2022-2023年粵教版(2019)新教材高中物理必修2 第4章機(jī)械能及其守恒定律第1節(jié)功課件

第一節(jié)功1．功的概念和公式功、正功和負(fù)功沿力的方向的位移概念物體在力的作用下____________________發(fā)生了變化,那么這個(gè)力一定對(duì)物體做了功因素(1)力；(2)物體在__________上發(fā)生了位移公式(1)力F與位移s同向時(shí)：W＝______(2)力F與位移s有夾角α?xí)r：W＝________力的方向FsFscosα2．正功和負(fù)功功有正、負(fù)之分,但功是________(選填“標(biāo)量”或“矢量”),功的正、負(fù)只表示是動(dòng)力做功還是阻力做功．力的大小符號(hào)含義其中F、s、cosα分別表示______________、____________、力與位移夾角的余弦符號(hào)單位F的單位是________,s的單位是________,W的單位是________位移大小NmJ標(biāo)量3．正功和負(fù)功的判斷W>0W＝0W<04．總功的計(jì)算(1)W合＝____________(α為F合與位移s的夾角)．(2)W合＝W1＋W2＋…＋Wn(即總功為各個(gè)分力所做功的__________)．F合scosα代數(shù)和【答案】不一定,還要看力與位移是否垂直．物體受力的同時(shí)又有位移發(fā)生,那么力一定做功嗎？【答案】D【解析】根據(jù)W＝Fscosθ,得W＝Fscosα,D正確．如果物體在幾個(gè)力作用下發(fā)生一段位移,如何求這幾個(gè)力對(duì)物體做的功？如圖所示,物體在各個(gè)力的共同作用下移動(dòng)了一段距離l,探究以下問題：功的計(jì)算和正功、負(fù)功的判斷(1)求各個(gè)力對(duì)物體做的功是多少？各個(gè)力對(duì)物體做功的代數(shù)和是多少？(2)物體所受的合力是多少？合力做的功是多少？(3)物體所受的各力均做功,合力是否一定做功？【答案】(1)WF＝Flcosα,WN＝Nlcos90°＝0,WG＝Glcos90°＝0,Wf＝Fflcos180°＝－Ffl,W＝WF＋WN＋WG＋Wf＝(Fcosα－Ff)l.(2)F合＝Fcosα－Ff,W合＝F合lcos0°＝(Fcosα－Ff)l.(3)不一定,F合＝0時(shí)W＝0.2.合力做功的求法(1)先求各力做功,再求代數(shù)和：W總＝W1＋W2＋…＋Wn,式中W1、W2、…、Wn分別表示為F1、F2、…、Fn對(duì)物體所做的功．(2)先根據(jù)力的合成法則求合力,再求合力的功：W總＝F合lcosα,公式中F合為n個(gè)力F1、F2、…、Fn的合力,l為物體的位移,α為F合與位移l的夾角,僅適用于受力恒定的情況．精練1

如圖所示,質(zhì)量為m的物體靜止于傾角為α的斜面上,當(dāng)斜面受力后,物體隨斜面一起沿水平面勻速移動(dòng)距離l.(1)求物體所受各力對(duì)物體做的功分別是多少？(2)斜面對(duì)物體做的功是多少？(3)合外力對(duì)物體做的功是多少？【答案】(1)見解析(2)0

(3)0變式1如圖所示,一輕桿一端固定一小球,繞另一端O點(diǎn)在豎直面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),在小球運(yùn)動(dòng)過程中,輕桿對(duì)它的作用力 (

)A．方向始終沿桿指向O點(diǎn)B．一直不做功C．從最高點(diǎn)到最低點(diǎn),一直做負(fù)功D．從最高點(diǎn)到最低點(diǎn),先做負(fù)功再做正功【答案】C【解析】小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),合力提供向心力,方向始終沿桿指向O點(diǎn),小球受重力和桿的作用力,所以桿的作用力不一定沿桿指向O點(diǎn),故A錯(cuò)誤；小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),合力做功為零,從最高點(diǎn)到最低點(diǎn),重力做正功,所以桿一直做負(fù)功,故B、D錯(cuò)誤,C正確．(1)求恒力做功時(shí),要先對(duì)物體進(jìn)行受力分析,求出力的大小和方向,然后再應(yīng)用功的公式求解．(2)求合力的功時(shí),可以先求合力再求功,也可以先求各力做的功,再求各力做功的代數(shù)和．如圖所示,一輛拖車通過光滑定滑輪將一重物G勻速提升,當(dāng)拖車從A點(diǎn)水平移動(dòng)到B點(diǎn)時(shí),位移為s,繩子由豎直方向變?yōu)榕c豎直方向成θ角．變力做功的幾種求法(1)拖車對(duì)繩子的拉力是恒力還是變力？(2)能否直接根據(jù)W＝Fscosθ,求此過程中拖車對(duì)繩子所做的功？(3)是否有其他的方法求此過程中拖車對(duì)繩子所做的功？【答案】(1)變力．(2)不能．(3)拖車對(duì)繩子所做的功與繩子對(duì)物體所做的功大小相等．2．圖像法變力做的功W可用F-s圖線與s軸所圍成的面積表示．s軸上方的面積表示力對(duì)物體做正功的多少,s軸下方的面積表示力對(duì)物體做的負(fù)功．3．分段法(或微元法)當(dāng)力的大小不變,力的方向時(shí)刻與速度同向(或反向)時(shí),把物體的運(yùn)動(dòng)過程分為很多小段,這樣每一小段可以看成直線,先求力在每一小段上的功,再求和,總功W＝Fs路或W＝－Fs路．4．等效替換法若判斷出某一變力做功和某一恒力做功相等,則可以求出恒力做的功來替代變力做的功．精練2一列火車質(zhì)量為1.0×105

kg,從靜止開始運(yùn)動(dòng),其阻力為車重的0.05倍,其牽引力的大小與火車前進(jìn)的距離是線性關(guān)系,且F＝103x＋f0(f0是火車所受的阻力)．當(dāng)此火車前進(jìn)100m時(shí),牽引力所做的功是多少？(g取10m/s2)【答案】1×107J變式2如圖所示,某人用力F轉(zhuǎn)動(dòng)半徑為R的磨盤,力F的大小不變,且力的方向始終與力的作用點(diǎn)的切線一致,則在轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過程中,力F做功為

(

)A．0

B．F(2πR)C．FR D．－F(2πR)【答案】B【解析】在轉(zhuǎn)動(dòng)磨盤一周的過程中,力F的方向時(shí)刻變化,但每一瞬時(shí)力F總是與該瞬時(shí)的速度同向(切線方向),即轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過的每段極小位移Δs1,Δs2,Δs3,…,都與當(dāng)時(shí)的力F方向同向,因而在轉(zhuǎn)動(dòng)一周過程中,力F做的功應(yīng)等于在各極小位移段所做功的代數(shù)和,即W＝FΔs1＋FΔs2＋FΔs3＋FΔs4＋…＋FΔsn＝F(Δs1＋Δs2＋Δs3＋Δs4＋…＋Δsn)＝F×2πR,所以B正確．(1)功與能是相同的概念嗎？(2)功和能量的變化有什么關(guān)系？【答案】(1)功和能是兩個(gè)不同的物理量．能總是與物質(zhì)的一定運(yùn)動(dòng)形式相對(duì)應(yīng),由運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)所決定的物理量．狀態(tài)與能量相對(duì)應(yīng)．而功則是力對(duì)空間的積累效應(yīng),對(duì)應(yīng)著一個(gè)過程,過程有始有末,意味著狀態(tài)變化．(2)功是能量轉(zhuǎn)化的量度．探究做功與能量變化的關(guān)系精練3一根木棒在外力作用下,沿水平桌面勻速?gòu)腁運(yùn)動(dòng)到B,如圖所示．若棒與桌面間的摩擦力為F,則系統(tǒng)消耗的能量和因摩擦轉(zhuǎn)化的內(nèi)能分別為

(

)A．Fs,Fs B．Fs,－FsC．0,Fs D．－Fs,0【答案】A【解析】木棒沿水平桌面從A運(yùn)動(dòng)到B的過程中,滑動(dòng)摩擦力F等于恒力F′,桌面對(duì)棒的摩擦力做的功為－Fs.因勻速運(yùn)動(dòng),恒力與摩擦力做功相等,所以系統(tǒng)消耗的能量和因摩擦轉(zhuǎn)化的內(nèi)能均為Fs,故A正確．變式3如圖所示,滑雪者由靜止開始沿斜坡從A點(diǎn)自由滑下,然后在水平面上前進(jìn)至B點(diǎn)停下．已知斜坡、水平面與滑雪板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ,滑雪者(包括滑雪板)的質(zhì)量為m,A、B兩點(diǎn)間的水平距離為L(zhǎng).在滑雪者經(jīng)過AB段的過程中,因摩擦力所做功轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的大小為

(

)A．大于μmgLB．小于μmgLC．等于μmgLD．以上三種情況都有可能【答案】C【解析】設(shè)水平部分的長(zhǎng)度為x1,斜坡的長(zhǎng)度為x2,斜坡與水平面的夾角為θ,則下滑的過程中摩擦力做功為W＝μmgx1＋μmgcosθ·x2＝μmg(x1＋x2cosθ)＝μmgL.摩擦力做功的特點(diǎn)類型靜摩擦力滑動(dòng)摩擦力對(duì)單個(gè)物體做功既可以做正功,也可以做負(fù)功,還可以不做功既可以做正功,也可以做負(fù)功,還可以不做功類型靜摩擦力滑動(dòng)摩擦力能量的轉(zhuǎn)化在靜摩擦力做功的過程中,只有機(jī)械能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體(靜摩擦力起著傳遞機(jī)械能的作用)而沒有機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能相互摩擦的物體通過滑動(dòng)摩擦力做功,將部分機(jī)械能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體,同時(shí)有部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,此部分能量就是系統(tǒng)機(jī)械能的損失量類型靜摩擦力滑動(dòng)摩擦力一對(duì)相互作用的摩擦力做的總功一對(duì)相互作用的靜摩擦力所做功的代數(shù)和等于零一對(duì)相互作用的滑動(dòng)摩擦力對(duì)物體系統(tǒng)所做的總功是負(fù)值,等于摩擦力與相對(duì)路程的乘積,即Wf＝－Ff·s相對(duì),說明物體克服摩擦力做功,系統(tǒng)損失的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能類型靜摩擦力滑動(dòng)摩擦力認(rèn)識(shí)誤區(qū)例如人走路、起跑、爬竿等情況,靜摩擦力并未在施力的過程中有位移的積累,所以這三種情況下靜摩擦力都是沒有做功的斜面模型中滑動(dòng)摩擦力做功與斜面傾角無關(guān),只與斜面在水平方向的投影位移和摩擦系數(shù)有關(guān),即Wf＝fs＝μmgscosθ＝μmgx水平核心素養(yǎng)微專題科學(xué)思維——傳送帶做功模型分析如圖所示,將工件放在傳送帶上,傳送帶勻速運(yùn)動(dòng),由于工件受摩擦力作用而被傳遞到右端．若工件和傳送帶相對(duì)靜止,則涉及靜摩擦力做功,若工件和傳送帶有相對(duì)滑動(dòng),則涉及滑動(dòng)摩擦力做功．專練某快遞公司分揀郵件的水平傳輸裝置示意圖如圖所示,皮帶在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下保持v＝1m/s的恒定速度向右運(yùn)動(dòng),現(xiàn)將一質(zhì)量m＝2kg的郵件輕放在皮帶上,郵件和皮帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.5.設(shè)皮帶足夠長(zhǎng),g取10m/s2,在郵件與皮帶發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的過程中,求：(1)郵件滑動(dòng)的時(shí)間t.(2)郵件對(duì)地的位移大小x.(3)郵件與皮帶間的摩擦力對(duì)皮帶做的功W.【答案】(1)0.2s

(2)0.1m

(3)－2J【解析】(1)設(shè)郵件放到皮帶上與皮帶發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的過程中受到的滑動(dòng)摩擦力為F,則F＝μmg.根據(jù)牛頓第二定律,有F＝ma.又v＝at,解得t＝0.2s.1．用水平恒力F作用于質(zhì)量為M的物體,使之在光滑的水平面上沿力的方向移動(dòng)距離l,恒力做功為W1；再用該恒力作用于質(zhì)量為m(m<M)的物體上,使之在粗糙的水平面上移動(dòng)同樣的距離l,恒力做功為W2,則兩次恒力做功的關(guān)系是

(

)A．W1>W2

B．W1<W2C．W1＝W2

D．無法判斷【答案】C【解析】根據(jù)功的定義,力F所做的功只與力F的大小及物體在力F的方向上發(fā)生的位移的大小有關(guān),不需考慮其他力的影響,因兩次做功的恒力相同,位移也相同,所以做功相同．2．如圖所示,用水平力F拉著重為100N的物體,在水平地面上向左勻速移動(dòng)了5m,物體所受地面的摩擦力大小為20N,則 (

)A．重力做的功是500JB．拉力做的功為100JC．拉力大小為120ND．拉力大小為100N【答案】B【解析】重力方向上沒有位移,所以重力不