5E-1 功和能量变化的关系[1]

练习与评价,探究与深化,回顾与小结,作业与拓展,资源与链接,准备与导入,目标与要求,E,功与能量变化的关系,目标与要求,教学目标,学习要求,学习要求,1.,掌握外力对物体所做的总功的计算，理解“代数和”的含义。,2.,理解和运用动能定理。,3.,理解重力做功和重力势能变化的关系,。,导入一,导入二,准备与导入,导入一,1,物体由于运动而具有的能量叫,。,2.,物体的动能等于物体质量跟物体速度的二次方乘积的一半。,3,动能的单位为,焦耳,（,J,）。,4,动能是,标量,，是,状态量,，,v,表示速率，动能恒为正值。,1kg m,2,/s,2,=1Nm=1J,动能,导入二,1,由于物体处于一定高度而具有的能量叫 。,重力势能,2.,物体的重力势能等于物体重力和高度的乘积。,3,国际单位：,焦耳,（,J,）,4,重力势能是 。,表达重力势能时，要指明 的位置。,零势能面,标量,探究一,探究与深化,一架飞机在,牵引力,F,作用下,（不计阻力），在起飞跑道上,加速运动,。飞机的,动能如何变化？,你能找到动能变化的,原因,吗？,动能变化不仅要有合力，并且合力必须有一段位移，即,动能变化与合外力做功有关,.,设有一原来静止的小车，它的质量为,m,，,仅在恒力,F,的作用下，发生了一段位移,S,后，小车的速度为,v,，,则推力对小车所做的功为多少？,F,F,做功与物体动能变化的关系,做功与物体动能变化的关系,v,f,v=0,若质量为,m,的小车，初速度是,v,，,仅在摩擦力,f,的作用下发生水平位移,S,，,速度减为,0,，,在这一过程中，摩擦力做的功为：,理论推导,如图所示，一个质量,为,m,的物体,，,初速度为,v,1,，,在与运动方向相同的恒力,F,的作用下发生一段位移,s,，,速度增加到,v,2,，,则：,根据牛顿第二定律：物体的加速度,F=ma,根据匀加速直线运动公式有位移,则,代入可得,力,F,对物体所做的功,W=Fs,(,一,),动能定理,W,合,：外力对物体做的总功,E,k,初,：物体初态的动能,E,k,末,：物体末态的动能,1.,内容：合力所做的功等于物体动能的变化。,表达式为：,合,或：,W,合,=,E,k,=,E,k,末,-,E,k,初,2,动能定理的实质：,动能的改变是靠合外力做功来实现的，并且,用合外力的功来量度动能的增量,。,W,合,0,W,合,0,，,物体的动能,增加，这说明别的物体通过做功的方式，向这,个物体输送了一部分能量；,2,动能定理的实质：,动能的改变是靠合外力做功来实现的，并且,用合外力的功来量度动能的增量,。,W,合,0,W,合,0,其他能,动能,当外力对物体做,负功,（即物体克服外力做功）时，,E,k,0,W,合,0,其他能,动能,若合外力,做功为零,，,E,k,0,，,物体的动能保持不变。,3.,适用条件：,既适用于,恒力做功,的情况，又适用于,变力做功,的情况；既适用于,直线运动,，又适用于,曲线运动,。,例,1,质量为,8g,子弹以,400m/s,的速度水平射入厚为,5cm,的木板，射出后的速度为,100,m/s,，,求子弹克服阻力所做的功以及子弹受到的平均阻力,。,例题分析,v,v,0,解,：,子弹射入木板的过程中，在竖直方向受到的重力和支持力的作用互相抵消，在水平方向受到阻力为,F,f,，如图所示。根据动能定理得,F,f,例,1,质量为,8g,子弹以,400m/s,的速度水平射入厚为,5cm,的木板，射出后的速度为,100,m/s,，,求子弹克服阻力所做的功以及子弹受到的平均阻力,。,由,得：,子弹克服阻力做功,600J,例,2,汽车在水平的高速公路上做匀加速直线运动，经过,100,m,的距离后，速度由,10,m/s,增加到,3,0,m/s,，汽车的质量为,2,10,3,kg,，,汽车前进时所受的阻力为车重的,0.02,倍,求汽车牵引力所做的功以及牵引力大小,。,汽车在运动过程中共受四个力的作用，如图所示,F,G,F,N,F,f,重力和支持力不做功,只有牵引力和阻力做功,分析,：,W,F,=,F s,W,f,=,F,f,s,cos180,=0.02,m g s,例,2,汽车在水平的高速公路上做匀加速直线运动，经过,100,m,的距离后，速度由,10,m/s,增加到,3,0,m/s,，汽车的质量为,2,10,3,kg,，,汽车前进时所受的阻力为车重的,0.02,倍,求汽车牵引力所做的功以及牵引力大小,。,根据动能定理得：,由,W,F,=F s,得牵引力大小为,F,G,F,N,F,f,解：汽车在运动过程中共受四个力的作用，如图所示,重力和支持力不做功,只有牵引力和阻力做功,W,F,=,F s,W,f,=,F,f,s,cos180,=0.02,m g s,1.,选择研究对象，分析研究对象的受力情况,。,计算研究对象所受各力在运动过程中对物体,做功的大小和正负,。,3.,明确物体在运动过程中始、末动能的值,。,4.,根据动能定理，列出具体方程式,。,5.,代入数值，计算结果,。,关键,：,（,1,）,正确计算物体所受外力的总功,；,（,2,）,明确物体在运动过程中初、末状态的动能值,。,四、解题要点,(,二,),重力做功和重力势能变化,首先看看重力作功有什么特点？,物体动能变化的量度是功，,重力势能的变化是否也可以用作功表示出来？,1,、重力做功：,mg,mg,mg,h,1,h,2,特点：,重力做功只与它的起点与终点位置有关，而跟它的运动路径无关。,W,G,=mgh,1,-mgh,2,2,、重力作功与重力势能的变化,h,例：分析小球上升和下落过程中重力作功和重力势能的变化。,上升过程中，重力作功,重力势能增加,。,mgh,mgh,下落过程中，重力作功,重力势能减少,。,（或称增加,mgh,）,mgh,mgh,结论：重力做多少正功，重力势能就减少多少；,重力做多少负功，重力势能就增加多少。,可见：,重力做功的多少，完全可以量度重力势能的变化。,练习,塔吊把一质量为,200kg,的物体，从距地面高为,h,1,=10m,的高度匀速运到高为,h,2,=3m,的地方，重力做了多少功？物体的重力势能如何变化？,(g=10m/s,-2,),分析：重力做功为：,W,G,=mg(h,1,-h,2,)=14000J,W,G,=E,p1,-E,p2,=mgh,1,-mgh,2,=14000J,重力势能减少了,14000J,重力做正功重力势能减少,若物体加速或减速下降呢？,练习,塔吊把一质量为,200kg,的物体，从距地面高为,h,1,=3m,的高度匀速运到高为,h,2,=10m,的地方，重力做了多少功？物体的重力势能如何变化？,(g=10m/s,-2,),分析：重力做功为：,W,G,=mg(h,1,-h,2,)=,14000J,W,G,=E,p1,-E,p2,=mgh,1,-mgh,2,=-14000J,重力势能增加了,14000J,重力做负功重力势能增加,若物体加速或减速上升呢？,小 结,一、重力做功的特点：,与路径无关，只与起点和终点的高度差有关,二、重力势能：地球上的物体具有的与它高度有关的能量。,表达式：,三、重力做功与重力势能变化的关系,重力做正功，重力势能减少,重力做负功，重力势能增加,四、,重力势能是相对的，正负表示大小,。,一般不加说明是以地面或题目中的最低点所在的平面作为零势能参考面。,五、势能是系统能,练习,一质量均匀分布的链条长,1,米,重,30,牛,放在水平地面上,现慢慢提起链条的一端,使另一端刚好离开地面,.,问,:,这个过程中,链条的重力做了多少功,?,链条的重力势能如何变化,?,其它力（如；摩擦力）作功是否与路径有关？,有关！,可见，重力作功的特点不能乱用，要视具体力而定。,(,三,),功和能的关系,1.,做功的过程总是伴随着能量的改变，做了多少功，就有多少能量改变。,功是能量转化的量度,W,G,E,P,初,E,P,末,-,E,P,(1),动能定理,合力所做的功等于物体动能的变化。,W,合,=,E,k,末,-,E,k,初,=,E,k,(2),重力作功与重力势能的变化,重力做多少正功，重力势能就减少多少；,重力做多少负功，重力势能就增加多少。,例：,关于功和能,下列说法中正确的是：,(),A.,能就是功，功就是能,B.,做功越多，物体的能就越大,C.,外力对物体不做功，这个物体就没有能,D.,能量转化的多少可以用功来量度,D,2.,功和能的联系与区别,功和能量,都是标量,，单位都是,焦耳,（,J,）。,功,是,量度能的变化,的,(,做功可以使物体具有的能量发生变化,),。功的大小等于转化的能量，但功不是能。,能是反映物质的运动状态的物理量,是,状态量,。,功是,和物体运动状态变化过程有关的物理量，是,过程量,。,例：已知功,W,1,=2J,功,W,2,=-10J,则：,A.,W,1,较大,B.,W,2,较大,C.,一样大,D.,不能比较大小,分析：,W,1,=2J,表示有,2J,的能量发生转化，,W,2,=-10J,表示有,10J,的能量发生转化。,所以，答案,B,正确。,例：已知功,W,1,=2J,功,W,2,=-10J,则：,A.,W,1,较大,B.,W,2,较大,C.,一样大,D.,不能比较大小,注意：,功的正负仅表示改变物体运动状态的不同效果。,例如，重力做正功表明重力势能转化为其他形式的能；重力做负功表明其他形式的能转化为重力势能。,练习一,练习二,练习三,练习与评价,一物体做变速运动时，下列说法正确的（）,A,合外力一定对物体做功，使物体动能改变,B,物体所受合外力一定不为零,C,合外力一定对物体做功，但物体动能可能不变,D,物体加速度一定不为零,B D,练习一,练习一,练习二,练习三,在水平放置的长直木板槽中，一木块以,6.0,米,/,秒的初速度开始滑动。滑行,4.0,米后速度减为,4.0,米,/,秒，若木板槽粗糙程度处处相同，此后木块还可以向前滑行多远？,解：设木板槽对木块摩擦力为,f,，,木块质量为,m,，,据题意使用动能定理有：,二式联立可得：,s,2,3.2,米，即木块还可滑行,3.2,米,练习二,练习一,练习二,练习三,2,、如图，质量为,m,均匀铁链长为,L,，平放在距地面高,h,2L,的水平桌面上，其中,1/5,悬垂于桌边。从静止开始释放，当铁链全部离开桌面，重力做功多少？,2L,应用动能定理,解题的一般步骤,：,确定,研究对象,，画出草图；,分析物体的,受力情况,，做功情况；,确定物体的,初、末状态,；,列式求解；,对结果进行分析讨论。,v,0,=0m/s,v=,60m/s,s,=5.310,2,m,F,f,N,G,一架喷气式飞机，质量,m,=5103kg,，起飞过程中,从静止开始滑跑,的路程为,s,=5.3102m,时，达到,起飞的速度,v,=60m/s,，在此过程中飞机受到的,平均阻力,是飞机重量的,0.02,倍（,k,=0.02,），求飞机受到的,牵引力,。,练习三,练习一,练习二,练习三,解法：飞机,受到,重力,G,、,支持力,N,、,牵引力,F,和阻力,f,作用，这四个力做的,功,分别为,W,G,=0,，,W,N,=0,，,W,F,=Fs,，,W,f,=-kmgs,.,据动能定理得：,代入数据得：,s,=5.310,2,m,F,f,N,G,v,0,=0m/s,v=,60m/s,回顾与小结,作业与拓展,质量为,kg,的钢球从离坑面高,1.95m,的高处自由下落，钢球落入沙中，陷入,0.05m,后静止，则沙坑对钢球的平均阻力是多少？,资源链接,