《2022年高中物理第四章机械能和能源4.1功课件教科版必修2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年高中物理第四章机械能和能源4.1功课件教科版必修2（46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.功必备知识自主学习一、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。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力的方向上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【情境思考】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x同向时,W=_。(2)力F与位移x夹角为
2、时,W=_。其中F、x、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_。FxFxcos 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W的取值含义= W=0力F_0 W_0力F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代数和关键能力合作学习知识点一对功的理解任务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=Fxcos的理解:(1)符号含义:F表示力的大小,x表示力的作用点的位移大小,表示力
3、和位移方向间的夹角。(2)两点说明:公式只适用于恒力做功的计算。公式中x一般是选取地面为参考系时物体的位移。【问题探究】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?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?提示:无关【典例示范】【典例1】关于功的概念,下列说法中正确的是()A.力对物体做功多,说明物体的位移一定大B.力对物体做功小,说明物体的受力一定小C.力对物体不做功,说明物体一定没有移动D.物体发生了位移,不一定有力对它做功【解析】选D。力对物体做功多,根据W=Fxcos,可能是力大,
4、也可能是力的方向上的位移大,也有可能两者都大,故A错误;力对物体做功小,根据W=Fxcos,可能是力小,也可能是力的方向上的位移小,也有可能两者都小,故B错误;力对物体不做功,即W=0,可能是F=0,也可能是x=0,也可能是cos=0,故说明物体可以有位移,故C错误;根据恒力做功的表达式W=Fxcos判断,功的大小取决于力的大小、力的方向上的位移大小,因此物体发生了位移,不一定有力对它做功,故D正确。任务2 功的正负的判断1.看力F与位移x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】【典例2
5、】一物体静止在倾角为的斜面上,斜面沿水平方向向右匀速移动了距离x,如图所示。物体相对斜面静止,则下列说法错误的是 ()A.重力对物体做正功B.支持力对物体做正功C.摩擦力对物体做负功D.合力对物体做功为零【解析】选A。对物体受力分析可以知道物体受重力mg、弹力N和摩擦力f,作出力的示意图如图所示, 物体在水平方向移动,在重力方向上没有位移,所以重力对物体做功为零,故A错误;由图看出,弹力N与位移x的夹角小于90,则弹力对物体做正功,所以B选项是正确的;摩擦力f与位移的夹角为钝角,所以摩擦力对物体做功不为零,做负功,所以C选项是正确的;物体匀速运动时,合力为零,合力对物体做功为零,所以D选项是正
6、确的。【素养训练】1.(多选)在加速向右行驶的车厢里一个人用力向前推车厢,如图所示,人相对车厢未移动,则()A.人对车厢做正功B.人对车厢做负功C.推力对车厢做正功D.车厢对人静摩擦力做正功【解析】选B、C、D。由于人向右加速运动,故车厢对人的力向右,由牛顿第三定律可知,人对车厢的作用力向左,力与位移方向相反,人对车厢做负功,故选项A错误,B正确;人的推力向右,而车和人又是向右运动的,推力和位移的方向相同,故推力做正功,故选项C正确;由于车厢对人的静摩擦力方向向右,力与位移方向相同,故可知车厢对人的静摩擦力做正功,故选项D正确。2.(多选)如图所示,质量为m的物体置于倾角为的斜面上,物体与斜面
7、间的动摩擦因数为,在外力作用下,斜面以加速度a沿水平方向向左做匀加速运动,运动中物体m与斜面体相对静止。则关于斜面对m的支持力和摩擦力的下列说法中正确的是 ()A.支持力一定做正功B.摩擦力一定做正功C.摩擦力可能不做功D.摩擦力可能做负功【解析】选A、C、D。由功的计算公式W=Fxcos可知,支持力方向垂直斜面向上,与位移的方向夹角小于90,支持力一定做正功;而摩擦力是否存在需要讨论:当加速度较小时,摩擦力Ff沿斜面向上,即agtan,摩擦力做正功;当a=gtan时,摩擦力不存在,不做功,综上所述,B是错误的。知识点二功的计算任务1 恒力功的求解1.恒力对物体做功W=Fxcos的两种处理方法
8、:(1)W等于力F乘以物体在力F方向上的分位移xcos,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x1和x2,则F做的功W=Fx1=Fxcos。(2)W等于力F在位移x方向上的分力Fcos乘以物体的位移x,即将力F分解为沿x方向上和垂直于x方向上的两个分力F1和F2,则F做的功W=F1x=F cosx。功的正、负可直接由力F与位移x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x必须具有同时性,即x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
9、。【典例示范】【典例1】如图所示,小明用与水平方向成角的轻绳拉木箱,绳中张力为F,沿水平地面向右移动了一段距离l。已知木箱与地面间的动摩擦因数为,木箱质量为m,木箱受到的()A.支持力做功为(mg-Fsin)lB.重力做功为mglC.拉力做功为FlcosD.滑动摩擦力做功为-mgl【解析】选C。对木箱受力分析,支持力竖直向上,则支持力做功 WN=Nlcos90 =0,故A错误;重力做功 WG=mglcos90=0,故B错误;拉力做功为 WF=Flcos,故C正确;木箱竖直方向受力平衡:N+Fsin=mg得N=mg-Fsin,则摩擦力 f=N=(mg-Fsin);摩擦力做功Wf=-fl=-(mg
10、-Fsin)l,故D错误;故选C。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力,再根据公式W合=F合xcos 求解合力的功。该方法适用于物体的合力不变的情况,常见的是发生位移x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=Fxcos ,求出每个分力做的功W1、W2Wn,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。该方法的适用范围更广,求解流程图为:【典例示范】【典例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
11、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)【解析】解法一:拉力F1对物体所做的功为W1=F1lcos 37=1020.8 J=16 J 摩擦力F2对物体所做的功为W2=F2lcos 180=-4.22 J=-8.4 J外力对物体所做的总功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=100.8 N-4.2 N=3.8 N所以W=F合l=3.82 J=7.6 J答案:7.6 J【素养训练】1.如图所示,人站在自动扶梯上不动,随扶梯向上匀减速运动,下列说法中正确的是()
12、A.重力对人做正功B.摩擦力对人做负功C.支持力对人不做功D.合力对人做正功【解析】选B。人站在自动扶梯上不动,随扶梯向上匀减速运动,加速度斜向下,则人受竖直向下的重力、竖直向上的支持力和水平向左的摩擦力作用;则重力做负功,支持力做正功,摩擦力对人做负功;人的动能减小,则合力做负功,故B正确,A、C、D错误,故选B。2.如图所示,某个力F=10 N作用在半径为R=1 m的转盘的边缘上,力F的大小保持不变,但方向保持在任何时刻均与作用点的切线一致,则转动一周这个力F做的总功为() A.0B.20 JC.10 JD.10 J【解析】选B。本题中力F的大小不变,但方向时刻都在变化,属于变力做功问题,
13、可以考虑把圆周分割为很多的小段来研究。当各小段的弧长足够小时,可以认为力的方向与弧长代表的位移方向一致,故所求的总功为W=Fx1+Fx2+ Fx3+=F(x1+x2+x3+)=F2R=20 J,选项B符合题意。故答案为B。【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
14、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】课堂检测素养达标1.(多选)下列说法中正确的是()A.功是矢量,正、负表示方向B.功是标量,正、负表示外力对物体做功还是物体克服外力做功C.功和能的单位都是焦耳,功和能可以相互转化D.力做功总是在某过程中完成的,所以功是一个过程量【解析】选B、D。功有正、负之分,但功是标量,功的正、负表示外力对物
15、体做功还是物体克服外力做功,所以B正确,A错误;功是能量转化的量度,通过做功可以使一种形式的能转化为另一种形式的能,但不能说功转化为能或能转化为功,所以C错误;力做功过程与时间或位移对应,所以功是一个过程量,所以D正确。【加固训练】(多选)以下关于功和能的说法正确的是()A.功是矢量,能是标量B.功和能都是标量C.功是能量转化的量度D.因为功和能的单位都是焦耳,所以功就是能【解析】选B、C。功和能都没有方向,都是标量,A错,B对。功与能只是单位相同,两者是不同的概念。做功必然伴随着能量的改变,能量改变的多少可以由做功多少来量度,C对,D错。2.在光滑水平面、粗糙水平面和粗糙斜面上推同一物体,分
16、别如图(A)、(B)、(C)所示。如果所用的推力相等,在物体发生相等位移的过程中,推力对物体所做的功是 () A.在光滑水平面上较大B.在粗糙水平面上较大C.在粗糙斜面上较大D.三次做功都是相等的【解析】选D。虽然物体所处的情况不一样,受力情况也不一样,但是要求的只是推力所做的功。由于推力的大小相同,通过的位移也相同;根据功的定义可知三次推力所做的功相同。故选D。3.(多选)如图所示,站在平板卡车上的人用水平力F推车,脚对车的静摩擦力向后,为f,则下列说法正确的是()A.当车匀速前进时,F和f对车做的功代数和为零B.当车加速前进时,F和f对车做的功代数和为正值C.当车减速前进时,F和f对车做的功代数和为正值D.不管车如何运动,F和f对车做的功代数和均为零【解析】选A、C。匀速运动时,车处于受力平衡状态,并且F和f大小相等方向相反,它们的位移也相同,所以F和f所做的总功为零,A正确。当车加速运动时,对人分析可知,人受到的合力向右,所以fF;再对车分析可知,f对车做负功,而F对车做正功,所以F和f的总功为负功,所以B错误。车减速运动时,对人分析可知,人受到的合力向左,所以fF;再对车分析可
