第1節(jié)　功與功率 教學(xué)課件

物理第八章機械能守恒定律第1節(jié)功與功率01必備知識素養(yǎng)奠基02關(guān)鍵能力素養(yǎng)形成03分層演練素養(yǎng)達標(biāo)知識點1功1．定義：一個物體受到力的作用，并在_____________上發(fā)生了一段位移，這個力就對物體做了功．2．公式：W＝____________，其中F、l、α分別為____________、位移的大小、_______________________．3．單位：國際單位制中，功的單位是______，符號是______．力的方向Flcos

α力的大小力與位移方向的夾角焦耳J>正<克服02．總功的計算當(dāng)一個物體在幾個力的共同作用下發(fā)生一段位移時，這幾個力對物體所做的總功等于：(1)各個分力分別對物體所做功的____________．(2)幾個力的______對物體所做的功．代數(shù)和合力[判一判]1．(1)汽車沿斜坡向上加速行駛時，牽引力對汽車一定做功．(

)(2)力F1做功10J，力F2做功－20J，則F1比F2做功多．(

)(3)功有正負，說明功是矢量，因此總功是所有外力做功的矢量和．(

)√××[想一想]1．假設(shè)教材圖8.1－2乙中F拉小車做功100J，丙中F拉小車做功－120J．于是一同學(xué)說，乙中F做正功，所以乙中F做功多，這個同學(xué)的說法對嗎？提示：不對．功是標(biāo)量，做功的正負僅表示是動力做功還是阻力做功，不表示做功的多少．故丙中F做功多，該同學(xué)的說法錯誤．知識點3功率1．定義：功W與完成這些功所用____________的比值．2．公式：P＝______．單位：______，簡稱______，符號______．3．意義：功率是表示物體____________的物理量．4．功率是______(填“標(biāo)”或“矢”)量．時間t瓦特瓦W做功快慢標(biāo)知識點4功率與速度1．功率與速度關(guān)系式：P＝______(F與v方向相同)．2．應(yīng)用：由功率速度關(guān)系知，汽車、火車等交通工具和各種起重機械，當(dāng)發(fā)動機的功率P一定時，要增大牽引力，就要______速度；但要提高速度和增大牽引力，必須提高發(fā)動機的____________．Fv減小額定功率[判一判]2．(1)力對物體做功越快，力的功率一定越大．(

)(2)發(fā)動機不能在實際功率等于額定功率情況下長時間工作．(

)(3)汽車爬坡時常常需要換高速擋．(

)√××[想一想]2．從P＝Fv可以看出，汽車、火車等交通工具和各種起重機械，當(dāng)發(fā)動機的輸出功率P一定時，牽引力F與速度v成反比．你認為應(yīng)該怎樣增大它們的牽引力呢？1．(對功的理解)關(guān)于功，下列說法中正確的是(

)A．凡是發(fā)生了位移的物體，一定有力對它做功B．凡是受力作用的物體，一定有力對它做功C．凡是既受力又發(fā)生了位移的物體，一定有力對它做功D．凡是物體在所受力的方向上發(fā)生了位移，這個力一定對它做了功√解析：若一個物體不受任何外力，做勻速直線運動，那么此物體有位移但沒有力對它做功，故A錯誤；若一個物體靜止放在桌上，它受重力和桌面的支持力的作用，由于沒發(fā)生運動，無位移，重力和支持力顯然沒有做功，故B錯誤；若一個物體在光滑水平桌面上做勻速直線運動，它只受到重力和桌面的支持力作用，重力和支持力顯然沒有做功，但物體有位移，故C錯誤；力對物體做功的條件：①有力，②沿力的方向上發(fā)生位移；兩個條件同時滿足則力就對物體做功，故D正確．2．(功的理解和正負功的判斷)關(guān)于一對作用力和反作用力做功的情況，下列說法中正確的是(

)A．若其中一個力做正功，另一個力必做負功B．一對作用力和反作用力做功的代數(shù)和一定為零C．這兩個力可能同時做正功，也可能同時做負功D．一對作用力和反作用力做的功一定是大小相等，方向相反√解析：作用力和反作用力是作用在兩個相互作用的物體上的，作用力和反作用力可以同時做正功，也可以同時做負功，還可以作用力做正功，反作用力做正功、負功或者不做功，另外功是標(biāo)量，沒有方向．√√√4．(功率的計算)某同學(xué)參加引體向上測試，在20s內(nèi)完成10次標(biāo)準(zhǔn)動作，每次引體向上的高度約為50cm，則此過程中該同學(xué)克服重力做功的平均功率最接近于(g取10m/s2)(

)A．0

B．150WC．450W D．750W√探究一對功的理解【情景導(dǎo)入】

物理學(xué)中的“做功”與日常生活中的“做工”一樣嗎？提示：物理學(xué)中的“做功”必須滿足做功的兩個必要條件：①有力作用在物體上；②在力的方向上發(fā)生了一段位移．日常生活中的“做工”泛指一切消耗腦力或體力的過程．因此“做工”不一定“做功”，但“做功”一定“做工”.1．對公式W＝Flcosα的理解(1)某一恒力F對物體做的功，只與F、l、α有關(guān)，與物體的運動狀態(tài)及物體是否還受其他作用力等因素?zé)o關(guān)．(2)功是標(biāo)量，沒有方向，但是有正負．(3)公式W＝Flcosα適用于計算恒力做功，若是變力，此公式不再適用．【例1】如圖所示，人站在電動扶梯的水平臺階上，假如人與扶梯一起勻加速向上運動，在這個過程中人腳所受的靜摩擦力(

)A．等于零，對人不做功B．水平向左，對人不做功C．水平向右，對人做正功D．沿斜面向上，對人做正功√[解析]

人與扶梯一起勻加速斜向上運動，人的腳所受的靜摩擦力水平向右，與位移方向成銳角，靜摩擦力做正功，故C正確．【例2】(多選)如圖所示，質(zhì)量為m的物體置于傾角為θ的斜面上，物體與斜面間的動摩擦因數(shù)為μ，在外力F作用下，斜面沿水平方向向右做勻速運動，運動中物體與斜面體相對靜止．則下列關(guān)于斜面對物體的支持力和摩擦力的說法中正確的是(

)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．支持力與摩擦力做的總功為0√√[解析]

物體隨斜面勻速運動時，物體受重力、支持力和靜摩擦力作用，如圖所示．根據(jù)平衡條件，F(xiàn)N、Ff的合力與重力等大反向．FN、Ff的合力與位移方向垂直，不做功；摩擦力方向與位移方向的夾角為銳角，做正功；支持力方向與位移方向的夾角為鈍角，做負功．[針對訓(xùn)練1]如圖所示，拖著舊橡膠輪胎跑是身體耐力訓(xùn)練的一種有效方法．如果某受訓(xùn)者拖著輪胎在水平直道上跑了100m，那么下列說法正確的是(

)A．輪胎所受的支持力不做功B．重力對輪胎做負功C．繩子的拉力對輪胎不做功D．地面對輪胎的摩擦力不做功√解析：輪胎做直線運動，支持力方向與運動方向垂直，輪胎所受的支持力不做功，故A正確；輪胎所受的重力豎直向下，而輪胎的位移方向為水平方向，則輪胎在豎直方向沒有發(fā)生位移，重力不做功，故B錯誤；設(shè)拉力與水平方向的夾角為α，由于α是銳角，所以輪胎受到的拉力做正功，故C錯誤；地面對輪胎的摩擦力的方向向左，與輪胎運動的方向相反，所以地面對輪胎的摩擦力做負功，故D錯誤．[針對訓(xùn)練2]下列關(guān)于摩擦力做功的敘述中正確的是(

)A．靜摩擦力對物體一定不做功B．滑動摩擦力對物體一定做負功C．一對靜摩擦力中，一個做正功，另一個一定做負功D．一對滑動摩擦力中，一個做負功，另一個一定做正功√解析：靜摩擦力可以做功，如傳送帶傳送物體、自動扶梯等，故A錯誤；滑動摩擦力可以做正功，只要滑動摩擦力與物體運動方向相同即可，如小物塊輕輕放在勻速運動的傳送帶上，小物塊相對于傳送帶運動，滑動摩擦力充當(dāng)動力，傳送帶對小物塊的摩擦力做正功，故B錯誤；一對靜摩擦力作用的物體間無相對滑動，故位移始終相等，而二力大小相等、方向相反，故一個做正功，則另一個一定做負功，故C正確；一對滑動摩擦力做功有以下幾種情況：a.一個不做功，一個做負功：比如兩個重疊的木塊，上面的木塊用彈簧系在墻面上，用力拉下面的木塊(此木塊足夠長)，待其穩(wěn)定后，摩擦力對上面的木塊不做功，對下面的木塊做負功；b.兩個都做負功：兩個重疊的長木板，一個力拉上面的木板，一個力拉下面的木板，力的方向相反，摩擦力對兩木板都做負功；c.一個做正功，一個做負功：將物體無初速度地放到移動的傳送帶上，摩擦力對傳送帶做負功，對物體做正功，故D錯誤．探究二恒力做功的分析與計算【情景導(dǎo)入】如圖所示，坐在雪橇上的人與雪橇的總質(zhì)量為m，在與水平面成θ角的恒定拉力F作用下，沿水平地面向右移動了一段距離l.

雪橇做勻加速運動，合力做什么功？雪橇做勻減速運動，合力做什么功？怎樣求合力的功？提示：雪橇做勻加速運動，合力做正功．雪橇做勻減速運動，合力做負功．合力的功等于拉力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力做的功．1．恒力做功的求法一個恒力F對物體做功W＝Flcosα有兩種處理方法：(1)W等于力F乘以物體在力F方向上的分位移lcosα，即物體的位移分解為沿F方向上和垂直于F方向上的兩個分位移l1和l2，則F做的功W＝Fl1＝Flcosα.(2)W等于力F在位移l方向上的分力Fcosα乘以物體的位移l，即將力F分解為沿l方向上和垂直于l方向上的兩個分力F1和F2，則F做的功W＝F1l＝Flcosα.2．計算恒力做功的基本步驟(1)找出該力的大??；(2)找出物體相對于地面的位移；(3)找出該力與位移間的夾角；(4)代入功的公式W＝Flcosα.3．總功的計算：當(dāng)物體在多個力的共同作用下發(fā)生一段位移時，合力對物體所做的功等于各分力對物體做功的代數(shù)和．故計算合力做的功有以下兩種方法：(1)先由W＝Flcosα計算各個力對物體所做的功W1、W2、W3、…然后求所有力做功的代數(shù)和，即W合＝W1＋W2＋W3＋….(2)先由力的合成或根據(jù)牛頓第二定律求出合力F合，然后由W合＝F合lcosα計算總功，此時α為F合的方向與l的方向間的夾角．注意：當(dāng)在一個過程中，幾個力作用的位移不相同時，只能用方法(1)．【例3】如圖所示，物體在力F的作用下在水平面上發(fā)生一段位移l，試分別計算這四種情況下力F對物體所做的功．設(shè)在這四種情況下力F和位移l的大小都相同：F＝10N，l＝1m，角θ的大小如圖所示，分別說明每種情況下力F做功的正負，并求出做功的大?。甗答案]

見解析【例4】如圖所示，一個質(zhì)量為m＝2kg的物體，受到與水平方向成37°角斜向上方F＝10N的力的作用，在水平地面上從靜止開始向右移動的距離為l＝2m，已知物體和地面間的動摩擦因數(shù)為0.3，g取10m/s2，求外力對物體所做的總功．(cos37°＝0.8，sin37°＝0.6)[解析]物體受到的摩擦力為：Ff＝μFN＝μ(mg－Fsin37°)＝0.3×(2×10－10×0.6)N＝4.2N法一：先求各力的功，再求總功．拉力F對物體所做的功為：W1＝Flcos37°＝10×2×0.8J＝16J摩擦力Ff對物體所做的功為：W2＝Fflcos180°＝－4.2×2J＝－8.4J由于重力、支持力對物體不做功，故外力對物體所做的總功W等于W1和W2的代數(shù)和，即W＝W1＋W2＝7.6J.法二：先求合力，再求總功．物體受到的合力為：F合＝Fcos37°－Ff＝3.8N，所以W＝F合l＝3.8×2J＝7.6J.[答案]

7.6J[針對訓(xùn)練3]如圖所示，平行于斜面向上的拉力F使質(zhì)量為m的物體勻加速沿著長為L、傾角為α的固定斜面的一端向上滑到另一端，物體與斜面間的動摩擦因數(shù)為μ.求作用在物體上的各力對物體所做的總功．解析：選物體為研究對象，其受力如圖所示：

法一：拉力F對物體所做的功為：WF＝FL重力mg對物體所做的功為：WG＝－mgLsinα摩擦力對物體所做的功為：Wf＝FfLcos180°＝－FfL＝－μmgLcosα彈力FN對物體所做的功為：WN＝FNLcos90°＝0故各力的總功為：W＝WF＋WG＋Wf＋WN＝FL－mgLsinα－μmgLcosα.法二：物體受到的合力為：F合＝F－mgsinα－Ff＝F－mgsinα－μmgcosα所以合力做的功為：W＝F合L＝FL－mgLsinα－μmgLcosα.答案：FL－mgLsinα－μmgLcosα探究三對功率的理解和計算【情景導(dǎo)入】

建筑工地上有三臺起重機將重物吊起，下表是它們的工作情況記錄：起重機編號被吊物體重力勻速上升速度上升的高度所用時間做功A2.0×103N4m/s16m4s

B4.0×103N3m/s6m2s

C1.6×103N2m/s20m10s

提示：(1)三臺起重機分別做功3.2×104J、2.4×104J、3.2×104J，所以A、C做功最多．(2)B做功最快，可以用功與所用時間的比值表示做功的快慢．(3)不一定．通過對比可以看出做功多少與做功快慢是兩個不同的概念，功率大，做功不一定多，反之亦然．2.公式P＝Fv中三個量的制約關(guān)系定值各