202X學(xué)年高考物理主題二機(jī)械能及其守恒定律第四章機(jī)械能及其守恒定律2.4.1功課件教科版

1、第四章機(jī)械能及其守恒定律第四章機(jī)械能及其守恒定律2.4.1功功學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)核心凝煉核心凝煉1.理解做功與能量變化的關(guān)系。理解做功與能量變化的關(guān)系。2個(gè)要素個(gè)要素做功的兩個(gè)要素：做功的兩個(gè)要素：力和在力的方向上發(fā)生的位移力和在力的方向上發(fā)生的位移1個(gè)表達(dá)式個(gè)表達(dá)式WFxcos 2.理解功的概念和做功的兩個(gè)要素。理解功的概念和做功的兩個(gè)要素。3.會(huì)利用公式會(huì)利用公式WFxcos 進(jìn)行有關(guān)運(yùn)算。進(jìn)行有關(guān)運(yùn)算。4.理解正功、負(fù)功的含義，能根據(jù)公式計(jì)算多個(gè)力理解正功、負(fù)功的含義，能根據(jù)公式計(jì)算多個(gè)力所做的總功。所做的總功。一、做功與能量的變化一、做功與能量的變化觀(guān)圖助學(xué)觀(guān)圖助學(xué)甲甲 乙乙(1)如圖甲

2、所示，射箭運(yùn)發(fā)動(dòng)正在參加射箭比賽。箭射出過(guò)程中什么力對(duì)箭做功？能如圖甲所示，射箭運(yùn)發(fā)動(dòng)正在參加射箭比賽。箭射出過(guò)程中什么力對(duì)箭做功？能量是怎樣轉(zhuǎn)化的？量是怎樣轉(zhuǎn)化的？(2)如圖乙所示，舉重運(yùn)發(fā)動(dòng)把杠鈴舉高的過(guò)程中，運(yùn)發(fā)動(dòng)對(duì)杠鈴做功嗎？重力對(duì)如圖乙所示，舉重運(yùn)發(fā)動(dòng)把杠鈴舉高的過(guò)程中，運(yùn)發(fā)動(dòng)對(duì)杠鈴做功嗎？重力對(duì)杠鈴做功嗎？做什么功？杠鈴做功嗎？做什么功？舉重運(yùn)發(fā)動(dòng)舉著杠鈴不動(dòng)舉重運(yùn)發(fā)動(dòng)舉著杠鈴不動(dòng)(保持保持3秒即成功秒即成功)的過(guò)程中，運(yùn)發(fā)動(dòng)對(duì)杠鈴做功嗎？重力的過(guò)程中，運(yùn)發(fā)動(dòng)對(duì)杠鈴做功嗎？重力對(duì)杠鈴做功嗎？做什么功？對(duì)杠鈴做功嗎？做什么功？1.概念概念：如果物體受到力的作用，并在力的：如果物體受到

3、力的作用，并在力的_發(fā)生了一段位移，這個(gè)力就對(duì)發(fā)生了一段位移，這個(gè)力就對(duì)物體做了功。物體做了功。2.做功的兩個(gè)因素做功的兩個(gè)因素方向上方向上力力位移位移理解概念理解概念判斷以下說(shuō)法是否正確。判斷以下說(shuō)法是否正確。(1)力越大，位移越大，做功就越多。力越大，位移越大，做功就越多。( )(2)力很大，位移也很大，這個(gè)力做的功可能為零。力很大，位移也很大，這個(gè)力做的功可能為零。( )(3)有力作用在物體上，并且物體也發(fā)生了位移時(shí)，力對(duì)物體一定做了功。有力作用在物體上，并且物體也發(fā)生了位移時(shí)，力對(duì)物體一定做了功。( )(4)力對(duì)物體不做功，說(shuō)明物體的位移一定為零。力對(duì)物體不做功，說(shuō)明物體的位移一定為零

4、。( )二、功的計(jì)算公式二、功的計(jì)算公式觀(guān)圖助學(xué)觀(guān)圖助學(xué)小華沿水平方向推木箱，推力小華沿水平方向推木箱，推力F10 N，木箱沿水平方向前進(jìn)了，木箱沿水平方向前進(jìn)了2 m，此過(guò)程中小華，此過(guò)程中小華對(duì)木箱做了多少功？對(duì)木箱做了多少功？1.功的公式功的公式(1)力力F與位移與位移x同向時(shí)，同向時(shí)，W_。(2)力力F與位移與位移x夾角為夾角為時(shí)，時(shí)，W_。其中。其中F、x、分別為分別為_(kāi)、_和和_方向的夾角。方向的夾角。2.功的單位：功的單位：國(guó)際單位制中，功的單位是國(guó)際單位制中，功的單位是_，符號(hào)是，符號(hào)是_。FxFxcos 力的大小力的大小位移的大小位移的大小力與位移力與位移焦耳焦耳J三、功的正

5、負(fù)合力的功三、功的正負(fù)合力的功觀(guān)圖助學(xué)觀(guān)圖助學(xué)如下圖，一陣風(fēng)水平吹過(guò)，將熟透的蘋(píng)果從如下圖，一陣風(fēng)水平吹過(guò)，將熟透的蘋(píng)果從2 m高的高的枝頭吹落。假設(shè)蘋(píng)果重枝頭吹落。假設(shè)蘋(píng)果重2 N，風(fēng)力恒為，風(fēng)力恒為1 N，下落的水，下落的水平位移為平位移為1 m。蘋(píng)果下落過(guò)程中：。蘋(píng)果下落過(guò)程中：(1)重力和風(fēng)力各做多少功？重力和風(fēng)力各做多少功？(2)重力和風(fēng)力對(duì)蘋(píng)果做的總功能不能用平行四邊形定那么來(lái)求？假設(shè)不能應(yīng)重力和風(fēng)力對(duì)蘋(píng)果做的總功能不能用平行四邊形定那么來(lái)求？假設(shè)不能應(yīng)該怎么求？該怎么求？1.力對(duì)物體做正功和負(fù)功的條件力對(duì)物體做正功和負(fù)功的條件不做功不做功正功正功負(fù)功負(fù)功2.總功的計(jì)算總功的計(jì)算(

6、1)各個(gè)分力分別對(duì)物體所做功的各個(gè)分力分別對(duì)物體所做功的_。(2)幾個(gè)力的幾個(gè)力的_對(duì)物體所做的功。對(duì)物體所做的功。理解概念理解概念判斷以下說(shuō)法是否正確。判斷以下說(shuō)法是否正確。(1)用力推汽車(chē)，雖然汽車(chē)沒(méi)動(dòng)，但推車(chē)者累得滿(mǎn)頭大汗，所以說(shuō)推車(chē)者對(duì)汽車(chē)做了用力推汽車(chē)，雖然汽車(chē)沒(méi)動(dòng)，但推車(chē)者累得滿(mǎn)頭大汗，所以說(shuō)推車(chē)者對(duì)汽車(chē)做了功。功。( )(2)力力F1做功做功10 J，F(xiàn)2做功做功15 J，力，力F1比比F2做功少。做功少。( )(3)功有正負(fù)之分，所以功是矢量。功有正負(fù)之分，所以功是矢量。( )(4)一個(gè)力對(duì)物體做了負(fù)功，那么說(shuō)明這個(gè)力一定阻礙物體的運(yùn)動(dòng)。一個(gè)力對(duì)物體做了負(fù)功，那么說(shuō)明這個(gè)力一定

7、阻礙物體的運(yùn)動(dòng)。( )代數(shù)和代數(shù)和合力合力對(duì)功的理解對(duì)功的理解觀(guān)察探究觀(guān)察探究如圖如圖1所示，馬拉著小車(chē)所示，馬拉著小車(chē)(包括人包括人)沿水平面勻速前進(jìn)了一段距離。沿水平面勻速前進(jìn)了一段距離。圖圖1(1)小車(chē)小車(chē)(包括人包括人)受到幾個(gè)力作用？每個(gè)力對(duì)小車(chē)做功嗎？是正功還是負(fù)功？受到幾個(gè)力作用？每個(gè)力對(duì)小車(chē)做功嗎？是正功還是負(fù)功？(2)馬對(duì)小車(chē)做的功是否等于馬的拉力馬對(duì)小車(chē)做的功是否等于馬的拉力F(設(shè)設(shè)F與水平方向的夾角為與水平方向的夾角為)和小車(chē)的位移和小車(chē)的位移x的乘的乘積？積？(3)拉力拉力F一般分解為哪兩個(gè)分力？一般分解為哪兩個(gè)分力？F做的功與哪個(gè)分力做的功一樣？做的功與哪個(gè)分力做的功

8、一樣？答案答案(1)小車(chē)小車(chē)(包括人包括人)受受4個(gè)力作用：重力、支持力、拉力、摩擦力，其中拉力做正個(gè)力作用：重力、支持力、拉力、摩擦力，其中拉力做正功，摩擦力做負(fù)功，重力和支持力不做功。功，摩擦力做負(fù)功，重力和支持力不做功。(2)不等于。因?yàn)椴坏扔凇Ｒ驗(yàn)閃Fxcos 。(3)拉力可以分解為沿水平方向和豎直方向的兩個(gè)分力。拉力可以分解為沿水平方向和豎直方向的兩個(gè)分力。F做的功與水平方向分力做的做的功與水平方向分力做的功一樣。功一樣。探究歸納探究歸納1.對(duì)功的理解對(duì)功的理解(1)兩個(gè)決定因素兩個(gè)決定因素作用在物體上的外力；作用在物體上的外力；物體在力的方向上的位移。物體在力的方向上的位移。(2)

9、功是力在空間上的積累效應(yīng)，它總是與一個(gè)過(guò)程相聯(lián)系。因此，功是一個(gè)過(guò)程功是力在空間上的積累效應(yīng)，它總是與一個(gè)過(guò)程相聯(lián)系。因此，功是一個(gè)過(guò)程量。計(jì)算功時(shí)，一定要明確是哪個(gè)力在哪一過(guò)程中對(duì)物體做的功。量。計(jì)算功時(shí)，一定要明確是哪個(gè)力在哪一過(guò)程中對(duì)物體做的功。2.對(duì)公式對(duì)公式WFxcos 的理解的理解(1)WFxcos 可理解為功等于力可理解為功等于力F與沿力與沿力F方向的位移方向的位移xcos 的乘積。的乘積。(2)WFcos x，也可理解為功等于沿位移方向的分力，也可理解為功等于沿位移方向的分力Fcos 與位移與位移x的乘積。的乘積。(3)適用條件：公式適用條件：公式WFxcos 只適用于計(jì)算恒力

10、做功，假設(shè)是變力做功，此公式只適用于計(jì)算恒力做功，假設(shè)是變力做功，此公式不再適用。不再適用。3.正功和負(fù)功的物理意義正功和負(fù)功的物理意義功是標(biāo)量，只有大小沒(méi)有方向，功的正、負(fù)既不表示功有方向，也不表示功的數(shù)值功是標(biāo)量，只有大小沒(méi)有方向，功的正、負(fù)既不表示功有方向，也不表示功的數(shù)值大小。正功和負(fù)功只表示兩種相反的做成效果，功的正、負(fù)有如下含義：大小。正功和負(fù)功只表示兩種相反的做成效果，功的正、負(fù)有如下含義： 意義意義動(dòng)力學(xué)角度動(dòng)力學(xué)角度能量角度能量角度正功正功力對(duì)物體做正功，這個(gè)力對(duì)物體來(lái)說(shuō)是動(dòng)力對(duì)物體做正功，這個(gè)力對(duì)物體來(lái)說(shuō)是動(dòng)力力力是對(duì)物體做正功，向物體提供能量，即力是對(duì)物體做正功，向物體提

11、供能量，即受力物體獲得了能量受力物體獲得了能量負(fù)功負(fù)功力對(duì)物體做負(fù)功，這個(gè)力對(duì)物體來(lái)說(shuō)是阻力對(duì)物體做負(fù)功，這個(gè)力對(duì)物體來(lái)說(shuō)是阻力，對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)起阻礙作用力，對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)起阻礙作用物體克服外力做功，向外輸出能量物體克服外力做功，向外輸出能量(以消以消耗自身能量為代價(jià)耗自身能量為代價(jià))，即負(fù)功表示物體失，即負(fù)功表示物體失去了能量去了能量說(shuō)明說(shuō)明不能把負(fù)功的負(fù)號(hào)理解為力與位移方向相反，更不能錯(cuò)誤地認(rèn)為功是矢量，一個(gè)不能把負(fù)功的負(fù)號(hào)理解為力與位移方向相反，更不能錯(cuò)誤地認(rèn)為功是矢量，一個(gè)力對(duì)物體做了負(fù)功，常常說(shuō)成物體克服這個(gè)力做了正功，即力力對(duì)物體做了負(fù)功，常常說(shuō)成物體克服這個(gè)力做了正功，即力F做負(fù)功等

12、效于物體克做負(fù)功等效于物體克服力服力F做了正功。做功的過(guò)程就是能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程做了正功。做功的過(guò)程就是能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程比較做功多少時(shí)，只比較功的絕對(duì)值，不看功的正、負(fù)，例如比較做功多少時(shí)，只比較功的絕對(duì)值，不看功的正、負(fù)，例如8 J的功要比的功要比5 J的的功多功多試題案例試題案例例例1 如圖如圖2所示，物體在力的作用下在水平面上發(fā)生一段位移所示，物體在力的作用下在水平面上發(fā)生一段位移x，試分別計(jì)算這四種情，試分別計(jì)算這四種情況下力況下力F對(duì)物體所做的功。設(shè)在這四種情況下力對(duì)物體所做的功。設(shè)在這四種情況下力F和位移和位移x的大小都一樣：的大小都一樣：F10 N，x1 m，角，角的大小如下圖，分別說(shuō)

13、明每種情況下力的大小如下圖，分別說(shuō)明每種情況下力F做功的正負(fù)，并求出功。做功的正負(fù)，并求出功。圖圖2答案答案見(jiàn)解析見(jiàn)解析針對(duì)訓(xùn)練針對(duì)訓(xùn)練1 (2021煙臺(tái)高一檢測(cè)煙臺(tái)高一檢測(cè))如圖如圖3所示，在向右做勻減所示，在向右做勻減速運(yùn)動(dòng)的車(chē)廂內(nèi)，一人用力向前推車(chē)廂，該人與車(chē)廂始終速運(yùn)動(dòng)的車(chē)廂內(nèi)，一人用力向前推車(chē)廂，該人與車(chē)廂始終保持相對(duì)靜止。那么以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是保持相對(duì)靜止。那么以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是()A.人對(duì)車(chē)廂的推力不做功人對(duì)車(chē)廂的推力不做功B.人對(duì)車(chē)廂的推力做負(fù)功人對(duì)車(chē)廂的推力做負(fù)功C.車(chē)廂對(duì)人的作用力做正功車(chē)廂對(duì)人的作用力做正功D.車(chē)廂對(duì)人的作用力做負(fù)功車(chē)廂對(duì)人的作用力做負(fù)功圖圖3解析

14、人對(duì)車(chē)廂的推力方向向右，與車(chē)廂的位移方向一樣，人對(duì)車(chē)廂的推力做正功，解析人對(duì)車(chē)廂的推力方向向右，與車(chē)廂的位移方向一樣，人對(duì)車(chē)廂的推力做正功，選項(xiàng)選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；人隨車(chē)廂一起向右減速，人運(yùn)動(dòng)的加速度方向向左，根據(jù)牛頓第二錯(cuò)誤；人隨車(chē)廂一起向右減速，人運(yùn)動(dòng)的加速度方向向左，根據(jù)牛頓第二定律知車(chē)廂對(duì)人的水平作用力的方向向左，與車(chē)的位移方向相反，車(chē)廂對(duì)人的作用力定律知車(chē)廂對(duì)人的水平作用力的方向向左，與車(chē)的位移方向相反，車(chē)廂對(duì)人的作用力做負(fù)功，選項(xiàng)做負(fù)功，選項(xiàng)D正確，正確，C錯(cuò)誤。錯(cuò)誤。答案答案D觀(guān)察探究觀(guān)察探究如圖如圖4所示，坐在雪橇上的人與雪橇的總質(zhì)量為所示，坐在雪橇上的人與雪橇的總質(zhì)量為m，在與水

15、平面，在與水平面成成角的恒定拉力角的恒定拉力F作用下，沿水平地面向右移動(dòng)了一段距離作用下，沿水平地面向右移動(dòng)了一段距離x。雪橇做勻加速運(yùn)動(dòng)，合力做什么功？雪橇做勻減速運(yùn)動(dòng)，合力雪橇做勻加速運(yùn)動(dòng)，合力做什么功？雪橇做勻減速運(yùn)動(dòng)，合力做什么功？怎樣求合力的功？做什么功？怎樣求合力的功？總功的求解思路總功的求解思路圖圖4答案答案雪橇做勻加速運(yùn)動(dòng)，合力做正功。雪橇做勻減速運(yùn)動(dòng)，合力做負(fù)功。合雪橇做勻加速運(yùn)動(dòng)，合力做正功。雪橇做勻減速運(yùn)動(dòng)，合力做負(fù)功。合力的功等于拉力力的功等于拉力F做的功與摩擦力做的功的代數(shù)和，或者等于拉力和摩擦力的合做的功與摩擦力做的功的代數(shù)和，或者等于拉力和摩擦力的合力做的功。力做

16、的功。探究歸納探究歸納求合力做功的兩種方法求合力做功的兩種方法由合力與分力的等效替代關(guān)系知，合力與分力做功也是可以等效替代的，因此計(jì)算合由合力與分力的等效替代關(guān)系知，合力與分力做功也是可以等效替代的，因此計(jì)算合力的功有兩種方法：力的功有兩種方法：(1)先求物體所受的合力，再根據(jù)公式先求物體所受的合力，再根據(jù)公式W合合F合合x(chóng)cos 求合力的功。求合力的功。(此法適用于合力恒此法適用于合力恒定的情況。定的情況。)(2)先根據(jù)先根據(jù)WFxcos ，求每個(gè)分力做的功，求每個(gè)分力做的功W1、W2Wn，再根據(jù)，再根據(jù)W合合W1W2Wn，求合力的功，即合力做的功等于各個(gè)力做功的代數(shù)和。，求合力的功，即合力

17、做的功等于各個(gè)力做功的代數(shù)和。(此法適用于任何情況。此法適用于任何情況。)試題案例試題案例例例2 (2021洛陽(yáng)高一檢測(cè)洛陽(yáng)高一檢測(cè))一個(gè)質(zhì)量一個(gè)質(zhì)量m2 kg的物體，受到與水平方向成的物體，受到與水平方向成37角斜向上角斜向上方的力方的力F10 N作用，在水平地面上移動(dòng)的距離作用，在水平地面上移動(dòng)的距離x2 m，物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)，物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為為0.3，g取取10 m/s2，求外力對(duì)物體所做的總功。，求外力對(duì)物體所做的總功。(cos 370.8，sin 370.6)圖圖5解析解析物體受到的摩擦力為物體受到的摩擦力為fN(mgFsin 37)0.3(210100.6) N4

18、.2 N法一：法一：先求合力，再求總功先求合力，再求總功物體受到的合力為物體受到的合力為F合合Fcos 37f100.8 N4.2 N3.8 N所以所以WF合合x(chóng)3.82 J7.6 J。法二：法二：先求各力做的功，再求總功先求各力做的功，再求總功拉力拉力F對(duì)物體所做的功為對(duì)物體所做的功為W1Fxcos 371020.8 J16 J摩擦力摩擦力f對(duì)物體所做的功為對(duì)物體所做的功為W2fxcos 1804.22 J8.4 J由于重力、支持力對(duì)物體不做功，故外力對(duì)物體所做的總功由于重力、支持力對(duì)物體不做功，故外力對(duì)物體所做的總功W等于等于W1和和W2的代數(shù)和的代數(shù)和所以所以WW1W27.6 J。答案答

19、案7.6 J求合力功的兩種方法選擇求合力功的兩種方法選擇(1)如果物體處于平衡狀態(tài)或某一方向受力平衡如果物體處于平衡狀態(tài)或某一方向受力平衡(合力等于零合力等于零)，或者物體在某一，或者物體在某一方向上做勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)方向上做勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)(合力等于合力等于ma)，先求合力再求功的方法更簡(jiǎn)捷。此法，先求合力再求功的方法更簡(jiǎn)捷。此法僅適用于幾個(gè)力同時(shí)作用于物體上，且合力恒定的情況。僅適用于幾個(gè)力同時(shí)作用于物體上，且合力恒定的情況。(2)如果物體所受的力中有的不做功，有的做功且方便求得該力的功時(shí)，選擇如果物體所受的力中有的不做功，有的做功且方便求得該力的功時(shí)，選擇W合合W1W2Wn簡(jiǎn)單方便。此法既適用于幾個(gè)力同時(shí)作用，還適用于幾個(gè)簡(jiǎn)單方便。此法既適用于幾個(gè)力同時(shí)作用，還適用于幾個(gè)力作用時(shí)間有先后的情況。力作用時(shí)間有先后的情況。針對(duì)訓(xùn)練針對(duì)訓(xùn)練2 如圖如圖6所示，質(zhì)量為所示，質(zhì)量為m的物體靜止于傾角為的物體靜止于傾角為的斜面的斜面上，當(dāng)斜面體受力上，當(dāng)斜面體受力F作