人教版（2019）高中物理必修第二册第八章第1节《功和功率》课件PPT

第八章机械能守恒定律任何人类活动都离不开能量。例如，现代化的生活离不开电厂供应的电能，许多现代交通离不开燃料燃烧释放的化学能，核电站能够利用原子核裂变时释放的核能，人类生活需要摄入食物中的化学能，植物的生长依赖太阳能……在长期的科学实践中，人们发现不同形式的能量可以互相转化，并且能量的转化与功的概念紧密相连。这是因为，如果在一个过程中存在做功的现象，就必然存在能量变化的现象，功的计算能够为能量的定量表达及能量的变化提供分析的基础。功和功率(第一课时)人教版（2019）第八章第1节学习目标CONTENTS理解功的概念，掌握功的计算式。知道功是标量，理解正功、负功的含义。知道几个力对物体所做的总功，是各个力分别对物体做功的代数和。功和功率起重机竖直提升重物时，重物运动的方向与力的方向一致，则力对物体做的功为力的大小与重物移动距离的乘积。更普遍的情形是物体运动的方向与力的方向不一致，例如：马拉雪橇时拉力方向和雪橇运动方向间有一个角度。这时应当怎样计算功呢？问题用分解力的方法求功用分解位移的方法求功除了分解力以外还可以分解位移:l1=lcosαl2=lsinα功力对物体所做的功，等于力的大小、位移的大小、力与位移夹角的余弦这三者的乘积。2.国际单位:焦耳（简称：焦 ——符号：J）3.功是标量，没有方向，但有正负。说明公式W=Flcosα中的l是物体(力的作用点)相对地面的位移,而不是相对于与它接触的物体的位移.求功时,应明确是“哪个力”,对应的是“哪个物体”和“哪个过程”。力F对物体做功,只跟力F的大小、位移的大小以及两者的夹角有关,而与物体受力后在这段位移的运动情况、是否还受其他力等因素无关。利用公式 W=Flcos α计算功时,力F必须是恒定的.若力F是变力,则无法直接代入公式计算功,但是,若能求出力F的平均值F则仍可利用公式 W=Flcos α计算功,只不过代人公式的不是变力F而是其平均值F。正功和负功根据公式W=Flcosα可知,力对物体是做正功还是负功,由力F和位移l的夹角α决定,如下表所示.α=π/2α＜π/2π/2＜α≤πcosα=0cosα＞0cosα＜0W = 0W＞0W＜0表示力F对物体不做功表示力F对物体做正功表示力F对物体做负功辨认力与位移的夹角方法：将力、位移矢量的箭尾移到同一个作用点上。llFl正功和负功 1. 正负不表示方向，也不表示大小。负功的物理意义:正功的物理意义:表示该力是动力；表示该力是阻力。如：－8J > 5J 2.某力做多少负功，也可说成“物体克服该力做多少功”（取绝对值）。总功上面我们分析的是物体受一个力时做功的几种情况。实际中，物体通常会受多个力的作用。当一个物体在几个力的共同作用下发生一段位移时，这几个力对物体所做的总功，是各个力分别对物体所做功的代数和。可以证明，它也就是这几个力的合力对物体所做的功。小试牛刀一个质量为150 kg 的雪橇，受到与水平方向成37°角斜向上方的拉力，大小为500 N，在水平地面上移动的距离为5 m。地面对雪橇的阻力为100 N， cos 37°＝0.8。求各力对雪橇做的总功。求解：合力对物体做的功合力对雪橇所做的总功是1500 J求总功的两种方法1.分别求出每个力所做的功，然后求出所有功的代数和。即：2.先求出物体所受的合力，然后再求出合力的功，即：W总=F合Lcosα两种摩擦力做功的比较MmMmx静摩擦力做功：在拉力F的作用下，M和m一起在光滑水平面做匀加速运动，位移为x，求摩擦力做功。 一对静摩擦力做功代数和为0；即静摩擦力做功不可能实现机械能向内能转化。F两种摩擦力做功的比较滑动摩擦力做功：m以初速度v0划上木板左端，两者在光滑水平面向前运动，恰好运动到木板右端时与木板达到共速。LV0一对滑动摩擦力做功代数和小于0；即滑动摩擦力做功实现机械能向内能转化。两种摩擦力做功的比较作用力与反作用力做功如图所示，作用力与反作用力均做正功。其中一个小车磁极反向后，作用力与反作用力均做负功。若将图中左侧小车的初速度方向反向，在刚开始的一段时间，作用力与反作用力一个做正功,一个做负功。若将图中左侧小车固定在桌面上,则作用力与反作用力一个做功,一个不做功。支持力和压力这一对作用力与反作用力均不做功。思考：作用力和反作用力做功一定是大小相等,正负相反吗?如果不是，那他们的做功情况有哪些？作用力和反作用力做功，其大小不一定相等，正负也不一定相反。课堂练习1. 图8.1-5 表示物体在力F 的作用下水平发生了一段位移l，分别计算这三种情形下力F对物体做的功。设这三种情形下力F 和位移l的大小都是一样的：F＝10 N，l＝2 m。角的大小如图所示。课堂练习2. 用起重机把质量为2.0 × 103kg的物体匀速地提高了5 m，钢绳的拉力做了多少功？重力做了多少功？这些力做的总功是多少？3. 一位质量为 60 kg 的滑雪运动员从高为10 m的斜坡自由下滑。如果运动员在下滑过程中受到的阻力为 50 N，斜坡的倾角为 30°，运动员滑至坡底的过程中，所受的几个力做的功各是多少？这些力做的总功是多少？变力做功的分析和计算——微元法质量为m的木块在水平面内做圆周运动，运动一周克服摩擦力做功Wf＝Ff·Δx1＋Ff·Δx2＋Ff·Δx3＋…＝Ff（Δx1＋Δx2＋Δx3＋…）＝Ff·2πR【典例1】　（2021·山东高考） 如图所示，粗糙程度处处相同的水平桌面上有一长为L的轻质细杆，一端可绕竖直光滑轴O转动，另一端与质量为m的小木块相连。木块以水平初速度v0出发，恰好能完成一个完整的圆周运动。在运动过程中，木块所受摩擦力的大小为（　　）答案　B变力做功的分析和计算——等效转换法 【典例2】　（多选）如图所示，固定的光滑竖直杆上套着一个滑块，滑块用绕过光滑的定滑轮O的轻绳系着。现以大小不变的拉力F拉绳，使滑块从A点由静止开始上升，滑块运动到C点时速度最大。已知滑块质量为m，滑轮O到竖直杆的距离为d，∠OAO'＝37°，∠OCO'＝53°，重力加速度为g，则滑块由A到C过程轻绳对滑块做功？变力做功的分析和计算——F－x图像法 轻质弹簧右端固定在墙上，左端与一质量m＝0．5 kg的物块相连，如图甲所示，弹簧处于原长状态，物块静止，物块与水平面间的动摩擦因数μ＝0．2。以物块所在处为原点，水平向右为正方向建立x轴，现对物块施加水平向右的外力F，F随x轴坐标变化的情况如图乙所示，物块运动至x＝0．4 m处时速度为零，则此过程物块克服弹簧弹力做的功为(g取10 m/s2)(　　)A．3.1 J B．3.5 JC．1.8 J D．2.0 J[答案]　A变力做功的分析和计算——平均力法 (多选)如图所示，A、B质量分别为m和M，B系在固定于墙上的水平轻弹簧的另一端，并置于光滑的水平面上，弹簧的劲度系数为k，将B向右拉离平衡位置x后，无初速度释放，在以后的运动中A、B保持相对静止，则在弹簧恢复原长的过程中(　　)A．A受到的摩擦力最大值为B．A受到的摩擦力最大值为C．摩擦力对A做功为D．摩擦力对A做功为[答案]　BD变力做功的分析和计算——W＝Pt公式法当功率恒定时，利用公式W＝Pt计算功，在如图所示的P－t图像中前3 s内力做功W＝P1t1＋P2t2＋P3t3＝6 J【典例3】　放在粗糙水平地面上的某物体受到水平拉力F的作用，在0～6 s内其速度与时间的关系图像和拉力的功率与时间的关系图像如图所示。下列说法正确的是（　　）答案　A变力做功的分析和计算——应用动能定理用力F把小球从A处缓慢拉到B处，F做功为WF，则有WF－mgL（1－cos θ）＝0，得WF＝mgL（1－cos θ）【典例4】　如图所示，一半径为R的半圆形轨道竖直固定放置，轨道两端与圆心O等高，质量为m的质点自轨道端点P由静止开始滑下，滑到最低点Q时，对轨道的压力为2mg，重力加速度大小为g。质点自P点滑到Q点的过程中，克服摩擦力所做的功为（　　）答案　C