新教材同步系列2024春高中物理第八章機(jī)械能守恒定律1功與功率課件新人教版必修第二冊

第八章機(jī)械能守恒定律①物理觀念：能理解功、功率、動能、重力勢能及機(jī)械能守恒定律的內(nèi)涵，定性了解彈性勢能；能用動能定理和機(jī)械能守恒定律等分析解釋生產(chǎn)、生活中的相關(guān)現(xiàn)象，解決一些相關(guān)的實(shí)際問題；能體會守恒觀念對認(rèn)識物理規(guī)律的重要性．具有與功和機(jī)械能相關(guān)的初步的能量觀念．②科學(xué)思維：能基于熟悉的問題情境建構(gòu)物理模型并運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解決問題，會分析機(jī)械能守恒的條件；能從機(jī)械能守恒的角度分析動力學(xué)問題，通過推理，獲得結(jié)論；能用與機(jī)械能守恒定律等相關(guān)的證據(jù)說明結(jié)論；能從不同視角解決動力學(xué)問題．③科學(xué)探究：能完成“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”等物理實(shí)驗(yàn)；能提出實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的物理問題；能在他人幫助下設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，獲取數(shù)據(jù)；能分析數(shù)據(jù)、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律；能反思實(shí)驗(yàn)過程，嘗試減小實(shí)驗(yàn)誤差；能撰寫比較完整的實(shí)驗(yàn)報告，在報告中能呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)表格及數(shù)據(jù)分析過程，嘗試?yán)脤?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行討論交流．④科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過對機(jī)械能守恒定律的驗(yàn)證，能認(rèn)識科學(xué)規(guī)律的建立需要實(shí)驗(yàn)證據(jù)的檢驗(yàn)；有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)和研究物理的興趣；能認(rèn)識機(jī)械能守恒定律對日常生活的影響．本章重點(diǎn)①功、

功率、動能、勢能的概念；②動能定理、機(jī)械能守恒定律兩個重要規(guī)律．本章難點(diǎn)①動能定理的應(yīng)用；②機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用；③能量守恒定律的應(yīng)用；④實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．1功與功率學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)法指導(dǎo)1．理解功的概念，掌握功的計(jì)算公式2．知道正功、負(fù)功及判斷方法3．理解功率的概念，能區(qū)分和計(jì)算平均功率和瞬時功率4．學(xué)會分析汽車的啟動問題1．回顧初中學(xué)過的功的相關(guān)內(nèi)容，理解功和功率等相關(guān)物理概念；通過矢量分解的方法，將力與位移不在一條直線上時功的計(jì)算轉(zhuǎn)化為初中探究過的兩種(平行、垂直)特殊情況處理2．通過實(shí)例分析，理解正功和負(fù)功、平均功率、瞬時功率、額定功率、輸出功率等含義．掌握功和功率問題的分析計(jì)算方法知識導(dǎo)圖課前·

自主預(yù)習(xí)1．功的概念和公式功、正功和負(fù)功概念物體在力的作用下_________________發(fā)生了變化，那么這個力一定對物體做了功因素(1)力；(2)物體在__________上發(fā)生的位移公式(1)力F與位移l同向時：W＝______(2)力F與位移l有夾角α?xí)r：W＝__________符號含義其中F、l、cosα分別表示____________、____________、力與位移夾角的余弦符號單位F的單位是______，l的單位是________，W的單位是________沿力方向的位移力的方向FlFlcosα力的大小位移大小NmJ2．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)只表示是動力做功還是阻力做功．請根據(jù)功的公式完成下表．正功和負(fù)功的判斷標(biāo)量W>0W＝0W<03．總功的計(jì)算總功的計(jì)算有如下方法：(1)W合＝______________(α為F合與位移l的夾角).(2)W合＝W1＋W2＋…＋Wn(即總功為各個分力所做功的__________).F合lcosα代數(shù)和物體受力的同時又有位移發(fā)生，那么力一定做功嗎？【答案】不一定，還要看力與位移是否垂直．如圖所示，一個物塊在與水平方向成α角的恒力F作用下，沿水平面向右運(yùn)動一段距離s，在此過程中，恒力F對物塊所做的功為

(

)【答案】D【解析】根據(jù)W＝Flcosθ得W＝Fscosα，選項(xiàng)D正確．1．功率的概念(1)定義：功W與完成這些功所用時間t的________．(2)定義式：__________．(3)單位：在國際單位制中，功率的單位是________，簡稱“瓦”，用W表示．(4)物理意義：功率是標(biāo)量，它是表示物體____________的物理量.功率比值瓦特做功快慢2．功率與速度(1)功率與速度關(guān)系式：P＝________(F與v方向相同).(2)推導(dǎo)：(3)在P＝Fv中，若v是平均速度，則P是平均功率；若v是瞬時速度，則P是瞬時功率．FvFlvtFv3．額定功率與實(shí)際功率按機(jī)械的工作狀態(tài)分為額定功率與實(shí)際功率，其對比如下：項(xiàng)目定義特點(diǎn)聯(lián)系額定功率發(fā)動機(jī)正常條件下長時間工作的______________不同機(jī)械額定功率可能不同，但同一機(jī)械額定功率不變?yōu)榱藱C(jī)械的安全P實(shí)≤P額實(shí)際功率發(fā)動機(jī)_________時的輸出功率同一機(jī)械實(shí)際功率隨工作情況而變最大輸出功率實(shí)際工作由于P＝Fv，那么隨著汽車速度增大，功率也會無限增大嗎？【答案】不會．汽車發(fā)動機(jī)通過變速箱將動力傳輸給運(yùn)動系統(tǒng)，一般賽車的變速箱有1擋到5擋5個逐次增高的前進(jìn)擋位，在發(fā)動機(jī)輸出功率不變時，擋位越高車速越快，加大油門可以增大發(fā)動機(jī)的輸出功率．如圖所示是賽車越野比賽時正在爬坡的情形，為了能夠順利爬上陡坡，司機(jī)應(yīng)該

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)A．撥1擋，減小油門B．撥1擋，加大油門C．撥5擋，減小油門D．撥5擋，加大油門【答案】B課堂·

重難探究1．正功、負(fù)功的意義功的計(jì)算和正、負(fù)功的判斷正功力對物體做正功，這個力對物體來說是動力負(fù)功力對物體做負(fù)功，這個力是阻力，對物體的運(yùn)動起阻礙作用，也可說物體克服阻力做功，取正值說明(1)不能把負(fù)功的負(fù)號理解為力與位移方向相反，更不能錯誤地認(rèn)為功是矢量，負(fù)功的方向與位移方向相反(2)一個力對物體做了負(fù)功，往往說成物體克服這個力做了功(取絕對值)，即力F做負(fù)功，－Fl等效于物體克服力F做功Fl2．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．例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)斜面體受力后，物體隨斜面一起沿水平面勻速移動距離l.(1)求物體所受各力對物體做的功分別是多少？(2)斜面對物體做的功是多少？(3)合外力對物體做的功是多少？解：(1)物體做勻速直線運(yùn)動，在重力G、支持力FN和摩擦力Ff這三個力的作用下處于平衡狀態(tài)，各力均為恒力，由題中物體受力分析圖可得各力的大小分別為變式1

(2023年肇慶一中期中)某校高三年級的體育生積極進(jìn)行體育學(xué)科的高考備考，體育生在體育訓(xùn)練中拖著舊橡膠輪胎跑步是身體耐力訓(xùn)練的一種有效方法(如圖).如果體育生拖著輪胎在水平直道上跑了200m，那么下列說法正確的是

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)A．摩擦力對輪胎做了負(fù)功B．重力對輪胎做了正功C．拉力對輪胎不做功D．支持力對輪胎做了正功【答案】A【解析】輪胎受到地面的摩擦力方向水平向左，而位移水平向右，兩者夾角為180°，則輪胎受到地面的摩擦力對輪胎做負(fù)功，A正確；輪胎受到的重力方向豎直向下，而輪胎的位移水平向右，則輪胎在豎直方向上沒有發(fā)生位移，重力不做功，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對輪胎做正功，C錯誤；輪胎受到地面的支持力豎直向上，而輪胎的位移水平向右，則輪胎在豎直方向上沒有發(fā)生位移，支持力不做功，D錯誤．(1)求恒力做功時，要先對物體進(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，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．1．功率的定義式和推導(dǎo)式功率的理解和計(jì)算2．公式P＝Fv的應(yīng)用(1)由于表達(dá)式W＝Fl適用于力F與位移l同方向的情況，故P＝Fv適用于力F和速度v同方向的情況．(2)當(dāng)力F和速度v不在同一直線上時，也可以將力F分解為沿v方向的分力F1和垂直于v方向的分力F2，F(xiàn)2不做功，其功率為零，分力F1的功率即力F的功率；或者分解速度，用力F乘沿F方向上的分速度，故其一般表達(dá)式為P＝Fvcosα.例2

如圖所示，質(zhì)量為m＝2kg的木塊在傾角θ＝37°的足夠長斜面上由靜止開始下滑，斜面固定且木塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為μ＝0.5.已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g取10m/s2，求：(1)前2s內(nèi)重力做的功；(2)前2s內(nèi)重力的平均功率；(3)2s末重力的瞬時功率．變式2

(2023年江門一中月考)如圖所示為古代的水車，該水車周邊均勻分布著n個盛水的容器．在流水的沖力作用下，水車邊緣以速率v做勻速轉(zhuǎn)動，當(dāng)裝滿水的容器到達(dá)最高處時將水全部倒入水槽中．設(shè)每個盛水容器裝入水的質(zhì)量均為m，忽略容器裝水的過程和水車浸入水的深度．已知重力加速度為g，則水車運(yùn)水的平均功率為 (

)【答案】C計(jì)算功率應(yīng)該注意的問題(1)首先應(yīng)該明確所求的功率是平均功率還是瞬時功率，計(jì)算平均功率與瞬時功率選擇的公式不同．(2)求平均功率時，應(yīng)明確是哪一段時間內(nèi)的平均功率；求瞬時功率時，應(yīng)明確是哪一時刻的瞬時功率．(3)應(yīng)該明確是哪一個力對物體做功的功率，是動力還是阻力，是恒力還是變力等．不同情況應(yīng)選擇不同的公式．1．列車以恒定功率啟動的運(yùn)動過程所以列車達(dá)最大速度時，a＝0，F(xiàn)＝Ff，P＝Fvmax＝Ffvmax，這一啟動過程的v－t圖像如圖甲所示．列車啟動問題甲2．列車以恒定加速度啟動的運(yùn)動過程這一啟動過程的v－t圖像如圖乙所示．乙[特別提醒](1)列車以恒定功率啟動的運(yùn)動過程是加速度逐漸減小的變加速運(yùn)動．(2)列車以恒定加速度啟動的運(yùn)動過程可按兩個階段處理，即先勻加速啟動達(dá)到額定功率，再以恒定功率運(yùn)動達(dá)到最大速度．變式3

(多選)(2023年佛山實(shí)驗(yàn)中學(xué)段考)質(zhì)量m＝180kg的小型電動汽車在平直的公路上由靜止啟動，如圖甲所示為汽車運(yùn)動的速度與時間的關(guān)系，圖乙為汽車牽引力的功率與時間的關(guān)系．設(shè)汽車在運(yùn)動過程中所受阻力不變，在18s末汽車的速度恰好達(dá)到最大．重力加速度g取10m/s2，則下列說法正確的是

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)A．汽車受到的阻力為200NB．汽車的最大牽引力為900NC．汽車在做變加速運(yùn)動持續(xù)的時間為10sD．8～18s內(nèi)汽車牽引力做的功為3.6×103J【答案】BC汽車以恒定功率啟動，速度增大，牽引力減小，做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動，直到牽引力等于阻力為止；汽車以恒定加速度啟動，牽引力和阻力恒定，隨著速度增加，它的實(shí)際功率逐漸增大，直到Fv等于額定功率為止．在變力做功的過程中，當(dāng)有重力勢能、彈性勢能以及其他形式的能量參與轉(zhuǎn)化時，可以考慮用功能關(guān)系求解．因?yàn)樽龉Φ倪^程就是能量轉(zhuǎn)化的過程，并且轉(zhuǎn)化過程中能量守恒．核心素養(yǎng)應(yīng)用1．求解變力做功的常用方法變力做功的問題是一個難點(diǎn)，通過對變力做功問題的歸類討論，有利于提高學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，開拓學(xué)生解題的思路．科學(xué)思維——變力做功的計(jì)算方法方法以例說法微元法質(zhì)量為m的木塊在水平面內(nèi)做半徑為R的圓周運(yùn)動，運(yùn)動一周克服摩擦力做功Wf＝Ff·Δx1＋Ff·Δx2＋Ff·Δx3＋…＝Ff(Δx1＋Δx2＋Δx3＋…)＝Ff·2πR2．摩擦力做功的特點(diǎn)分類靜摩擦力滑動摩擦力對單個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)械能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體(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摩擦力做功，將部分機(jī)械能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，同時有部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，此部分能量就是系統(tǒng)機(jī)械能的損失量分類靜摩擦力滑動摩擦力一對相互作用的摩擦力做的總功一對相互作用的靜摩擦力所做功的代數(shù)和等于零一對相互作用的滑動摩擦力對物體系統(tǒng)所做的總功是負(fù)值，大小等于摩擦力與相對路程的乘積，即Wf＝－Ff·s相，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)能認(rèn)識誤區(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＝f·l＝μmglcosθ＝μGx水平；曲面模型滑動摩擦力做功需考慮壓力的變化例4

(2023年中山二中月考)滑板運(yùn)動是青少年喜愛的一項(xiàng)運(yùn)動，一塊滑板由板面、滑板支架和四個輪子等部分組成．如圖，一位練習(xí)者踩著滑板在水平地面上向右減速滑行，若練習(xí)者的腳受到的摩擦力為f1，腳對滑板的摩擦力為f2，下列說法正確的是 (

)A．f1做正功，f2做負(fù)功B．f1做負(fù)功，f2做正功C．f1、f2均做正功D．因?yàn)槭庆o摩擦力，f1、f2都不做功【答案】B【解析】由題意可知練習(xí)者和滑板一起向右減速滑行，即加速度方向向左，由牛頓第二定律可知，練習(xí)者的腳受到的摩擦力f1方向向左，由牛頓第三定律可知，滑板受到腳的摩擦力f2方向向右，人和滑板一起向右運(yùn)動，故練習(xí)者的腳受到的摩擦力f1做負(fù)功，腳對滑板的摩擦力f2做正功，A、C、D錯誤，B正確．例5

(2023年黔南模擬)在多年前的農(nóng)村，人們往往會選擇讓驢來拉磨把食物磨成面，假設(shè)驢對磨桿的平均拉力為600N，半徑r為0.5m，勻速轉(zhuǎn)動一周為5s，則

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)A．驢轉(zhuǎn)動一周拉力所做的功為0B．驢轉(zhuǎn)動一周拉力所做的功為600πJC．驢轉(zhuǎn)動一周向心力做功為650πJD．磨盤邊緣的線速度為0.1πm/s【答案】B小練·

隨堂鞏固1．運(yùn)輸物資的汽車以額定功率上坡時，為增大汽車的牽引力，司機(jī)應(yīng)使汽車的速度

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)A．減小

B．增大C．保持不變

D．先增大后保持不變【答案】A【解析】由P＝Fv可知，在功率一定的情況下，當(dāng)速度減小時，汽車的牽引力就會增大，此時更容易上坡，故A正確．2．一質(zhì)量5kg的物體做自由落體運(yùn)動，在下落過程中第2s內(nèi)，重力對該物體做的功為W，在第3s末重力的功率為P，g取10m/s2.下面說法正確的是

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)A．W＝750J,P＝1500WB．W＝1000J，P＝750WC．W＝1000J，P＝1500W