物理第四章 机械能及其守恒定律1 功备课ppt课件

这是一份物理第四章 机械能及其守恒定律1 功备课ppt课件，共45页。PPT课件主要包含了力的方向上，能量转化，Fxcosα，力的大小，位移的大小，力与位移，不做功，代数和，课堂回眸等内容，欢迎下载使用。

一、做功与能量转化1.概念:一个物体受到力的作用,并在___________发生了一段位移,这个力就对物体做了功.2.做功的两个因素:关于做功的因素,应选下列说法中的哪两个_____.①力的作用时间②物体的运动路程③力的大小
④物体的运动位移⑤物体在力的方向上的位移3.做功的实质:做功的过程就是_________的过程.
二、功的计算公式【情境思考】风把树上的苹果吹落,如何求恒定风力和重力对苹果做的功?如何求总功?提示:(1)风力的功等于风力乘在风力方向上产生的位移.重力的功等于重力乘下落的高度.(2)总功等于上述两个功的和.
1.公式:(1)力F与位移x同向时,W=___.(2)力F与位移x夹角为α时,W=_________.其中F、x、α分别为__________、___________和_________方向的夹角. 2.单位:国际单位制中,功的单位是_____,符号是__.
三、功的正负、合力的功1.正功和负功:
2.功的特点:(1)功是__(A.标量　B.矢量).(2)总功与分力做功的关系:总功等于各个分力分别对物体所做功的_______.
知识点一　对功的理解任务1 功的概念1.功是过程量:描述了力的作用效果在空间上的累积,它总与一个具体过程相联系.2.对公式W=Fxcsα的理解:(1)符号含义:F表示力的大小,x表示力的作用点的位移大小,α表示力和位移方向间的夹角.(2)两点说明:①公式只适用于恒力做功的计算.②公式中x一般是选取地面为参考系时物体的位移.
【问题探究】情境:如图所示,物体在升降机的斜面上随升降机一起上升,物体没有发生相对滑动.讨论:(1)物体所受重力的功和支持力的功有联系吗?提示:没有联系(2)重力的功和支持力的功与升降机的速度大小有关吗?提示:无关
【典例示范】【典例1】关于功的概念,下列说法中正确的是(　　)A.力对物体做功多,说明物体的位移一定大B.力对物体做功小,说明物体的受力一定小C.力对物体不做功,说明物体一定没有移动D.物体发生了位移,不一定有力对它做功
【解析】选D.力对物体做功多,根据W=Fxcsθ,可能是力大,也可能是力的方向上的位移大,也有可能两者都大,故A错误;力对物体做功小,根据W=Fxcsθ,可能是力小,也可能是力的方向上的位移小,也有可能两者都小,故B错误;力对物体不做功,即W=0,可能是F=0,也可能是x=0,也可能是csθ=0,故说明物体可以有位移,故C错误;根据恒力做功的表达式W=Fxcsθ判断,功的大小取决于力的大小、力的方向上的位移大小,因此物体发生了位移,不一定有力对它做功,故D正确.
任务2 功的正负的判断1.看力F与位移x的夹角α:α<90°,力做正功,α>90°,力做负功.2.看力F与速度v的夹角α:α<90°,力做正功,α>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.
【典例示范】【典例2】一物体静止在倾角为θ的斜面上,斜面沿水平方向向右匀速移动了距离x,如图所示.物体相对斜面静止,则下列说法错误的是(　　)A.重力对物体做正功B.支持力对物体做正功C.摩擦力对物体做负功D.合力对物体做功为零
【解析】选A.对物体受力分析可以知道物体受重力mg、弹力N和摩擦力f,作出力的示意图如图所示, 物体在水平方向移动,在重力方向上没有位移,所以重力对物体做功为零,故A错误;由图看出,弹力N与位移x的夹角小于90°,则弹力对物体做正功,所以B选项是正确的;摩擦力f与位移的夹角为钝角,所以摩擦力对物体做功不为零,做负功,所以C选项是正确的;物体匀速运动时,合力为零,合力对物体做功为零,所以D选项是正确的.
【素养训练】1.(多选)在加速向右行驶的车厢里一个人用力向前推车厢,如图所示,人相对车厢未移动,则(　　)A.人对车厢做正功B.人对车厢做负功C.推力对车厢做正功D.车厢对人静摩擦力做正功
【解析】选B、C、D.由于人向右加速运动,故车厢对人的力向右,由牛顿第三定律可知,人对车厢的作用力向左,力与位移方向相反,人对车厢做负功,故选项A错误,B正确;人的推力向右,而车和人又是向右运动的,推力和位移的方向相同,故推力做正功,故选项C正确;由于车厢对人的静摩擦力方向向右,力与位移方向相同,故可知车厢对人的静摩擦力做正功,故选项D正确.
2.(多选)如图所示,质量为m的物体置于倾角为θ的斜面上,物体与斜面间的动摩擦因数为μ,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正确的是(　　)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.摩擦力可能做负功
【解析】选A、C、D.由功的计算公式W=Fxcsα可知,支持力方向垂直斜面向上,与位移的方向夹角小于90°,支持力一定做正功;而摩擦力是否存在需要讨论:当加速度较小时,摩擦力Ff沿斜面向上,即agtanθ,摩擦力做正功;当a=gtanθ时,摩擦力不存在,不做功,综上所述,B是错误的.
知识点二　功的计算任务1 恒力功的求解1.恒力对物体做功W=Fxcsα的两种处理方法:(1)W等于力F乘以物体在力F方向上的分位移xcsα,即物体的位移分解为沿F方向上和垂直于F方向上的两个分位移x1和x2,则F做的功W=F·x1=Fxcsα.(2)W等于力F在位移x方向上的分力Fcsα乘以物体的位移x,即将力F分解为沿x方向上和垂直于x方向上的两个分力F1和F2,则F做的功W=F1·x=F csα·x.功的正、负可直接由力F与位移x的夹角α的大小判断.
2.求恒力功的三点注意:(1)某力对物体做功只跟这个力和物体的位移以及力与位移的夹角有关,与物体是否受其他力无关.(2)力F与位移x必须具有同时性,即x必须是力F作用过程中的位移.(3)计算功时必须明确在哪段位移过程中对哪个物体做的功.
【典例示范】【典例1】如图所示,小明用与水平方向成θ角的轻绳拉木箱,绳中张力为F,沿水平地面向右移动了一段距离l.已知木箱与地面间的动摩擦因数为μ,木箱质量为m,木箱受到的(　　)A.支持力做功为(mg-Fsinθ)lB.重力做功为mglC.拉力做功为FlcsθD.滑动摩擦力做功为-μmgl
【解析】选C.对木箱受力分析,支持力竖直向上,则支持力做功 WN=Nlcs90° =0,故A错误;重力做功 WG=mglcs90°=0,故B错误;拉力做功为 WF=Flcsθ,故C正确;木箱竖直方向受力平衡:N+Fsinθ=mg得N=mg-Fsinθ,则摩擦力 f=μN=μ(mg-Fsinθ);摩擦力做功Wf=-fl=-μ(mg-Fsinθ)l,故D错误;故选C.
任务2 总功的两种求解思路1.先求合力,再求总功:先确定物体所受的合力,再根据公式W合=F合xcs α求解合力的功.该方法适用于物体的合力不变的情况,常见的是发生位移x过程中,物体所受的各力均没有发生变化.求解流程图为:
2.先求各力的功,再求总功:先根据W=Fxcs α,求出每个分力做的功W1、W2…Wn,再根据W合=W1+W2+…+Wn,求解合力的功,即合力做的功等于各个分力做功的代数和.该方法的适用范围更广,求解流程图为:
【典例示范】【典例2】一个质量m=2 kg的物体,受到与水平方向成37°角斜向上方的力F1=10 N的作用,在水平地面上移动的距离l=2 m,物体与地面间的滑动摩擦力F2=4.2 N,求外力对物体所做的总功.(cs 37°=0.8,sin 37°=0.6)
【解析】解法一:拉力F1对物体所做的功为W1=F1lcs 37°=10×2×0.8 J=16 J 摩擦力F2对物体所做的功为W2=F2lcs 180°=-4.2×2 J=-8.4 J外力对物体所做的总功W等于W1和W2的代数和所以W=W1+W2=7.6 J解法二:物体受到的合力为F合=F1cs 37°-F2=10×0.8 N-4.2 N=3.8 N所以W=F合l=3.8×2 J=7.6 J答案:7.6 J
【素养训练】1.如图所示,人站在自动扶梯上不动,随扶梯向上匀减速运动,下列说法中正确的是(　　)A.重力对人做正功　　　　B.摩擦力对人做负功C.支持力对人不做功D.合力对人做正功
【解析】选B.人站在自动扶梯上不动,随扶梯向上匀减速运动,加速度斜向下,则人受竖直向下的重力、竖直向上的支持力和水平向左的摩擦力作用;则重力做负功,支持力做正功,摩擦力对人做负功;人的动能减小,则合力做负功,故B正确,A、C、D错误,故选B.
2.如图所示,某个力F=10 N作用在半径为R=1 m的转盘的边缘上,力F的大小保持不变,但方向保持在任何时刻均与作用点的切线一致,则转动一周这个力F做的总功为(　　) A.0　　B.20π J　　C.10 J　　D.10π J
【解析】选B.本题中力F的大小不变,但方向时刻都在变化,属于变力做功问题,可以考虑把圆周分割为很多的小段来研究.当各小段的弧长足够小时,可以认为力的方向与弧长代表的位移方向一致,故所求的总功为W=F·Δx1+F·Δx2+ F·Δx3+…=F(Δx1+Δx2+Δx3+…)=F·2πR=20π J,选项B符合题意.故答案为B.
【拓展例题】考查内容:摩擦力做功的正负【典例】如图所示,物块A、B在外力F的作用下一起沿水平地面做匀速直线运动的过程中,关于A与地面间的滑动摩擦力和A、B间的静摩擦力做功的说法,正确的是(　　)A.静摩擦力都做正功,滑动摩擦力都做负功B.静摩擦力都不做功,滑动摩擦力都做负功C.有静摩擦力做正功,有滑动摩擦力不做功D.有静摩擦力做负功,有滑动摩擦力做正功
【解析】选C.物块A、B在外力F的作用下一起沿水平地面做匀速直线运动,根据平衡条件得知,A对B的静摩擦力与拉力F平衡,地面对A的滑动摩擦力与B对A的静摩擦力平衡,则地面对A的滑动摩擦力方向向左,对A做负功,物块A对地面的滑动摩擦力不做功,A对B的静摩擦力做负功,B对A的静摩擦力做正功,因此,选项C正确,其他选项均错.
1.(多选)下列说法中正确的是(　　)A.功是矢量,正、负表示方向B.功是标量,正、负表示外力对物体做功还是物体克服外力做功C.功和能的单位都是焦耳,功和能可以相互转化D.力做功总是在某过程中完成的,所以功是一个过程量
【解析】选B、D.功有正、负之分,但功是标量,功的正、负表示外力对物体做功还是物体克服外力做功,所以B正确,A错误;功是能量转化的量度,通过做功可以使一种形式的能转化为另一种形式的能,但不能说功转化为能或能转化为功,所以C错误;力做功过程与时间或位移对应,所以功是一个过程量,所以D正确.
【加固训练】　　(多选)以下关于功和能的说法正确的是(　　)A.功是矢量,能是标量B.功和能都是标量C.功是能量转化的量度D.因为功和能的单位都是焦耳,所以功就是能【解析】选B、C.功和能都没有方向,都是标量,A错,B对.功与能只是单位相同,两者是不同的概念.做功必然伴随着能量的改变,能量改变的多少可以由做功多少来量度,C对,D错.
2.在光滑水平面、粗糙水平面和粗糙斜面上推同一物体,分别如图(A)、(B)、(C)所示.如果所用的推力相等,在物体发生相等位移的过程中,推力对物体所做的功是(　　) A.在光滑水平面上较大B.在粗糙水平面上较大C.在粗糙斜面上较大D.三次做功都是相等的
【解析】选D.虽然物体所处的情况不一样,受力情况也不一样,但是要求的只是推力所做的功.由于推力的大小相同,通过的位移也相同;根据功的定义可知三次推力所做的功相同.故选D.
3.(多选)如图所示,站在平板卡车上的人用水平力F推车,脚对车的静摩擦力向后,为f,则下列说法正确的是(　　)A.当车匀速前进时,F和f对车做的功代数和为零B.当车加速前进时,F和f对车做的功代数和为正值C.当车减速前进时,F和f对车做的功代数和为正值D.不管车如何运动,F和f对车做的功代数和均为零
【解析】选A、C.匀速运动时,车处于受力平衡状态,并且F和f大小相等方向相反,它们的位移也相同,所以F和f所做的总功为零,A正确.当车加速运动时,对人分析可知,人受到的合力向右,所以f>F;再对车分析可知,f对车做负功,而F对车做正功,所以F和f的总功为负功,所以B错误.车减速运动时,对人分析可知,人受到的合力向左,所以f4.如图,滑雪者由静止沿斜坡从A点自由滑下,然后在水平地面上前进至B点停下,已知斜坡、水平面和滑雪者之间的动摩擦因数皆为μ,滑雪者(包括滑雪板)的质量为m,A、B两点间水平距离为L,A、C之间的距离为LAC,B、C之间的距离LBC,在滑雪者经过AB段过程中,克服摩擦力做的功为(　　)A.等于μmgL　　　　　B.大于μmgLC.小于μmgLD.等于μmg(LAC+LBC)
【解析】选A.在AC段,滑雪者的摩擦力大小为:f=μmgcsθAC段克服摩擦力做的功为:WAC=μmgcsθ·LACLACcsθ=L1,即为AC段在水平方向的距离;CB段克服摩擦力做的功为:WCB=μmgLBC所以在滑雪者经过AB段运动的过程中,克服摩擦力做的功为:W=μmgL1+μmgLBC=μmgL.故选A.
5.起重机以1 m/s2的加速度将质量为1 000 kg的货物由静止匀加速地向上提升,若g取10 m/s2,则在第1 s内起重机对货物所做的功是(　　)A.500 JB.4 500 JC.6 000 JD.5 500 J【解析】选D.根据牛顿第二定律得F-mg=ma,解得F=mg+ma=1 000×(10+1) N=11 000 N;上升的位移x= at2= ×1×1 m=0.5 m,则拉力做功W=Fx=11 000×0.5 J=5 500 J,D正确.
6.如图所示,利用倾角为α的传送带把一个质量为m的木箱匀速传送L距离,这时木箱升高h,木箱和传送带始终保持相对静止.关于此过程,下列说法正确的是(　　)A.木箱克服摩擦力做功mghB.摩擦力对木箱做功为零C.摩擦力对木箱做功为μmgLcsα,其中μ为动摩擦因数D.摩擦力对木箱做功为mgh