力对物体做负功，重力势能就增加。 2弹性势能 (1)概念：弹簧由于发生形变而具有的能叫弹性势能 (2)大小：弹性势能的大小与弹簧的劲度系数和伸长量有关。 Ep kx,2,3、重力势能的理解 (1)重力势能公式中h的含义 重力势能公式Epmgh中的h是物体的重心到参考面(零势能面)的
9、高度，是个状态量当h在参考面的上方时，h为正，重力势能也为正当h在参考面的下方时，h为负，重力势能也为负。 在自由落体运动中，由h gt2可知h是指在时间t内下降的高度，是过程量故二者不能混为一谈。,(2)共有性：重力势能为物体和地球这个系统所共有，但我们习惯上都说成物体具有多少重力势能；弹性势能也是系统共同具有的，一般情况我们所说“弹簧的弹性势能”实际上是弹簧与相连的物体所共同具有的势能。,(3)相对性：重力势能具有相对性，处于同一位置的一个物体，如果选择的参考面在物体的上方，则重力势能为负，如果选择的参考面在物体的下方，则重力势能为正因而，要确定重力势能须首先确定参考面选择地面为参考面不用
10、说明 但是，同一物体在两个不同位置的重力势能之差却是不变的，只与两位置的高度差h有关，与参考面的选择无关 弹性势能一般取形变量x0为参考面,第二单元 动能 势能,1、定义：物体由于运动而具有的能叫动能。 2、动能的表达式：Ek 3、动能的单位：焦耳。,一、动能,4、可以从以下几个方面理解动能的概念：,(2)动能是状态量，描述的是物体在某一时刻的运动状态。一定质量的物体在运动状态(瞬时速度)确定时，Ek有惟一确定的值，速度变化时，动能不一定变化，但动能变化时，速度一定变化。,(1)动能是标量，动能的取值可以为正值或零，但不会为负值,(5)具有动能的物体可以克服阻力做功。物体的质量越大，运动速度越
11、大，它的动能也就越大，能克服阻力对外做功越多。,(4)物体的动能不会发生突变，它的改变需要一个过程，这个过程是外力对物体做功的过程或物体克服外力做功的过程。,(3)动能具有相对性，由于瞬时速度与参考系有关，所以Ek也与参考系有关，在高中，动能公式中速度都要以地面作参考系。,二、重力势能和弹性势能,1重力势能 (1)重力做功的特点： 重力做功跟物体运动的路径无关，只跟始末位置的高度差有关。 重力做功不引起物体机械能的变化。,(2)重力势能 概念：地球上的物体由于受到重力的作用而具有的跟它的高度有关的能，叫重力势能。 表达式：Epmgh,重力势能有正负，由于重力势能是标量，其正负表示势能的大小。
12、(3)重力做功与重力势能变化的关系：重力对物体做正功，重力势能就减少；重力对物体做负功，重力势能就增加。 2弹性势能 (1)概念：弹簧由于发生形变而具有的能叫弹性势能 (2)大小：弹性势能的大小与弹簧的劲度系数和伸长量有关。 Ep kx,2,3、重力势能的理解 (1)重力势能公式中h的含义 重力势能公式Epmgh中的h是物体的重心到参考面(零势能面)的高度，是个状态量当h在参考面的上方时，h为正，重力势能也为正当h在参考面的下方时，h为负，重力势能也为负。 在自由落体运动中，由h gt2可知h是指在时间t内下降的高度，是过程量故二者不能混为一谈。,(2)共有性：重力势能为物体和地球这个系统所共
13、有，但我们习惯上都说成物体具有多少重力势能；弹性势能也是系统共同具有的，一般情况我们所说“弹簧的弹性势能”实际上是弹簧与相连的物体所共同具有的势能。,(3)相对性：重力势能具有相对性，处于同一位置的一个物体，如果选择的参考面在物体的上方，则重力势能为负，如果选择的参考面在物体的下方，则重力势能为正因而，要确定重力势能须首先确定参考面选择地面为参考面不用说明 但是，同一物体在两个不同位置的重力势能之差却是不变的，只与两位置的高度差h有关，与参考面的选择无关 弹性势能一般取形变量x0为参考面,1、内容：合外力对物体所做的功，等于物体在这个过程中动能的变化。,第三单元 动能定理,2、动能定理的理解
14、(1)动能定理是把过程量(做功)和状态量(动能)联系在一起的物理规律，它表示了过程量等于状态量的改变量的关系。,(2)动能定理的研究对象是单一物体，或者可以看成单一物体的物体系。所有的物理量均以地面为参考系。,(3)作用在物体上的力无论是什么性质的力、无论是恒力还是变力，无论物体作直线运动还是曲线运动，动能定理都适用。,(4)动能定理表达式是一个标量式，不能在某一个方向上应用动能定理。,3、应用动能定理时要注意的几个问题 (1)在分析物体受力时，要考虑物体受到的所有力，包括重力,(2)动能定理中的位移、速度各物理量都选地面为参考系,(3)计算时应把各已知功的正、负号代入动能定理表达式，如果有的
15、力是变力，则设一个功的符号代替进行列式，求出其值(正值表示正功，负值表示负功),(4)过程复杂又不需研究中间状态时，可以把多个过程看作一个全过程进行研究应用动能定理更方便,(5)如果研究过程中物体受力情况有变化，要分别写出该力在各个阶段做的功，运用所有外力对物体做功的代数和等于物体系统动能的变化进行列式解答。,(6)恒力作用下的物体运动问题，凡不涉及加速度和时间及其运动过程的具体细节，可优先运用动能定理求解。,4、应用动能定理解题的基本思路 (1)确定研究对象和研究过程(是分段还是全过程)； (2)分析研究对象受力情况和各个力的做功情况，受哪些力？每个力是否做功？做正功还是负功？做多少功？然后
16、求各个力做功的代数和； (3)明确物体在过程始末状态的动能 和 ； (4)按照动能定理W1W2 列式求解,5、解力学综合题的基本步骤,（1）对物体的运动过程和受力进行分析。,（2）根据所分析的运动过程运用相应的物理规律列式求解。 直线运动，可用运动学知识、牛顿定律、动能定理、动量守恒等知识。一般来说，动量守恒定律适用于系统，而运动学、牛顿定律、动能定理适用于单个物体。 圆周运动和抛体运动可运用相应的公式和牛顿定律、动能定理。,特别说明 1、计算因滑动摩擦力做功而产生的热量时，位移是用相对位移而非对地位移。如物体在传送带上运动，产生的热量用摩擦力乘以物体相对皮带运动的位移。,2、动能定理用于单一物体，所有的物理量均以地面为参考系。,第四单元 实验：探究外力做功与物体动能变化的关系,1、
