高中物理 第7章追寻守恒量 功 必修2

第一节追寻守恒量第一节追寻守恒量能量能量第二节功第二节功课标定位课标定位学学习习目目标标：1.理解能量、理解能量、势势能、能、动动能、功的概能、功的概念及其物理意念及其物理意义义，理解功是能量，理解功是能量转转化的量度，化的量度，知道不同形式的能量之知道不同形式的能量之间间可以相互可以相互转转化化2知道正功、知道正功、负负功的概念，能利用功的一般功的概念，能利用功的一般公式公式进进行行计计算算3理解理解总总功的概念，会功的概念，会计计算外力算外力对对物体所做物体所做的的总总功功重点重点难难点：点：对对正、正、负负功概念的理解及做功的功概念的理解及做功的计计算算 核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练第第一一节节 第第二二节节课前自主学案课前自主学案课前自主学案课前自主学案一、能量一、能量1伽利略在斜面小球伽利略在斜面小球实验实验中，中，发现发现一个具有一个具有启启发发性的事性的事实实：无：无论论斜面陡或斜面陡或缓缓，小球，小球总总会会在斜面上的某点速度在斜面上的某点速度变为变为0，这这点距斜面底端点距斜面底端的的竖竖直高度与它出直高度与它出发时发时的高度的高度_在物理在物理学中，我学中，我们们把把这这一事一事实说实说成是成是“某个量是某个量是_的的”，并且把，并且把这这个量叫做能量或能个量叫做能量或能相同相同守恒守恒2势能：相互作用的物体凭借其位置而具势能：相互作用的物体凭借其位置而具有的能量有的能量3动能：物体由于动能：物体由于_而具有的能量而具有的能量注意：在伽利略的理想斜面实验中，小球的注意：在伽利略的理想斜面实验中，小球的动能和势能相互转化，但二者的总量是保持动能和势能相互转化，但二者的总量是保持不变的不变的运动运动二、功二、功1定义：如果物体在力的作用下定义：如果物体在力的作用下_发生了变发生了变化，那么这个力一定对物体做了功化，那么这个力一定对物体做了功2做功的因素：做功的因素：_和物体在和物体在_上发生的上发生的位移，是做功的两个不可缺少的因素位移，是做功的两个不可缺少的因素3功的计算功的计算(1)若力的方向与位移的方向一致，则若力的方向与位移的方向一致，则W_.(2)若力的方向与位移的方向夹角为若力的方向与位移的方向夹角为，则，则W_.4功的单位：国际单位制中，功的单位是功的单位：国际单位制中，功的单位是_，简称，简称_，符号是，符号是J.能量能量力力力的方向力的方向FlFlcos焦耳焦耳焦焦三、正功和负功三、正功和负功1设力设力F与位移与位移l方向间的夹角为方向间的夹角为，则由功，则由功的公式的公式WFlcos可得下表：可得下表：不做功不做功正正克服克服负负2.合力的功合力的功功是标量，当物体在几个力的共同作用下发功是标量，当物体在几个力的共同作用下发生一段位移时，这几个力对物体所做的总功，生一段位移时，这几个力对物体所做的总功，等于各个力分别对物体所做功的等于各个力分别对物体所做功的_，也，也等于这几个力的等于这几个力的_对这个物体所做的功对这个物体所做的功代数和代数和合力合力核心要点突破核心要点突破1功的定义及其决定因素功的定义及其决定因素(1)功的基本概念：物体受到力的作用，并在功的基本概念：物体受到力的作用，并在力的方向上发生了位移，则此力就对物体做力的方向上发生了位移，则此力就对物体做了功了功(2)功的决定因素：做功具有两个必不可少的功的决定因素：做功具有两个必不可少的决定因素：决定因素：做功的力；做功的力；物体在力的方向物体在力的方向上的位移力对物体是否做了功，只与这两上的位移力对物体是否做了功，只与这两个因素有关，并且功的大小等于力与物体在个因素有关，并且功的大小等于力与物体在力的方向上的位移的乘积，而与其他因素，力的方向上的位移的乘积，而与其他因素，诸如物体运动的快慢、运动的性质、接触面诸如物体运动的快慢、运动的性质、接触面是否光滑、物体质量的大小等均无关系是否光滑、物体质量的大小等均无关系2公式公式WFlcos的理解的理解(1)F表示力的大小，表示力的大小，l表示力的作用点相对于地表示力的作用点相对于地面位移的大小，当力的作用点的位移与物体的面位移的大小，当力的作用点的位移与物体的位移相同时，也常常说是物体相对于地面的位位移相同时，也常常说是物体相对于地面的位移大小，移大小，表示力和位移方向间的夹角表示力和位移方向间的夹角(2)公式可以表达为公式可以表达为WFlcos，表达的意义是，表达的意义是功等于沿力功等于沿力F方向的位移与力的乘积；公式也可方向的位移与力的乘积；公式也可以表达为以表达为WFcosl，表达的物理意义是功等，表达的物理意义是功等于位移与沿位移方向的力的乘积于位移与沿位移方向的力的乘积3正功与负功及不做功的判定正功与负功及不做功的判定(1)根据力和位移方向间的夹角判定根据力和位移方向间的夹角判定(2)根据力和速度方向间的夹角判定当力的根据力和速度方向间的夹角判定当力的方向或速度方向变化时，可看力和速度的夹方向或速度方向变化时，可看力和速度的夹角大小，当角大小，当F、v夹角为锐角时，夹角为锐角时，F为动力，为动力，做正功；做正功；F、v夹角为钝角时，夹角为钝角时，F为阻力，做为阻力，做负功；负功；F、v夹角为直角时，夹角为直角时，F既不是动力，既不是动力，也不是阻力，不做功此法多用于曲线运动也不是阻力，不做功此法多用于曲线运动中中即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1(2011年新余高一检测年新余高一检测)用水平恒力用水平恒力F作用作用于质量为于质量为M的物体上使之在光滑的水平面上的物体上使之在光滑的水平面上沿力的方向移动距离为沿力的方向移动距离为l，恒力做功为，恒力做功为W1；再用该恒力作用于质量为再用该恒力作用于质量为m(mW2BW1W2CW1W2 D无法判断无法判断解析：解析：选选C.恒力做功是指力恒力做功是指力F所做的功，根所做的功，根据功的定义，力据功的定义，力F所做的功只与力所做的功只与力F的大小的大小及物体在力及物体在力F的方向上发生的位移大小的乘的方向上发生的位移大小的乘积有关，不需考虑其他力的影响，因两次的积有关，不需考虑其他力的影响，因两次的恒力相同，位移也相同，所以做功相同，故恒力相同，位移也相同，所以做功相同，故本题选本题选C.二、总功的计算二、总功的计算计算几个力的总功，通常有以下两种不同的计算几个力的总功，通常有以下两种不同的处理方法：处理方法：1虽然力、位移都是矢量，但功是标量，虽然力、位移都是矢量，但功是标量，所以几个力的总功等于各个力所做功的代数所以几个力的总功等于各个力所做功的代数和若以和若以W1、W2、W3Wn分别表示力分别表示力F1、F2、F3Fn所做的功所做的功(含正功与负功含正功与负功)，则这，则这些力所做的总功为些力所做的总功为W总总W1W2W3Wn.2求出物体所受的合外力，根据公式求出物体所受的合外力，根据公式W合合F合合lcos求合外力的功，则物体所受的外力求合外力的功，则物体所受的外力做的总功为做的总功为W总总W合合F合合lcos 特别提醒：特别提醒：方法方法2仅适用于几个力同时作用仅适用于几个力同时作用于物体的情况，因为只有当这几个力同时作于物体的情况，因为只有当这几个力同时作用于物体上时，才能求出它们的合力；方法用于物体上时，才能求出它们的合力；方法1则不管几个力同时作用，还是作用时间有则不管几个力同时作用，还是作用时间有先后均适用先后均适用即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2.如图如图711所示，两个互相垂直的力所示，两个互相垂直的力F1和和F2作用在同一物体上，作用在同一物体上，F14 N，F23 N物体由静止运动物体由静止运动1 m的距离，则物体所受合的距离，则物体所受合力及合力做的功正确的是力及合力做的功正确的是()图图711A7 N7 J B1 N1 JC5 N5 J D5 N7 J图图7122.图象法：变力的功图象法：变力的功W可用可用Fl图线与图线与l轴所轴所包围的面积表示包围的面积表示l轴上方的面积表示力对轴上方的面积表示力对物体做正功的多少，物体做正功的多少，l轴下方的面积表示力轴下方的面积表示力对物体做负功的多少对物体做负功的多少3微元法：当力的大小不变，力的方向时微元法：当力的大小不变，力的方向时刻与速度同向刻与速度同向(或反向或反向)时，把物体的运动过时，把物体的运动过程分为很多小段，这样每一小段可以看成直程分为很多小段，这样每一小段可以看成直线，先求力在每一小段上的功，再求和即可线，先求力在每一小段上的功，再求和即可例如：如图例如：如图713所示，物体在大小不变、所示，物体在大小不变、方向始终沿着圆周的切线方向的一个力方向始终沿着圆周的切线方向的一个力F的的作用下绕圆周运动了一圈，又回到出发点作用下绕圆周运动了一圈，又回到出发点已知圆周的半径为已知圆周的半径为R，求力，求力F做的功时，做的功时，图图713力力F的方向在随时变化，是一个变力，所以的方向在随时变化，是一个变力，所以不能乱套用公式而这时，我们把整个的圆不能乱套用公式而这时，我们把整个的圆周分成很短的间隔周分成很短的间隔s1、s2、s3因为每一因为每一段很短，这样在每一段上，我们可近似认为段很短，这样在每一段上，我们可近似认为F和位移和位移s在同一直线上并且同向，故在同一直线上并且同向，故WF(s1s2s3)2RF.因此功等于力因此功等于力F与物体实际路径长度的乘积与物体实际路径长度的乘积即即WFs.对于滑动摩擦力、空气阻力，方向总是与对于滑动摩擦力、空气阻力，方向总是与v反向，故反向，故WFfs.4等效替换法：若某一变力的功和某一恒等效替换法：若某一变力的功和某一恒力的功相等，则可以用求得的恒力的功来作力的功相等，则可以用求得的恒力的功来作为变力的功为变力的功即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)3.在水平面上，有一弯曲的槽道在水平面上，有一弯曲的槽道AB，槽道由，槽道由半径分别为半径分别为R/2和和R的两个半圆构成的两个半圆构成(图图714)，现用大小恒为，现用大小恒为F的拉力将一光滑小球的拉力将一光滑小球从从A点沿槽道拉至点沿槽道拉至B点，若拉力点，若拉力F的方向时刻的方向时刻均与小球运动方向一致，则此过程中拉力所均与小球运动方向一致，则此过程中拉力所做的功为做的功为()图图7141摩擦力做功的特点摩擦力做功的特点(1)滑动摩擦力和静摩擦力都可以对物体不做滑动摩擦力和静摩擦力都可以对物体不做功功图图715如图如图715所示，物块所示，物块A从斜槽上滑下，最后停从斜槽上滑下，最后停在固定的平板车在固定的平板车B上在物块上在物块A与平板车与平板车B相对滑动相对滑动的过程中，平板车的过程中，平板车B所受的滑动摩擦力不做功所受的滑动摩擦力不做功手握瓶子使其水平运动，此时瓶所受静摩擦力与手握瓶子使其水平运动，此时瓶所受静摩擦力与移动位移垂直，故静摩擦力对瓶子不做功移动位移垂直，故静摩擦力对瓶子不做功(2)滑动摩擦力和静摩擦力都可以对物体做负功滑动摩擦力和静摩擦力都可以对物体做负功在图在图715中，在物块中，在物块A与平板车与平板车B相对滑动的相对滑动的过程中，物块过程中，物块A所受的滑动摩擦力对物块所受的滑动摩擦力对物块A做负功做负功如图如图716所示，在一与水平方向夹角所示，在一与水平方向夹角为为的传送带上，有一物体的传送带上，有一物体A随传送带一起匀随传送带一起匀速向下运动，在这里静摩擦力对物体速向下运动，在这里静摩擦力对物体A做负做负功功图图716(3)滑动摩擦力和静摩擦力都可以对物体做正滑动摩擦力和静摩擦力都可以对物体做正功功在图在图715中，如果平板车不固定，且中，如果平板车不固定，且地面光滑，在物块地面光滑，在物块A滑上平板车滑上平板车B的过程中，的过程中，物块物块A对平板车对平板车B的滑动摩擦力与平板车的滑动摩擦力与平板车B运运动方向相同，在这里滑动摩擦力对平板车动方向相同，在这里滑动摩擦力对平板车B做正功做正功在图在