高中物理《功和能》课件3（78张PPT）（鲁科版必修2）

欢迎进入物理课堂 功和能 一 功 力对空间的累积效应 动能定理 1定义 A F S cos 2变力做功 若质点由a b 外力作功为 在直角坐标系中 说明 1 功是标量 无方向 2 功的单位 焦耳 J 例 一人从10m深的水井把10Kg的水匀速提上来 由于桶漏水 每升高1m漏0 2Kg 问把水从井的水面提到井口需做多少功 不计桶的质量 解 练习 质点在力的作用下 从坐标原点运动到P 2 3 点 求力的功 解 二 质点的动能定理 外力对质点作的功等于质点动能的增量 即 例如 质量为8g的子弹 以400ms 1的速度水平射穿一块固定的木板 子弹穿出木板后 速度变为100ms 1 求木板阻力对子弹所作的功 例1 一物体由斜面底部以初速v0 10ms 1向斜面上方冲去 然后又沿斜面下滑 滑到底部时速度变为vf 8ms 1 已知斜面倾角为30 物体与斜面间的滑动摩擦系数为 k 求物体上冲到的最大高度 解 应用动能定理 上冲过程 重力和摩擦力作功 设上升的最大位移为S 下滑过程 两式相减 上升的高度 一根均匀链条 质量为m 总长为L 一部分放在桌面上 另一部分从桌面边缘垂下来 长为b 设链条与桌面之间滑动摩擦系数为 假定开始时链条静止 求 1链条从开始运动到全部离开桌面的过程中 摩擦力作了多少功 2链条全部离开桌面瞬间的速率 例2 解 设任一时刻链条下垂长度为x 1 摩擦力大小为 摩擦力的功 2 求速率 应用动能定理 对整个链条而言 有两个力作功 摩擦力和下垂部分的重力 练习 设一物体质量为1kg 受水平力F x 3x2 1 从原点由静止开始运动 移动距离为2米 求物体的速度 练习 高为h的光滑平台上有一质量为m的小车 有一人在地面上以匀速v0前进 并拉着小车一起前进 当人的位移为s时 人对小车作功是多少 解 变力作功 对小车应用动能定理 例 在如图所示的皮带运输机上 设砖块与皮带间的静摩擦系数为 s 砖块的质量为m 皮带的倾斜角为 求皮带向上匀速传送时 它对砖块的静摩擦力是多少 例 一质量为2kg的质点起初静止 后受到一方向不变 大小按F 12t N 变化的力的作用 求前2秒内F所作的功 并求第1秒末和第2秒末的功率 解 F 12t 1 按功的定义来求 2 根据动能定理来求 功率 t 1s t 2s 4 2保守力势能 一 保守力 作功只与物体始末位置有关 而与物体运动路径无关的力 反之为非保守力 1 重力作功 重力是保守力 X Y Z 0 a b 2 弹力 0 弹力是保守力 从a到b 3 万有引力 万有引力是保守力 4 摩擦力 摩擦力是非保守力 二 成对力的功 成对力 系统的内力 0 m1 m2的相对位移 两质点间成对内力的功决定于两质点的相对位移 成对保守力的功只取决于相互作用质点的始末状态 与各质点的运动路径无关 三 势能 保守力作功为物体位置的函数 状态量 重力势能 弹性势能 万有引力势能 说明 零势能点的选取 1 重力势能的零势能点通常选在地面 2 弹性势能的零势能点选在弹簧原长时物体所在位置 3 万有引力势能的零势能点选在两物体相距无穷远处 重力作功 X Y Z 0 a b 重力的功等于重力势能增量的负值 万有引力的功 万有引力的功等于引力势能增量的负值 保守力的功等于势能增量的负值 讨论 1 势能为系统所有 2 对于非保守力不能引入势能的概念 3 某点的势能在数值上等于将物体从该点移到零势能点保守力所作的功 四势能曲线 物体的势能和相对位置的关系曲线势能曲线的应用 判断物体的运动求保守力的大小和方向 保守力沿某坐标轴的分量等于势能对此坐标的导数的负值 4 3功能原理机械能守恒定律 一功能原理 质点的动能定理 质点系的动能定理 功能原理 外力的功和非保守内力的功之和 等于系统机械能的增量 例 一汽车的速度 驶至一斜率为0 010的斜坡时 关闭油门 车重为G 车与路面摩擦系数为0 05 求车能冲上斜坡多远 解 用质点的动能定理求解 外力做的总功等于汽车动能的增量 汽车机械能增量 摩擦力作功 用系统功能原理求解 汽车 地球为一系统 两种方法结果相同 例 一质量m 2kg的物体 沿着一圆形轨道从a点由静止开始滑到b点 到达b点时的速率为v 6ms 1 已知圆弧半径R 4m 求此过程中摩擦力作的功 解 功能原理 以物体和地球为系统 质点的动能定理 质点系的动能定理 二机械能守恒定律 如果 则 如果一切外力和非保守内力作的总功为零 系统的机械能守恒 注意 机械能守恒的条件 例 质量为m1和m2的两块薄板 用一轻质弹簧连接起来 如图所示 弹簧的倔强系数为K 问至少要用多大的力F压在m1上 才能使该力突然撤去后 m2板刚好能被m1板提起来 取B为重力势能零点 O为弹性势能零点 练习 在半径为R的光滑半球面顶点处 物体m由静止开始下滑 半球面固定不动 问 当 c为多大时 物体开始脱离半球面 此时物体的速度vc多大 机械能守恒 任一位置处 脱离 正压力为零 h N mg 三 能量守恒与转化定律 对于一个不受外界作用的孤立系统 无论其内部经历任何变化 该系统所有能量的总和不变 能量只能从一种形式转化为另一种形式 或从系统内一个物体传给另一个物体 而系统的能量总和保持不变 4 4碰撞 一碰撞 恢复系数 二 完全弹性碰撞 e 1 动量守恒 机械能守恒 特例 1 m1 m2 2 m2 m1v20 0 交换速度 原速返回 三 完全非弹性碰撞 e 0 动量守恒 机械能不守恒 例 质量为m1 200g的圆盘 用一弹簧挂起来 弹簧伸长了l1 10cm 今有一质量为m2 200g的泥块 由高h 30cm处从静止开始降落到圆盘上 求此盘向下运动的最大距离 解 圆盘平衡时 故弹簧的倔强系数为 此后分三个过程考虑 泥块的自由下落 泥块与盘碰撞 泥块与盘共同下落 泥块的自由下落 获得速度 泥块与盘碰撞 动量守恒 泥块与盘共同下落 机械能守恒 注意势能零点的选取 弹簧的自然伸长处为弹性势能零点 圆盘的平衡位置为重力势能零点 练习 四分之一光滑圆弧槽质量为M 置于光滑水平面上 m自其顶点由静止滑下 求m滑到底时 1 M移动的速度 2 M对m所作的功 解 1 求M移动的速度取M m和地球组成一个系统 动量守恒机械能守恒 2 求M对m所作的功对m应用动能定理 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全