高一物理《第四章第1节功》.ppt

理解教材新知 把握热点考向 应用创新演练 第1节 知识点一 知识点二 考向二 第四章 考向一 随堂基础巩固 课时跟踪训练 考向三 1 力对物体做功必须满足两个条件 力和物体在力的方向上发生了位移 做功的过程就是能量变化的过程 2 功的计算公式 W Fxcos 其中 为力F与位移x的夹角 此式一般适用于恒力做功的计算 3 功的正负是由力和位移的夹角 的大小决定的 反映了作用力是动力还是阻力 动力所做的功为正 阻力所做的功为负 4 合力对物体所做的功等于各分力对物体所做功的代数和 自学教材 1 做功与能量的变化 1 功的概念 物体受到力的作用 并在力的方向上发生了 那么力对物体做了功 2 功与能量 功与的变化密切相关 做功的过程就是变化的过程 位移 能量 能量 2 功的计算公式 1 力F与位移x同向时 W Fx 2 力F与位移x有夹角 时 W Fxcos 其中F x cos 分别表示 3 各物理量的单位 F的单位是 x的单位是 W的单位是 即焦耳 力的大小 位移的大小 力与位移夹角的 余弦 牛顿 米 牛 米 重点诠释 1 对公式W Fxcos 的理解 1 公式的适用条件 公式W Fxcos 只适用于恒力做功 2 关于作用力F 公式W Fxcos 中 如果F为物体所受的某一个恒力时 W为该恒力所做的功 如果F为恒定的合力时 W为合力所做的功 3 关于位移x 公式中的位移x 一般情况下是指在力的作用下物体的位移 但是当物体的位移与力的作用点的位移不同时 x应当是作用点的位移 位移x与参考系的选取有关 一般情况下 研究做功问题时 应以地面为参考系 2 变力做功的计算 1 将变力做功转化为恒力做功 分段法 力在全程是变力 但在每一个阶段是恒力 这样就可以先计算每个阶段的功 再利用求和的方法计算整个过程中变力做的功 微元法 当力的大小不变 力的方向时刻与速度同向 或反向 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线 先求力在每一小段上的功 再求和即可 例如 滑动摩擦力 空气阻力总与物体相对运动的方向相反 可把运动过程细分 其中每一小段都是恒力做功 整个运动过程中所做的总功是各个阶段所做功的和 即力与路程的乘积 转换研究对象法 如图4 1 1所示 人站在地上以恒力拉绳 使小车向左运动 求拉力对小车所做的功 拉力对小车来说是个变力 大小不变 方向改变 但仔细研究 发现人拉绳的力却是恒力 于是转换研究对象 用人对绳子所做的功来求绳子对小车做的功 图4 1 1 图4 1 2 1 如图4 1 3所示 质量分别为M和m的两物块 M m 分别在同样大小的恒力F作用下 沿水平面由静止开始做直线运动 F与水平面的夹角相同 经过相同的位移 设F对M做的功为W1 对m做的功为W2 则 图4 1 3 A 无论水平面光滑与否 都有W1 W2B 若水平面光滑 则W1 W2C 若水平面粗糙 则W1 W2D 若水平面粗糙 则W1 W2解析 由题意知 F1 F2 x1 x2 1 2 又W Fxcos 故无论水平面光滑还是粗糙 均有W1 W2 答案 A 自学教材 1 功的正负 W 0 W 0 W 0 2 合力的功物体受多个力的作用发生了位移 对物体做的功等于各分力对物体所做功的 合力 代数和 重点诠释 1 正功 负功的物理意义 1 力F是动力 对物体做 2 力f是阻力 对物体做 或说物体克服f做 3 力N和G即不是动力 也不是阻力 图4 1 4 正功 负功 正功 不做功 2 合力的功的求法 1 先求物体所受的合外力 再根据公式W合 F合 xcos 求合外力的功 2 先根据W Fxcos 求每个分力做的功W1 W2 Wn 再根据W合 W1 W2 Wn 求合力的功 2 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 则电梯支持力对人做功的情况是 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 力对物体做功的表达式为W Fxcos 当0 90 时 F做正功 当 90 时 F不做功 当90 180 时 F做负功 支持力始终竖直向上 与位移同向 0 故支持力始终做正功 D正确 答案 D 例1 如图4 1 5所示 质量为m的物体置于倾角为 的斜面上 物体与斜面间的动摩擦因数为 在外力作用下 斜面以加速度a沿水平方向向左做匀加速运动 运动中物体m与斜面体相对静止 则关于斜面对m的支持力和摩擦力的下列说法中错误的是 图4 1 5 A 支持力一定做正功B 摩擦力一定做正功C 摩擦力可能不做功D 摩擦力可能做负功 思路点拨 解答本题时应注意以下两点 1 先确定力与物体位移的夹角大小 再判断力做功的正负 2 物体所受摩擦力的方向与加速度a的大小有关 解析 支持力方向垂直斜面向上 故支持力一定做正功 而摩擦力是否存在需要讨论 当a gtan 时 摩擦力不存在 不做功当a gtan 摩擦力沿斜面向下 做正功当a gtan 摩擦力沿斜面向上 做负功 综上所述 B是错误的 答案 B 借题发挥 力做正功还是负功的判断方法 1 看力F与位移x的夹角 90 力做负功 2 看力F与速度v的夹角 90 力做负功 3 看速率增大还是减小 若在力作用下速率增大 此力做正功 反之做负功 1 一个力对物体做了负功 则说明 A 这个力一定阻碍物体的运动B 这个力不一定阻碍物体的运动C 这个力与物体运动方向的夹角 90 D 这个力与物体运动方向的夹角 90 时 cos 0 力对物体做负功 此力阻碍物体的运动 故选项A C正确 答案 AC 例2 如图4 1 6所示 在光滑水平面上 物体受两个相互垂直的大小分别为F1 3N和F2 4N的恒力 其合力在水平方向上 从静止开始运动10m 求 1 F1和F2分别对物体做的功是多少 代数和为多大 2 F1和F2合力为多大 合力做功是多少 图4 1 6 思路点拨 力F1 F2及它们的合力均为恒力 可用功的公式W Fxcos 求解它们的功 解析 1 力F1做的功W1 F1xcos 1 3 10 cos53 J 18J力F2做的功W2 F2xcos 2 4 10 cos37 J 32JW1与W2的代数和W W1 W2 18J 32J 50J 答案 1 18J32J50J 2 5N50J 借题发挥 求总功时 可以先求各力做的功 再求各功的代数和 也可先求合力再求总功 而对于合力为恒力的情形 先求合力再求总功往往较为简便 2 飞机越来越多地成为人们外出旅行的重要交通工具 安全快捷是飞机的主要特点 为保障飞机降落时做到万无一失 民航客机机舱紧急出口的气囊是一条连接出口与地面的斜面 若斜面高3 2m 长5 5m 质量为60kg的人沿斜面滑下时所受的阻力是240N 求人滑下过程中合力的功 g 10m s2 解析 方法一 重力做功WG mgh 1920J阻力做功Wf fx 1320J合力的功W WG Wf 600J 答案 600J 例3 如图4 1 7所示 轻弹簧一端与竖直墙壁连接 另一端与一质量为m的木块连接 放在光滑的水平面上 弹簧的劲度系数为k 弹簧处于自然状态 用水平力缓慢拉木块 使木块前进x 求这一过程中拉力对木块做了多少功 思路点拨 解答本题应注意以下两个方面 1 拉力F为变力 2 拉力F随位移均匀变化 图4 1 7 借题发挥 1 若力的大小不变 方向时刻在改变 可用微元法将求变力做功转化为求恒力做功 2 若力的方向不变 大小随位移均匀变化 则可先求平均作用力 再求平均作用力的功 也可用图像法求功 3 如图4 1 8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 图4 1 8 随堂基础巩固 点击下图片进入 课时跟踪训练 点击下图片进入