高一物理能量与功.ppt

一 能量 势能 动能 机械能 相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫做势能 是一个守恒量 且有不同的表现形式 1 势能EP 能量 第一课时 物体由于运动而具有的能量叫做动能 2 动能EK 3 机械能 动能和势能的统称 如 高空飞行的飞机 由于运动而具有动能 同时由于具有高度而具有重力势能 动能 一 功的概念 如果一个物体受到力的作用 并且在力的方向上发生了位移 我们就说这个力对物体做了功 纹丝不动 劳而无功 有力无距 真辛苦 徒劳无功 有力有距 但力 距 判断 有无做功 1 定义 匀速 不劳无功 有距无力 力与位移方向相同 力做功 归纳 做功的两个必要条件 1 作用在物体上的力 2 物体在力的方向发生一段位移 这两个条件是严格的 缺一不可 马拉着车前进 1 力的方向与物体的运动方向一致物体m在水平力F的作用下水平向前行驶的位移为S 如图所示 则力F对物体所做的功为 W FSF表示恒力的大小 S表示位移的大小 W表示力对物体所做的功 如何求一个力做了多少功呢 二 功的表达式 2 如果力的方向与运动方向垂直当力的方向跟位移方向垂直时 物体在力的方向上没有发生位移 力对物体不做功 即做功为零 即W 0 分析 根据力的等效性原理 可以把计算F做功的问题转化为分别求F1和F2做功的问题 W1 F1S FCOS S W2 0 W W1 W2 W FSCOS 3 当力的方向与位移方向成某一角度时 拉力F做的功W 理解 在位移方向的分力与位移的乘积 1 公式 W FScos 其中 为F与s的夹角 F是恒力的大小 s一般是物体相对地面的位移 而不是相对于和它接触的物体的位移 力的作用点发生的位移 功的公式 2 单位 国际单位 焦耳 焦 单位符号 J m 1N m 握力器在手的压力作用下 能增加 力对物体做了功 公式只适用于恒力做功 即力的大小和方向恒定且受力物体沿着确定直线运动 力和位移的夹角恒定 计算功时必须明确是哪个力在哪个过程中对哪个物体做功 力做功多少只与 及二者夹角余弦有关 而与物体的加速度大小 速度大小 运动时间长短等都无关 即与物体的运动性质无关 同时与有无其它力做功也无关 功是能量的变化的量度 力对物体做多少功 则物体的能量就改变多少 3 物理意义 4 功是过程量 5 适用条件 变力做功利用微元法 图像法 平均法 动能定理等方法处理 6 功是标量 只有大小 没有方向 但是有正负 当0 90 时cos 0 W 0 力对物体做正功 表示动力对物体做功 若物体做直线运动 由力和位移夹角来判断较方便 当 90时 cos 0 W 0 力对物体不做功 当90 180 时 cos 0 W 0 力对物体做负功或说成物体克服这个力做功 表示阻力对物体做功 若物体做曲线运动 利用力和速度的夹角来判断做 时 力对物体做正功 时 力对物体不做功 时 力对物体做负功 或物体克服力做功 正功的意义是 力对物体做正功 表明此力的效果是促进物体的运动 是动力做功 负功的意义是 力对物体做负功 表明此力的效果是阻碍了物体运动 是阻力做功 功是标量 但有正负 功的正负只表示力做功的效果 决不表示方向 也不表示大小 即 表示是动力或阻力做功 一个力对物体做负功 也可说成物体克服这个力做了功 正值 做功正负看夹角 锐 角 正 功 钝 角 负 功 直 角 为零 例1 某一物体以一定初速度在粗糙水平面做匀减速直线运动 若阻力做 20J功 也可以讲物体克服阻力做了20J功 比较 8J的功与5J的功谁大 2 如图所示 静止在光滑水平面上的物体质量m 25kg 在与水平方向成60 角斜向上的力F作用下运动10s 已知F 10N 求在这10s内力F所做的功 取g 10m s2 总功等于各个力对物体所做功的代数和 也等于合力对物体所做的功 三 求总功 3 在光滑水平面上 物体受到两个沿水平方向互相垂直的大小分别为3N和4N的恒力 从静止开始运动10m 求每个力做的功和合力做的功 由上可知 总功的计算是标量运算 不符合平行四边形定则 4 用水平恒力F作用于质量为M的物体 使之在光滑的水平面上沿力的方向移动距离L 恒力做功为W1 再用该恒力作用于质量为m mw2Bw1 w2Cw1 w2D无法判断 C 本题说明了一个力所做的功只由力和力的方向上发生的位移决定 跟物体是否还受到其它力作用 以及物体的运动情况均无关 5 一人乘电梯从1楼到20楼 在此过程中经历了先加速 后匀速 再减速的运动过程 则电梯对人的支持力的做功情况是 A 加速时做正功 匀速时不做功 减速时做负功B 加速时做正功 匀速和减速时做负功C 加速和匀速时做正功 减速时做负功D 始终做正功 解析 在加速 匀速 减速的过程中 支持力与人的位移方向始终相同 所以支持力始终对人做正功 故D正确 答案 D 6 同一个物体 分别沿两个光滑斜面由B C匀速提升到A 如图所示 若沿两个斜面的拉力分别为FB FC 两个过程中拉力做的功分别为WB WC 则 A WB WCFBWCFB FCD WB WCFB FC 小结 1 做功的两个不可缺少的因素 作用在物体上的力 在力的方向上移动的位移 2 功的计算 W FScos a 功一定要指明是哪个力对物体做的功 b 力必须是恒力 力 物体在力的方向上 发生的位移 力的大小 位移的大小 正 不做 负 先求合外力 再求合外力的功 先求每个力的功 再求各力做功 的代数和 第二课时 1 质量为m的物体沿倾角为 的斜面匀速滑下 在通过位移L的过程中 A 重力对物体做功mgLB 重力对物体做功mgLsin C 支持力对物体做功mgLcos D 摩擦力对物体做正功 数值为mgLsin B 2 物体A的质量为2kg 置于粗糙的水平面上 水平拉力F大小为2N 不计绳子与滑轮的摩擦和滑轮的质量 物体刚好做匀速直线运动 在物体A移动l 0 4m的过程中 求拉力F做功 要点 l为F的作用点发生的位移 方法二 等效法 A受拉力做的功为F做的功 平均力法 若变力大小随位移是线性变化 且方向不变时 可将变力的平均值求出后用公式 一 变力做功 求解对象 2 图像法 变力的功W可用F L图线所包围的面积表示 L轴上方的面积表示力对物体做的正功的多少 L轴下方的面积表示力对物体做的负功的多少 3 微元法 适应对象 适应对象 适应对象 当力的大小不变 力的方向时刻与速度同向或反向时 解题方法 可用微元法将曲线分成无限个小元段 每一小元段可认为恒力做功 总功即为各个小元段做功的代数和 答案 2 mg R 把一个物体从地面竖直向上抛出去 该物体上升的最大高度是h 若物体的质量为m 所受的空气阻力恒为f 则在从物体被抛出到落回地面的全过程中 A 重力所做的功为零B 重力所做的功为2mghC 空气阻力做的功为零D 空气阻力做的功为 2fh AD 分段法 空气阻力做的功在数值上等于阻力与全程物体路程的乘积 练习 4 等效法 3 如图 一根绳子绕过高4m的滑轮 大小 摩擦均不计 绳的一端拴一质量为10kg的物体 另一侧沿竖直方向的绳被人拉住 若人拉住绳子前进3m 使物体匀速上升 则人拉绳所做的功为 A 500JB 300JC 100JD 50J 等效法 化变力做功为恒力做功 若某一变力的功和某一恒力的功相等 则可以通过计算该恒力的功 求出该变力的功 而恒力做功又可以用W FScosa计算 从而使问题变得简单 1 滑动摩擦力一定做负功吗 滑动摩擦力f对m做负功W1 fSm 滑动摩擦力f对 做正功W2 fSM 一对滑动摩擦力对物体作功之和必定为负功 滑动摩擦力对滑块做负功 滑动摩擦力对桌不做功 滑动摩擦力既可以做正功 也可以做负功 还可以不做功 课堂讨论 2 静摩擦力一定不做功吗 A和B相对静止 一起加速运动 静摩擦力对A做负功W fS 静摩擦力对 做正功 fS 一对静摩擦力作功之和必定为零 课堂讨论 二 摩擦力做功的特点与计算1 静摩擦力做功的特点 1 静摩擦力可以做正功 也可以做负功 还可以不做功 2 一对互为作用力和反作用力的静摩擦力所做功的总和等于零 位移相等 f等大反向 2 滑动摩擦力做功的特点 1 滑动摩擦力可以做正功 可以做负功 还可以不做功 2 相互摩擦的系统内 一对滑动摩擦力所做的总功为负值 有相对位移 有能量的转化 1 关于摩擦力做功的下列说法中正确的是 A 滑动摩擦力阻碍物体的相对运动 一定做负功B 静摩擦力起着阻碍物体的相对运动趋势的作用 一定不做功C 静摩擦力和滑动摩擦力一定都做负功D 滑动摩擦力可以对物体做正功 D 2 质量为M的木板放在光滑水平面上 如图所示 一个质量为m的滑块以某一速度沿木板表面从A点滑至B点 在木板上前进了L 同时木板前进了x 若滑块与木板间的动摩擦因数为 求摩擦力对滑块 对木板所做的功各为多少 三 作用力 反作用力做功的特点 比较一对作用力和反作用力做的功时 不要只看到力的大小是否相等 方向是否相反 还要注意分析两物体在相应力的作用下的位移情况 3 关于两个物体间的一对作用力和反作用力的做功情况 下列说法正确的是 A 作用力做功 反作用力一定做功B 作用力做正功 反作用力一定做负功C 作用力和反作用力可能都做负功D 作用力和反作用力做的功一定大小相等 都做负功 如 两个条形磁铁同名磁极相对互相靠近过程中 一对磁力均做负功等 C 1 如图所示 一根不计质量的轻绳通过定滑轮分别与M和m连接 置于光滑水平地面上 木板质量为M 长度为L 小木块质量为m 小木块与木板间的动摩擦因数为 开始时木块静止在木板左端 现用水平向右的拉力F将m拉至木板右端 拉力F至少做的功为 A mgLB 2 mgLC mgL 2D M m gL 2 如图所示 摆球质量为m 悬线的长为L 把悬线拉到水平位置后放手 设在摆球运动过程中空气阻力f的大小不变 求摆球从A运动到竖直位置B时 重力mg 绳的拉力T 空气阻力f各做了多少功 3 如图所示 足够长的水平传送带以2m s的速度匀速运行 将一质量为2kg的工件轻轻放在传送带上 工件与传送带之间的动摩擦因数 0 2 则工件在5s内的位移是多少 摩擦力对物体做的功是多少 4 如图所示 重物P放在粗糙的水平板OM上 当水平板绕O端缓慢抬高 在重物P没有滑动之前 下列说法中正确的是A P受到的支持力不做功B P受到的支持力做正功C P受到的摩擦力做负功D P受到的摩擦力做正功 曲线运动做功正负的判断 5 质量为2kg的物体置于水平面上 在运动方向上受到水平拉力F的作用 沿水平方向做匀变速运动 拉力F作用2s后撤去 物体运动的速度图象如图所示 则下列说法正确的是 取g 10m s2 A 拉力F做功250JB 拉力F做功350JC 物体克服摩擦力做功100JD 物体克服摩擦力做功175J 再见