2018-2019学年高中物理 第3章 动能的变化与机械功 3.2.1 研究功与功率(一)课件 沪科版必修2.ppt

第3章动能的变化与机械功3.2.1研究功与功率(一),学习目标,1.理解功的概念，知道做功的两个因素.2.明确功是标量，会用功的公式进行计算.3.理解正功、负功的含义.4.会计算变力做功，会计算多个力的总功.,内容索引,重点探究启迪思维探究重点,达标检测检测评价达标过关,自主预习预习新知夯实基础,自主预习,一、功,1.公式：W，其中F、s、分别为、位移的大小、_.即力对物体所做的功，等于力的大小、位移的大小、与夹角的余弦这三者的乘积.2.单位：国际单位制中，功的单位是，符号是.,力的大小,Fscos,力与,位移方向的夹角,力,位移,焦耳,J,二、正功和负功,1.力对物体做正功和负功的条件由WFscos可知(1)当0时，W0，力对物体做功；(2)当,0,正,负,克服,2.做功与动能变化的关系力对物体做正功时，物体的动能；力对物体做负功时，物体的动能；力对物体做多少功，物体的动能就变化多少.3.计算变力做功如图1所示，Fs图像下方从s1到s2的，就是变力F在ss2s1段内做的功.,图1,增加,减少,面积,即学即用1.判断下列说法的正误.(1)公式WFscos中的s是物体运动的路程.()(2)物体只要受力且运动，该力就一定做功.()(3)功有正负之分，所以功是矢量.()(4)一个力对物体做了负功，则说明这个力一定阻碍物体的运动.(),答案,2.如图2所示，静止在光滑水平面上的物体，在与水平方向成60角斜向上的力F作用下运动10m，已知F10N，则拉力F所做的功是_J.,答案,50,图2,重点探究,导学探究1.观察图3，分析图中的哪个人对物体做了功？,一、对功的理解,答案小川拉重物上升的过程，小川对重物做了功，其他三人都没有做功.,图3,答案,2.如图4所示，物体在与水平方向夹角为的力F的作用下前进了s，则力F对物体做的功如何表示？,答案如图把力F沿水平方向和竖直方向进行正交分解，物体在竖直方向上没有发生位移，竖直方向的分力没有对物体做功，水平方向的分力Fcos所做的功为Fscos，所以力F对物体所做的功为Fscos.,答案,图4,知识深化对公式WFscos的理解,1.恒力F对物体做的功，只与F、s、有关，与物体的运动状态及物体是否还受其他作用力等因素无关.2.计算力F的功时要特别注意，F与s必须具有同时性，即s必须是力F作用过程中物体发生的位移.3.功是标量，没有方向，但是有正负.4.公式WFscos适用于计算恒力做功，若是变力，此公式不再适用.,例1如图5所示，坐在雪橇上的人与雪橇的总质量为m，在与水平地面成角的恒定拉力F作用下，沿水平地面向右移动了一段距离s.已知雪橇与地面间的动摩擦因数为，重力加速度为g，则雪橇受到的A.支持力做功为mgsB.重力做功为mgsC.拉力做功为FscosD.滑动摩擦力做功为mgs,图5,解析支持力和重力与位移垂直，不做功，A、B错误；拉力和摩擦力做功分别为W1Fscos，W2(mgFsin)s，C正确，D错误.,答案,解析,导学探究某物体在力F作用下水平向右运动的位移为s，拉力的方向分别如图6甲、乙所示，分别求两种情况下拉力对物体做的功.,图6,二、正负功的判断,答案,知识深化1.正、负功的意义功是标量，只有正、负，没有方向，功的正负不表示大小，只表示能量转移或转化的方向，即：动力对物体做正功，使物体获得能量，阻力对物体做负功(也可以说，物体克服该力做功)，使物体失去能量.2.判断力是否做功及做功正负的方法(1)根据力F的方向与位移s的方向间的夹角常用于恒力做功的情形.(2)根据力F的方向与速度v的方向间的夹角常用于曲线运动的情形.若为锐角则做正功，若为直角则不做功，若为钝角则做负功.,例2(多选)质量为m的物体，静止在倾角为的斜面上，斜面沿水平方向向右匀速移动了距离s，如图7所示.物体相对斜面静止，则下列说法正确的是A.重力对物体m做正功B.合力对物体m做功为零C.摩擦力对物体m做负功D.支持力对物体m做正功,图7,答案,解析,解析物体的受力和位移如图所示.支持力N与位移s的夹角90，故支持力做正功，D选项正确；重力与位移垂直，故重力不做功，A选项错误；摩擦力f与位移s的夹角大于90，故摩擦力做负功，C选项正确；物体做匀速运动，所受合力为零，合力不做功，故B选项正确.,当物体在多个力的共同作用下发生一段位移时，合力对物体所做的功等于各分力对物体做功的代数和.故计算合力的功有以下两种方法.(1)先由WFscos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W1W2W3.(2)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scos计算总功，此时为F合的方向与s的方向间的夹角.注意：当在一个过程中，几个力作用的位移不相同时，只能用方法(1).,三、总功的计算,例3如图8所示，一个质量为m2kg的物体，受到与水平方向成37角斜向上方的力F10N作用，在水平地面上从静止开始向右移动的距离为s2m，已知物体和地面间的动摩擦因数为0.3，g取10m/s2，求外力对物体所做的总功.(cos370.8，sin370.6),图8,答案,解析,答案7.6J,解析物体受到的摩擦力为：fN(mgFsin37)0.3(210100.6)N4.2N解法1：先求各力的功，再求总功.拉力F对物体所做的功为：W1Fscos371020.8J16J摩擦力f对物体所做的功为：W2fscos1804.22J8.4J,由于重力、支持力对物体不做功，故外力对物体所做的总功W等于W1和W2的代数和，即WW1W27.6J.解法2：先求合力，再求总功.物体受到的合力为：F合Fcos37f3.8N，所以WF合s3.82J7.6J.,例4新中国成立前后，机械化生产水平较低，人们经常通过“驴拉磨”的方式把粮食颗粒加工成粗面来食用，如图9所示，假设驴拉磨的平均作用力为F，运动的半径为R，那么怎样求驴拉磨转动一周所做的功？,四、变力做功问题分析,图9,答案2RF,答案,解析,解析把圆周分成无数段小微元段，每一小段可近似看成直线，从而拉力在每一小段上方向不变，每一小段上可用恒力做功的公式计算，然后各段累加起来，便可求得结果.如图所示，把圆周分成s1、s2、s3、sn微元段，拉力在每一段上为恒力，则在每一段上做的功W1Fs1，W2Fs2，W3Fs3，WnFsn，拉力在一个圆周内所做的功WW1W2W3WnF(s1s2s3sn)F2R.所以驴拉磨转动一周，拉力做功为2RF.,例5如图10所示，轻弹簧一端与竖直墙壁相连，另一端与一质量为m的木块相连，放在光滑的水平面上，弹簧的劲度系数为k，弹簧处于自然状态，用水平力F缓慢拉木块，使木块前进l，求这一过程中拉力对木块做了多少功.,图10,答案,解析,解析解法一缓慢拉动木块，可认为木块处于平衡状态，故拉力大小等于弹力大小，即Fks.,解法二画出力F随位移s的变化图像.当位移为l时，Fkl，由于力F做功的大小与图像中阴影的面积相等，,1.平均值法：若力的方向不变，大小随位移均匀变化，则可用力的平均值乘以位移.2.图像法：如图11所示，变力做的功W可用Fs图线与s轴所围成的面积表示.s轴上方的面积表示力对物体做正功的多少，s轴下方的面积表示力对物体做负功的多少.,图11,3.分段法(或微元法)：当力的大小不变，力的方向时刻与速度同向(或反向)时，把物体的运动过程分为很多小段，这样每一小段可以看成直线，先求力在每一小段上的功，再求和即可，力做的总功WFs路或WFs路.空气阻力和滑动摩擦力做功可以写成力与路程的乘积就是这个原理.4.等效替代法：若某一变力做的功与某一恒力做的功相等，则可以用求得的恒力做的功来替代变力做的功.比如：通过滑轮拉动物体时，可将人做的功转化为绳的拉力对物体做的功，或者将绳的拉力对物体所做的功转换为人的拉力对绳做的功.,达标检测,1.(对功的理解)(多选)下列说法中正确的是A.功是矢量，正负表示其方向B.功是标量，正负表示的是外力对物体做功还是物体克服外力做功C.力对物体做正功还是做负功取决于力和位移的方向关系D.力对物体做的功总是在某过程中完成的，所以功是一个过程量,解析功是标量，正负表示的是外力对物体做功还是物体克服外力做功，A错误，B正确；力对物体做正功还是做负功取决于力和位移的方向关系，故C正确；有力作用在物体上，物体在力的方向上移动了距离，力对物体做的功总是在某过程中完成的，所以功是一个过程量，故D正确.,答案,解析,1,2,3,4,2.(正负功的判断)(多选)如图12所示，人站在台阶式自动扶梯上不动，随扶梯向上匀速运动，下列说法中正确的是A.重力对人做负功B.摩擦力对人做正功C.支持力对人做正功D.合力对人做功为零,答案,解析,1,2,3,4,图12,解析因为人匀速向上运动，所以只受重力和支持力，且二力平衡，不受摩擦力，B错误.重力方向和运动方向夹角大于90，重力做负功，A正确.支持力方向和运动方向夹角小于90，支持力做正功，C正确.合力为零，因此总功一定为零，D正确.,1,2,3,4,3.(变力做功的计算)如图13甲所示，静止在光滑水平面上坐标原点处的小物块，在水平拉力F的作用下，沿s轴方向运动，拉力F随物块所在位置坐标s的变化关系如图乙所示，图线为半圆弧，则小物块运动到s0处拉力做的功为,答案,解析,1,2,3,4,图13,1,2,3,4,4.(总功的计算)如图14所示，平行于斜面向上的拉力F使质量为m的物体匀加速地沿着长为L、倾角为的斜面的一端向上滑到另一端，物体与斜面间的动摩擦因数为.求作用在物体上的各力对物体所做的总功.,解析,答案,1,2,3,4,答案FLmgLsinmgLcos,图14,解析选物体为研究对象，其受力如图所示：解法一：拉力