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高中物理人教版 (2019)必修 第二册1 功与功率教案配套ppt课件
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这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册1 功与功率教案配套ppt课件，共47页。PPT课件主要包含了导学·掌握必备知识，共研·突破关键能力，精炼·落实学科素养，Flcosα，N的力，力的方向上，N·m，不做功，代数和，做功快慢等内容，欢迎下载使用。
一、功 功是标量1．内容：力对物体所做的功，等于________的大小、________的大小、力与位移夹角的________这三者的乘积．2．公式：W＝________．3．功的单位：在国际单位制中，功的单位是______，简称________，符号是________．4．功的单位的物理意义：1 J等于________使物体在____________发生1 m位移的过程中所做的功，即1 J＝1 N×1 m＝________．
二、正功和负功1．正功和负功 既不表示大小，也不表示方向2.总功当一个物体在几个力的共同作用下发生一段______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________．合力恒定，可用W总＝F总l cs α计算
三、功率1．定义：力做的________与完成这些功所用________之比，叫作功率．2．定义式：P＝________．3．单位：在国际单位制中，功率的单位是________，简称瓦，用符号W表示． 技术上常用的单位是千瓦(kW) 4．意义：功率是标量，它是表示物体________的物理量．
5．功率与速度(1)关系：当一个力与运动方向在同一直线上时，这个力对物体做功的功率等于这个力与_________的乘积．不在同一直线时用P＝Fv cs α计算 (2)关系式：P＝________．①若v是物体的平均速度，则P＝Fv为对应时间t内的________．②若v是瞬时速度，则P表示该时刻的________．(3)应用：从P＝Fv可以看出，汽车、火车等交通工具，当发动机的输出功率P一定时，牵引力F与速度v成________，要增大牵引力，就要减小速度．
【情境思考】一物体在两个力F1、F2的共同作用下发生了一段位移，做功分别为W1＝6 J、W2＝－6 J．(1)何为动力？何为阻力？(2)两个力大小相等吗？
提示：(1)F1为动力，F2为阻力． (2)不一定相等．
如图所示，用力F拉动物体分别在光滑水平面上加速运动L、在粗糙水平面上匀速运动L、沿斜面向上减速运动L，哪种情况下力F做的功多？分析：由功的公式可知，力F做的功一样多．
1 负号的意义－6 J的功要比5 J的功多，－6 J的功和6 J的功一样多．这里的“＋”“－”不表示大小，而表示做功的正负． 2如图所示，木块受到相互垂直的两个力F1和F2.F1做的功为4 J，F2做的功为3 J，则F1和F2的合力做功是多少？分析：合力做功为7 J，而非5 J，功是标量，直接代数求和．
目标一 功及其正负【导思】甲图中人拉车向前运动，乙图中人拉车阻止车前行．(1)甲图中人对小车做正功还是做负功？(2)乙图中人对小车做正功还是做负功？
提示：(1)正功 (2)负功
【归纳】1．对功的理解(1)两个决定因素①作用在物体上的力；②物体在力的方向上的位移．(2)功是力在空间上的积累，它总是与一个过程相对应．2．功是标量(1)功是标量．功的正、负并不表示功的方向，而是表示动力做功还是阻力做功．(2)一个力对物体做负功，往往说成物体克服这个力做功．
3．判断功的正、负的方法(1)根据力F与物体位移l的夹角α判断——常用于恒力做功的情形．(2)根据力与物体瞬时速度的夹角θ判断——常用于变力做功的情形．如图所示：①若夹角θ是锐角，力做正功；②若夹角θ是钝角，力做负功；③若夹角θ是直角，力不做功．
【典例】例 1 很多大型商场都安装了台阶式自动扶梯，方便乘客购物，如图所示，扶梯水平台阶上的人随扶梯一起做斜向上的匀加速运动．下列说法中不正确的是( )A.重力对人做负功B．支持力对人做正功C．摩擦力对人做正功D．合外力对人做功为零
解析：人随电梯斜向上运动，位移方向与重力方向成钝角，由W＝FL cs α知重力做负功，A正确；电梯对人的支持力竖直向上，位移方向与支持力方向成锐角，由W＝FL cs α知支持力对人做正功，B正确；人具有水平向右的加速度，由牛顿第二定律知电梯对人的摩擦力方向水平向右，位移方向与摩擦力方向成锐角，由W＝FL cs α知摩擦力对人做正功，C正确；人随扶梯一起做斜向上的匀加速运动，合外力斜向上，合外力方向与位移方向相同，合外力对人做正功，D错误．
例 2 [2023·天津南开区高一下期末]下列说法中错误的是( )A．－10 J的功大于＋5 J的功B．功是标量，正、负表示外力对物体做正功或物体克服外力做功C．一个力对物体做了负功，说明这个力一定阻碍物体的运动D．功是矢量，正、负表示方向
解析：功的正负与做功的多少无关，则－10 J的功大于＋5 J的功，选项A正确；功是标量，正、负表示外力对物体做正功或物体克服外力做功，选项B正确，D错误；一个力对物体做了负功，说明这个力一定阻碍物体的运动，选项C正确．
目标二 功的计算【导思】仔细观察下列图片，请思考：(1)如图甲所示，当F与l的夹角为α时，还能用公式W＝Fl来计算功吗？(2)图乙中F的两个分力做功的情况是什么？说明什么问题？(3)图丙的物理意义是什么？(4)图丁中F1和F2分别对物体做的功是多少？代数和为多大？(5)图丁中F1和F2合力为多大？合力做功是多少？
【归纳】1．对公式W＝Fl cs α的理解(1)公式W＝Fl cs α，可以理解为力乘在力的方向上的位移，即W＝F(l cs α)，也可以理解为位移乘在位移方向上的分力，即W＝(F cs α)l.(2)力F对物体所做的功W，只与F、l、α三者有关，与物体的质量、运动状态、运动形式以及是否受其他力等因素均无关．(3)因为功是过程量，反映力在空间位移上的累积效果，对应一段位移或一段过程，所以用公式W＝Fl cs α求力做的功时，一定要明确是哪个力在哪一段位移上(或在哪一个过程中)所做的功．
2．计算总功的两种方法(1)首先由W＝Fl cs α计算各个力对物体所做的功W1、W2、W3…，然后求所有力做功的代数和，即W合＝W1＋W2＋W3＋….(2)首先由力的合成或根据牛顿第二定律求出合力F合，然后由W合＝F合l cs α计算总功，α为F合的方向与l的方向间的夹角．
【典例】例 3 如图所示，大小为12 N，沿水平方向的恒力F作用在质量为2 kg的木箱上，使木箱在水平地面上沿直线运动．已知木箱与水平地面间的动摩擦因数μ＝0.5，g取10 m/s2.当木箱从静止开始运动了12 m时，下列说法正确的是( )A．力F做的功W1＝120 JB．重力做的功W2＝240 JC．克服摩擦力做的功W3＝120 JD．合力做的功W合＝0
解析：根据做功公式可得力F做的功W1＝Fl＝144 J，故A错误；木箱在重力方向上没有位移，则重力不做功，故B错误；根据做功公式可得摩擦力Ff做的功W′3＝－Ffl＝－μmgl＝－120 J，所以克服摩擦力做的功W3＝120 J，故C正确；合力做的功W合＝W1＋W′3＝24 J，故D错误．
例 4 如图所示，一位质量为m＝50 kg的滑雪运动员从高度h＝30 m的斜坡顶端自由滑下(初速度为零)．斜坡的倾角θ＝37°，滑雪板与雪面间的动摩擦因数μ＝0.1.运动员滑至坡底的过程中，不计空气阻力，g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8．(1)各个力所做的功分别是多少？(2)合力做了多少功？
目标三 对功率的理解及计算【导思】质量为m的苹果从高处自由下落，运动时间大于等于t.(1)经时间t，重力对苹果做功的平均功率为多少？(2)在t时刻，重力对苹果做功的瞬时功率为多少？
4．公式P＝Fv中三个量的制约关系
【典例】例 5 [2023·山东潍坊高一联考](多选)“高空抛物”一直被称为悬在城市头顶上的痛，尤其是人为的高空抛物，更给公共安全带来极大的危害．如图所示，若从约20 m高七楼阳台处，将一质量为1 kg的花盆水平推出，不计空气阻力，重力加速度g取10 m/s2.下列说法正确的是( )A．1 s内重力的平均功率为50 WB．整个过程中重力的平均功率为200 WC．落到地面上时，重力的瞬时功率为200 WD．落到地面上时，重力的瞬时功率为100 W
例 6 某医院按上级指示派出医疗小组开车到某地进行医疗救援，在某上坡的路段以10 m/s的速度匀速行驶．已知车辆和医疗小组人员总质量为2.0×103 kg，该上坡的路段与水平面成15°角，假设受到的阻力为1.8×103 N．此时汽车的发动机功率是(g＝10 m/s2，sin 15°＝0.26)( )A．18 kW B．52 kWC．70 kW D．20 kW
解析：汽车的发动机功率P＝Fv，汽车匀速行驶时处于平衡状态，有F＝F阻＋mg sin 15°，联立以上两式求得P＝70 kW，故选C.
例 7 下表列出了某种型号轿车的部分数据，试根据表中数据回答问题．
图为轿车中用于改变车速的挡位，手推变速杆到达不同挡位可获得不同的运行速度，从“1”到“5”逐挡速度增大，R是倒车挡．试问轿车要以最大动力上坡，变速杆应推至哪一挡？该车以额定功率和最高速度运行时，轿车的牵引力为多大( )A.“1”挡 2 000 N B．“5”挡 2 000 NC.“1”挡 4 000 N D．“5”挡 8 000 N
1.第24届冬季奥林匹克运动会在2022年由北京市和张家口市联合举办，雪车(也称“有舵雪橇”)比赛是冬奥会比赛项目之一．如图所示，在一段赛道上，运动员操控雪车无助力滑行，沿斜坡赛道由静止从A点滑行至B点，再沿水平赛道滑行至C点停下来．已知运动员和雪车的总质量为m，A、B两点间的竖直高度为h，雪车与赛道间的动摩擦因数处处相同，重力加速度为g，忽略空气阻力的影响．运动员及雪车从A点滑行到B点的过程中，下列说法正确的是( )A．重力做正功 B．支持力做正功C．支持力做负功 D．摩擦力做正功
解析：由图可知，运动员及雪车从A点滑行到B点的过程中，重力方向与位移方向的夹角为锐角，根据W＝Gx cs θ，可知重力做正功，故A正确；支持力方向总是与运动方向垂直，支持力不做功，故B、C错误；摩擦力方向总是与运动方向相反，摩擦力做负功，故D错误．故选A.
2．如图所示，某同学在家中用拖把擦地板，在布沿地面移动0.9 m的过程中，拖布所受地面摩擦力的大小恒为20 N．此过程中地面摩擦力对布做的功为( )A．9 J B．18 JC．－9 J D．－18 J
解析：根据W＝Ffx cs 180°＝－20×0.9 J＝－18 J，故选D.
3．如图所示，四个相同的小球在距地面相同的高度处以相同的速率分别竖直下抛、竖直上抛、平抛和斜抛，不计空气阻力．下列关于这四个小球从抛出到落地过程的说法中正确的是( )A．各小球飞行过程中，重力的功率不变B．小球落地时，重力的瞬时功率相同C．小球落地时，重力的瞬时功率不完全相同D．从开始运动至落地，重力对小球做功的平均功率相同
4．“玩具赛车顶篮球”是儿童特别喜欢的游戏．如图所示，质量m＝2 kg的玩具赛车在水平跑道上启动，以加速度大小a＝4 m/s2匀加速直线行驶，经过位移x＝32 m时恰好撞击正前方的篮球．已知玩具赛车运动时受到的阻力恒为Ff＝2 N，则玩具赛车从启动到撞击篮球过程牵引力F做的功WF和撞击篮球前瞬间牵引力F的瞬时功率PF分别为( )A．WF＝320 J，PF＝80 WB．WF＝320 J，PF＝160 WC．WF＝160 J，PF＝160 WD．WF＝160 J，PF＝80 W
5．如图所示，质量为20 kg的小孩坐在雪橇上，现用一个与水平方向成37°角、 大小为50 N的力拉着雪橇沿水平地面从静止开始以a＝0.4 m/s2的加速度做匀加速直线运动．已知雪橇的质量为20 kg，cs 37°＝0.8.(1)5 s内拉力对雪橇和小孩做的功是多少？(2)求5 s末地面与雪橇间摩擦力的瞬时功率大小．
一、功 功是标量1．内容：力对物体所做的功，等于________的大小、________的大小、力与位移夹角的________这三者的乘积．2．公式：W＝________．3．功的单位：在国际单位制中，功的单位是______，简称________，符号是________．4．功的单位的物理意义：1 J等于________使物体在____________发生1 m位移的过程中所做的功，即1 J＝1 N×1 m＝________．
二、正功和负功1．正功和负功 既不表示大小，也不表示方向2.总功当一个物体在几个力的共同作用下发生一段______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________．合力恒定，可用W总＝F总l cs α计算
三、功率1．定义：力做的________与完成这些功所用________之比，叫作功率．2．定义式：P＝________．3．单位：在国际单位制中，功率的单位是________，简称瓦，用符号W表示． 技术上常用的单位是千瓦(kW) 4．意义：功率是标量，它是表示物体________的物理量．
5．功率与速度(1)关系：当一个力与运动方向在同一直线上时，这个力对物体做功的功率等于这个力与_________的乘积．不在同一直线时用P＝Fv cs α计算 (2)关系式：P＝________．①若v是物体的平均速度，则P＝Fv为对应时间t内的________．②若v是瞬时速度，则P表示该时刻的________．(3)应用：从P＝Fv可以看出，汽车、火车等交通工具，当发动机的输出功率P一定时，牵引力F与速度v成________，要增大牵引力，就要减小速度．
【情境思考】一物体在两个力F1、F2的共同作用下发生了一段位移，做功分别为W1＝6 J、W2＝－6 J．(1)何为动力？何为阻力？(2)两个力大小相等吗？
提示：(1)F1为动力，F2为阻力． (2)不一定相等．
如图所示，用力F拉动物体分别在光滑水平面上加速运动L、在粗糙水平面上匀速运动L、沿斜面向上减速运动L，哪种情况下力F做的功多？分析：由功的公式可知，力F做的功一样多．
1 负号的意义－6 J的功要比5 J的功多，－6 J的功和6 J的功一样多．这里的“＋”“－”不表示大小，而表示做功的正负． 2如图所示，木块受到相互垂直的两个力F1和F2.F1做的功为4 J，F2做的功为3 J，则F1和F2的合力做功是多少？分析：合力做功为7 J，而非5 J，功是标量，直接代数求和．
目标一 功及其正负【导思】甲图中人拉车向前运动，乙图中人拉车阻止车前行．(1)甲图中人对小车做正功还是做负功？(2)乙图中人对小车做正功还是做负功？
提示：(1)正功 (2)负功
【归纳】1．对功的理解(1)两个决定因素①作用在物体上的力；②物体在力的方向上的位移．(2)功是力在空间上的积累，它总是与一个过程相对应．2．功是标量(1)功是标量．功的正、负并不表示功的方向，而是表示动力做功还是阻力做功．(2)一个力对物体做负功，往往说成物体克服这个力做功．
3．判断功的正、负的方法(1)根据力F与物体位移l的夹角α判断——常用于恒力做功的情形．(2)根据力与物体瞬时速度的夹角θ判断——常用于变力做功的情形．如图所示：①若夹角θ是锐角，力做正功；②若夹角θ是钝角，力做负功；③若夹角θ是直角，力不做功．
【典例】例 1 很多大型商场都安装了台阶式自动扶梯，方便乘客购物，如图所示，扶梯水平台阶上的人随扶梯一起做斜向上的匀加速运动．下列说法中不正确的是( )A.重力对人做负功B．支持力对人做正功C．摩擦力对人做正功D．合外力对人做功为零
解析：人随电梯斜向上运动，位移方向与重力方向成钝角，由W＝FL cs α知重力做负功，A正确；电梯对人的支持力竖直向上，位移方向与支持力方向成锐角，由W＝FL cs α知支持力对人做正功，B正确；人具有水平向右的加速度，由牛顿第二定律知电梯对人的摩擦力方向水平向右，位移方向与摩擦力方向成锐角，由W＝FL cs α知摩擦力对人做正功，C正确；人随扶梯一起做斜向上的匀加速运动，合外力斜向上，合外力方向与位移方向相同，合外力对人做正功，D错误．
例 2 [2023·天津南开区高一下期末]下列说法中错误的是( )A．－10 J的功大于＋5 J的功B．功是标量，正、负表示外力对物体做正功或物体克服外力做功C．一个力对物体做了负功，说明这个力一定阻碍物体的运动D．功是矢量，正、负表示方向
解析：功的正负与做功的多少无关，则－10 J的功大于＋5 J的功，选项A正确；功是标量，正、负表示外力对物体做正功或物体克服外力做功，选项B正确，D错误；一个力对物体做了负功，说明这个力一定阻碍物体的运动，选项C正确．
目标二 功的计算【导思】仔细观察下列图片，请思考：(1)如图甲所示，当F与l的夹角为α时，还能用公式W＝Fl来计算功吗？(2)图乙中F的两个分力做功的情况是什么？说明什么问题？(3)图丙的物理意义是什么？(4)图丁中F1和F2分别对物体做的功是多少？代数和为多大？(5)图丁中F1和F2合力为多大？合力做功是多少？
【归纳】1．对公式W＝Fl cs α的理解(1)公式W＝Fl cs α，可以理解为力乘在力的方向上的位移，即W＝F(l cs α)，也可以理解为位移乘在位移方向上的分力，即W＝(F cs α)l.(2)力F对物体所做的功W，只与F、l、α三者有关，与物体的质量、运动状态、运动形式以及是否受其他力等因素均无关．(3)因为功是过程量，反映力在空间位移上的累积效果，对应一段位移或一段过程，所以用公式W＝Fl cs α求力做的功时，一定要明确是哪个力在哪一段位移上(或在哪一个过程中)所做的功．
2．计算总功的两种方法(1)首先由W＝Fl cs α计算各个力对物体所做的功W1、W2、W3…，然后求所有力做功的代数和，即W合＝W1＋W2＋W3＋….(2)首先由力的合成或根据牛顿第二定律求出合力F合，然后由W合＝F合l cs α计算总功，α为F合的方向与l的方向间的夹角．
【典例】例 3 如图所示，大小为12 N，沿水平方向的恒力F作用在质量为2 kg的木箱上，使木箱在水平地面上沿直线运动．已知木箱与水平地面间的动摩擦因数μ＝0.5，g取10 m/s2.当木箱从静止开始运动了12 m时，下列说法正确的是( )A．力F做的功W1＝120 JB．重力做的功W2＝240 JC．克服摩擦力做的功W3＝120 JD．合力做的功W合＝0
解析：根据做功公式可得力F做的功W1＝Fl＝144 J，故A错误；木箱在重力方向上没有位移，则重力不做功，故B错误；根据做功公式可得摩擦力Ff做的功W′3＝－Ffl＝－μmgl＝－120 J，所以克服摩擦力做的功W3＝120 J，故C正确；合力做的功W合＝W1＋W′3＝24 J，故D错误．
例 4 如图所示，一位质量为m＝50 kg的滑雪运动员从高度h＝30 m的斜坡顶端自由滑下(初速度为零)．斜坡的倾角θ＝37°，滑雪板与雪面间的动摩擦因数μ＝0.1.运动员滑至坡底的过程中，不计空气阻力，g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8．(1)各个力所做的功分别是多少？(2)合力做了多少功？
目标三 对功率的理解及计算【导思】质量为m的苹果从高处自由下落，运动时间大于等于t.(1)经时间t，重力对苹果做功的平均功率为多少？(2)在t时刻，重力对苹果做功的瞬时功率为多少？
4．公式P＝Fv中三个量的制约关系
【典例】例 5 [2023·山东潍坊高一联考](多选)“高空抛物”一直被称为悬在城市头顶上的痛，尤其是人为的高空抛物，更给公共安全带来极大的危害．如图所示，若从约20 m高七楼阳台处，将一质量为1 kg的花盆水平推出，不计空气阻力，重力加速度g取10 m/s2.下列说法正确的是( )A．1 s内重力的平均功率为50 WB．整个过程中重力的平均功率为200 WC．落到地面上时，重力的瞬时功率为200 WD．落到地面上时，重力的瞬时功率为100 W
例 6 某医院按上级指示派出医疗小组开车到某地进行医疗救援，在某上坡的路段以10 m/s的速度匀速行驶．已知车辆和医疗小组人员总质量为2.0×103 kg，该上坡的路段与水平面成15°角，假设受到的阻力为1.8×103 N．此时汽车的发动机功率是(g＝10 m/s2，sin 15°＝0.26)( )A．18 kW B．52 kWC．70 kW D．20 kW
解析：汽车的发动机功率P＝Fv，汽车匀速行驶时处于平衡状态，有F＝F阻＋mg sin 15°，联立以上两式求得P＝70 kW，故选C.
例 7 下表列出了某种型号轿车的部分数据，试根据表中数据回答问题．
图为轿车中用于改变车速的挡位，手推变速杆到达不同挡位可获得不同的运行速度，从“1”到“5”逐挡速度增大，R是倒车挡．试问轿车要以最大动力上坡，变速杆应推至哪一挡？该车以额定功率和最高速度运行时，轿车的牵引力为多大( )A.“1”挡 2 000 N B．“5”挡 2 000 NC.“1”挡 4 000 N D．“5”挡 8 000 N
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解析：由图可知，运动员及雪车从A点滑行到B点的过程中，重力方向与位移方向的夹角为锐角，根据W＝Gx cs θ，可知重力做正功，故A正确；支持力方向总是与运动方向垂直，支持力不做功，故B、C错误；摩擦力方向总是与运动方向相反，摩擦力做负功，故D错误．故选A.
2．如图所示，某同学在家中用拖把擦地板，在布沿地面移动0.9 m的过程中，拖布所受地面摩擦力的大小恒为20 N．此过程中地面摩擦力对布做的功为( )A．9 J B．18 JC．－9 J D．－18 J
解析：根据W＝Ffx cs 180°＝－20×0.9 J＝－18 J，故选D.
3．如图所示，四个相同的小球在距地面相同的高度处以相同的速率分别竖直下抛、竖直上抛、平抛和斜抛，不计空气阻力．下列关于这四个小球从抛出到落地过程的说法中正确的是( )A．各小球飞行过程中，重力的功率不变B．小球落地时，重力的瞬时功率相同C．小球落地时，重力的瞬时功率不完全相同D．从开始运动至落地，重力对小球做功的平均功率相同
4．“玩具赛车顶篮球”是儿童特别喜欢的游戏．如图所示，质量m＝2 kg的玩具赛车在水平跑道上启动，以加速度大小a＝4 m/s2匀加速直线行驶，经过位移x＝32 m时恰好撞击正前方的篮球．已知玩具赛车运动时受到的阻力恒为Ff＝2 N，则玩具赛车从启动到撞击篮球过程牵引力F做的功WF和撞击篮球前瞬间牵引力F的瞬时功率PF分别为( )A．WF＝320 J，PF＝80 WB．WF＝320 J，PF＝160 WC．WF＝160 J，PF＝160 WD．WF＝160 J，PF＝80 W
5．如图所示，质量为20 kg的小孩坐在雪橇上，现用一个与水平方向成37°角、 大小为50 N的力拉着雪橇沿水平地面从静止开始以a＝0.4 m/s2的加速度做匀加速直线运动．已知雪橇的质量为20 kg，cs 37°＝0.8.(1)5 s内拉力对雪橇和小孩做的功是多少？(2)求5 s末地面与雪橇间摩擦力的瞬时功率大小．
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