2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理必修2 第8章机械能守恒定律第1节功与功率(2)课件

第第1节功与功率节功与功率一、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,发现发现一个具有启一个具有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,小球小球总总会在斜会在斜面上的某点速度面上的某点速度变为变为0,这这点距斜面底端的点距斜面底端的竖竖直直高度与它出高度与它出发时发时的高度的高度_在物理学中在物理学中,我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”,并且并且把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注意：在伽利略的理想斜面实验中,小球的动小球的动能和势能相互转化能和势能相互转化,但二者的总量是保持不变但二者的总量是保持不变的的运动运动二、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化,那么这个力一定对物体做了功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位移,是做功的两个不可缺少的因素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若力的方向与位移的方向一致,则则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：国际单位制中,功的单位是功的单位是_,简简称称_,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,则由功的则由功的公式公式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功是标量,当物体在几个力的共同作用下发生当物体在几个力的共同作用下发生一段位移时一段位移时,这几个力对物体所做的总功这几个力对物体所做的总功,等等于各个力分别对物体所做功的于各个力分别对物体所做功的_,也等于也等于这几个力的这几个力的_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：物体受到力的作用功的基本概念：物体受到力的作用,并在并在力的方向上发生了位移力的方向上发生了位移,则此力就对物体做了则此力就对物体做了功功(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上的位移力对物体是否做了功,只与这两个只与这两个因素有关因素有关,并且功的大小等于力与物体在力的并且功的大小等于力与物体在力的方向上的位移的乘积方向上的位移的乘积,而与其他因素而与其他因素,诸如物诸如物体运动的快慢、运动的性质、接触面是否光体运动的快慢、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面表示力的作用点相对于地面位移的大小位移的大小,当力的作用点的位移与物体的位移当力的作用点的位移与物体的位移相同时相同时,也常常说是物体相对于地面的位移大小也常常说是物体相对于地面的位移大小,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,表达的意义是功表达的意义是功等于沿力等于沿力F方向的位移与力的乘积；公式也可以方向的位移与力的乘积；公式也可以表达为表达为WFcosl,表达的物理意义是功等于位表达的物理意义是功等于位移与沿位移方向的力的乘积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方向或速度方向变化时,可看力和速度的夹角可看力和速度的夹角大小大小,当当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为阻力为阻力,做负功；做负功；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,也不是阻力也不是阻力,不不做功此法多用于曲线运动中做功此法多用于曲线运动中即时应用即时应用(即时突破即时突破,小试牛刀小试牛刀)1用水平恒力用水平恒力F作用于质量为作用于质量为M的物体上使的物体上使之在光滑的水平面上沿力的方向移动距离为之在光滑的水平面上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所做的功所做的功,根据根据功的定义功的定义,力力F所做的功只与力所做的功只与力F的大小及物的大小及物体在力体在力F的方向上发生的位移大小的乘积有的方向上发生的位移大小的乘积有关关,不需考虑其他力的影响不需考虑其他力的影响,因两次的恒力相因两次的恒力相同同,位移也相同位移也相同,所以做功相同所以做功相同,故本题选故本题选C.二、总功的计算二、总功的计算计算几个力的总功计算几个力的总功,通常有以下两种不同的处通常有以下两种不同的处理方法：理方法：1虽然力、位移都是矢量虽然力、位移都是矢量,但功是标量但功是标量,所以所以几个力的总功等于各个力所做功的代数和几个力的总功等于各个力所做功的代数和若以若以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),则这些力所则这些力所做的总功为做的总功为W总总W1W2W3Wn.2求出物体所受的合外力求出物体所受的合外力,根据公式根据公式W合合F合合lcos求合外力的功求合外力的功,则物体所受的外力做的则物体所受的外力做的总功为总功为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于物体的情况,因为只有当这几个力同时作用因为只有当这几个力同时作用于物体上时于物体上时,才能求出它们的合力；方法才能求出它们的合力；方法1则则不管几个力同时作用不管几个力同时作用,还是作用时间有先后均还是作用时间有先后均适用适用即时应用即时应用(即时突破即时突破,小试牛刀小试牛刀)2.如图如图711所示所示,两个互相垂直的力两个互相垂直的力F1和和F2作用在同一物体上作用在同一物体上,F14 N,F23 N物体物体由静止运动由静止运动1 m的距离的距离,则物体所受合力及合则物体所受合力及合力做的功正确的是力做的功正确的是()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对轴下方的面积表示力对物体做负功的多少物体做负功的多少3微元法：当力的大小不变微元法：当力的大小不变,力的方向时刻力的方向时刻与速度同向与速度同向(或反向或反向)时时,把物体的运动过程分把物体的运动过程分为很多小段为很多小段,这样每一小段可以看成直线这样每一小段可以看成直线,先先求力在每一小段上的功求力在每一小段上的功,再求和即可再求和即可例如：如图例如：如图713所示所示,物体在大小不变、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作用下绕圆周运动了一圈,又回到出发点已又回到出发点已知圆周的半径为知圆周的半径为R,求力求力F做的功时做的功时,图图713力力F的方向在随时变化的方向在随时变化,是一个变力是一个变力,所以不能所以不能乱套用公式而这时乱套用公式而这时,我们把整个的圆周分成我们把整个的圆周分成很短的间隔很短的间隔s1、s2、s3因为每一段很短因为每一段很短,这样在每一段上这样在每一段上,我们可近似认为我们可近似认为F和位移和位移s在同一直线上并且同向在同一直线上并且同向,故故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、空气阻力对于滑动摩擦力、空气阻力,方向总是与方向总是与v反反向向,故故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力的功相等,则可以用求得的恒力的功来作为则可以用求得的恒力的功来作为变力的功变力的功即时应用即时应用(即时突破即时突破,小试牛刀小试牛刀)3.在水平面上在水平面上,有一弯曲的槽道有一弯曲的槽道AB,槽道由半槽道由半径分别为径分别为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从的拉力将一光滑小球从A点沿槽道拉至点沿槽道拉至B点点,若拉力若拉力F的方向时刻均与的方向时刻均与小球运动方向一致小球运动方向一致,则此过程中拉力所做的功则此过程中拉力所做的功为为()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所示所示,物块物块A从斜槽上滑下从斜槽上滑下,最后停在固最后停在固定的平板车定的平板车B上在物块上在物块A与平板车与平板车B相对滑动的过相对滑动的过程中程中,平板车平板车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手握瓶子使其水平运动,此时瓶所受静摩擦力与移此时瓶所受静摩擦力与移动位移垂直动位移垂直,故静摩擦力对瓶子不做功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中中,在物块在物块A与平板车与平板车B相对滑动的过相对滑动的过程中程中,物块物块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所示所示,在一与水平方向夹角为在一与水平方向夹角为的传送带上的传送带上,有一物体有一物体A随传送带一起匀速随传送带一起匀速向下运动向下运动,在这里静摩擦力对物体在这里静摩擦力对物体A做负功做负功图图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中中,如果平板车不固定如果平板车不固定,且地面且地面光滑光滑,在物块在物块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运动方运动方向相同向相同,在这里滑动摩擦力对平板车在这里滑动摩擦力对平板车B做正功做正功在图在图716中中,如果物体如果物体A随传送带一起随传送带一起匀速向上运动匀速向上运动,物体物体A所受静摩擦力与物体位所受静摩擦力与物体位移方向一致移方向一致,静摩擦力对物体静摩擦力对物体A做正功做正功特别提醒：特别提醒：(1)一对静摩擦力的功一定是相等的一对静摩擦力的功一定是相等的,且且一正一负一正一负(2)一对滑动摩擦力的功不相等一对滑动摩擦力的功不相等,且负功大于正功且负功大于正功2作用力、反作用力做功的特点作用力、反作用力做功的特点(1)作用力与反作用力的特点：大小相等、方向相反作用力与反作用力的特点：大小相等、方向相反,但作用在不同物体上但作用在不同物体上(2)作用力、反作用力作用下的物体运动特点：可能作用力、反作用力作用下的物体运动特点：可能向相反方向运动向相反方向运动,也可能向同一方向运动也可能一也可能向同一方向运动也可能一个运动个运动,而另一个静止而另一个静止,还可能两物体都静止还可能两物体都静止(3)由由WFlcos不难判断不难判断,作用力的功与反作作用力的功与反作用力的功的特点：没有必然的关系用力的功的特点：没有必然的关系,