高中物理 第7章 機械能守恒定律 第1節(jié) 追尋守恒量——能量 第2節(jié) 功課件 新人教版必修2

第第1節(jié)追尋守恒量節(jié)追尋守恒量能量能量第第2節(jié)功節(jié)功學習目標學習目標核心提煉核心提煉1.理解動能、勢能及能量的概念與意義。理解動能、勢能及能量的概念與意義。1個定律個定律能量轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)化與守恒定律化與守恒定律4個概念個概念動能、動能、勢能、能量、功勢能、能量、功1個表達式個表達式WFlcos 2.能獨立分析伽利略理想斜面實驗的能量轉(zhuǎn)能獨立分析伽利略理想斜面實驗的能量轉(zhuǎn)換和守恒關(guān)系。換和守恒關(guān)系。3.理解功的概念和做功的兩個要素。理解功的概念和做功的兩個要素。4.會利用公式會利用公式WFlcos 進行有關(guān)運算。進行有關(guān)運算。5.理解正功、負功的含義，能解釋相關(guān)現(xiàn)象。理解正功、負功的含義，能解釋相關(guān)現(xiàn)象。一、追尋守恒量一、追尋守恒量閱讀教材第閱讀教材第5556頁第頁第1節(jié)內(nèi)容節(jié)內(nèi)容，了解伽利略對能量的了解伽利略對能量的探究探究，知道勢能、動能的概念知道勢能、動能的概念，知道能量相互轉(zhuǎn)化。知道能量相互轉(zhuǎn)化。1伽利略的斜面實驗探究伽利略的斜面實驗探究過程過程 將小球由斜面將小球由斜面A上某位置上某位置由由_釋放釋放，小球運動到斜面，小球運動到斜面B上上現(xiàn)象現(xiàn)象小球在斜面小球在斜面B上速度變?yōu)樯纤俣茸優(yōu)?時，即到達最高點時的高度與它時，即到達最高點時的高度與它出發(fā)時的出發(fā)時的高度高度_結(jié)論結(jié)論這一事實說明某個量是守恒的，在物理學上我們把這個量這一事實說明某個量是守恒的，在物理學上我們把這個量叫做叫做_或者或者_靜止靜止相同相同能量能量能能2.動能與勢能：動能與勢能：(1)動能：物體由于動能：物體由于_而具有的能量。而具有的能量。(2)勢能：相互作用的物體憑借其勢能：相互作用的物體憑借其_而具有的能量。而具有的能量。(3)能量轉(zhuǎn)化：小球的動能和勢能能量轉(zhuǎn)化：小球的動能和勢能_ (A.可以可以B不可不可以以)相互轉(zhuǎn)化。相互轉(zhuǎn)化。運動運動A位置位置思維拓展思維拓展1.如圖如圖1所示所示，射箭運動員正在參加射箭比賽。射箭運動員正在參加射箭比賽。結(jié)合圖分析射箭過程中能量是怎樣轉(zhuǎn)化的。結(jié)合圖分析射箭過程中能量是怎樣轉(zhuǎn)化的。圖圖12.如圖如圖2所示所示，在游樂場里在游樂場里，“過山車過山車”運動是一種運動是一種非常有趣的刺激性游戲活動。結(jié)合圖分析過山車非常有趣的刺激性游戲活動。結(jié)合圖分析過山車運動過程中的能量是怎樣轉(zhuǎn)化的。運動過程中的能量是怎樣轉(zhuǎn)化的。圖圖2答案答案1.在射箭過程中，運動員將弓拉開的過程，是把人在射箭過程中，運動員將弓拉開的過程，是把人體的生物能體的生物能(化學能化學能)轉(zhuǎn)化為弓的彈性勢能；而箭在射出的轉(zhuǎn)化為弓的彈性勢能；而箭在射出的過程中，又將弓的彈性勢能轉(zhuǎn)化為箭的動能。過程中，又將弓的彈性勢能轉(zhuǎn)化為箭的動能。2.過山車從高處滑向低處時，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能；過山過山車從高處滑向低處時，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能；過山車從低處向高處運動時，動能轉(zhuǎn)化為重力勢能。車從低處向高處運動時，動能轉(zhuǎn)化為重力勢能。二、功二、功閱讀教材第閱讀教材第5759頁第頁第2節(jié)內(nèi)容節(jié)內(nèi)容，知道功的概念知道功的概念，初初步了解正功和負功的判斷方法。步了解正功和負功的判斷方法。1.概念概念：一個物體受到力的作用，并在：一個物體受到力的作用，并在_發(fā)生了一段位移，這個力就對物體做了功。發(fā)生了一段位移，這個力就對物體做了功。力的方向上力的方向上2.做功的兩個因素做功的兩個因素：力力位移位移3.公式：公式：(1)力力F與位移與位移l同向時，同向時，W_。(2)力力F與位移與位移l夾角為夾角為時，時，W_。其中。其中F、l、分分別為別為_、_和和_方向的夾角。方向的夾角。4.單位：單位：國際單位制中，功的單位是國際單位制中，功的單位是_，符號是，符號是_。FlFlcos 力的大小力的大小位移的大小位移的大小力與位移力與位移焦耳焦耳J5.正功和負功正功和負功的取值的取值W的取值的取值含義含義W0力力F_0W0力力F對物體對物體做做_W0力力F對物體對物體做做_(或說成物體克服力或說成物體克服力F做功做功)不做功不做功正功正功負功負功6.總功的計算總功的計算(1)各個分力分別對物體所做功的各個分力分別對物體所做功的_。(2)幾個力的幾個力的_對物體所做的功。對物體所做的功。代數(shù)和代數(shù)和合力合力思維拓展思維拓展1.如圖如圖3所示所示，人推著木箱在水平地面上運動。人推著木箱在水平地面上運動。人推木箱前進時人推木箱前進時，推力和摩擦力對木箱有沒推力和摩擦力對木箱有沒有做功？如果做功有做功？如果做功，分別做的是正功還是負，分別做的是正功還是負功？功？圖圖32.一個物體受到兩個力的作用一個物體受到兩個力的作用，其中其中F1做功做功10 J，F(xiàn)2做功做功15 J，力力F1和和F2哪個力做的功多？兩哪個力做的功多？兩力做的總功是多少？力做的總功是多少？答案答案1.做功。推力的方向與木箱的運動方向一致，做正功；摩做功。推力的方向與木箱的運動方向一致，做正功；摩擦力的方向與木箱的運動方向相反，做負功。擦力的方向與木箱的運動方向相反，做負功。2.F2做的功多。兩力做的總功為做的功多。兩力做的總功為WW1W210 J15 J5 J。 要點歸納要點歸納對功的理解對功的理解1.功是過程量：功是過程量：描述了力的作用效果在空間上的累積，它描述了力的作用效果在空間上的累積，它總與一個具體過程相聯(lián)系?？偱c一個具體過程相聯(lián)系。2.對公式對公式WFlcos 的理解的理解(1)相關(guān)性：由公式相關(guān)性：由公式WFlcos 可以看出力對物體做功，可以看出力對物體做功，只與只與F、l、有關(guān)，與物體的運動狀態(tài)及物體是否還受有關(guān)，與物體的運動狀態(tài)及物體是否還受其他作用力等因素均無關(guān)。其他作用力等因素均無關(guān)。(2)同時性：計算時應(yīng)注意同時性：計算時應(yīng)注意F與與l必須具有同時性，即必須具有同時性，即l必必須是力須是力F作用過程中物體發(fā)生的位移。作用過程中物體發(fā)生的位移。(3)同一性：同一個客觀運動，相對于不同的參考系，同一性：同一個客觀運動，相對于不同的參考系，位移位移l是不同的，在中學物理中約定，計算功都以地面是不同的，在中學物理中約定，計算功都以地面為參考系，即為參考系，即l應(yīng)理解為應(yīng)理解為“受力質(zhì)點的對地位移受力質(zhì)點的對地位移”。(4)適用性：明確公式適用性：明確公式WFlcos 適用于計算恒力做功，適用于計算恒力做功，若是變力做功，此公式不再適用。若是變力做功，此公式不再適用。3.正功與負功正功與負功(1)功是標量，只有正、負，沒有方向，功的正負不表示功是標量，只有正、負，沒有方向，功的正負不表示大小。大小。(2)正功、負功的物理意義正功、負功的物理意義動力學角度動力學角度能量角度能量角度正功正功表示這個力對物體來說表示這個力對物體來說是動力是動力力對物體做正功，使物體力對物體做正功，使物體獲得能量獲得能量負功負功表示這個力是阻力，對表示這個力是阻力，對物體的運動起阻礙作用物體的運動起阻礙作用物體克服外力做功，使物物體克服外力做功，使物體失去能量體失去能量(3)一個力對物體做負功，往往說成物體克服這個力做功。一個力對物體做負功，往往說成物體克服這個力做功。精典示例精典示例例例1 如圖如圖4所示，物體在力的作用下在水平面上發(fā)生一段所示，物體在力的作用下在水平面上發(fā)生一段位移位移l，試分別計算這四種情況下力，試分別計算這四種情況下力F對物體所做的功。對物體所做的功。設(shè)在這四種情況下力設(shè)在這四種情況下力F和位移和位移l的大小都相同：的大小都相同：F10 N，l1 m，角，角的大小如圖所示，分別說明每種情況下力的大小如圖所示，分別說明每種情況下力F做功的正負，并求出功。做功的正負，并求出功。圖圖4答案答案見解析見解析針對訓練針對訓練1 一人乘電梯從一人乘電梯從1樓到樓到20樓，在此過程中經(jīng)歷樓，在此過程中經(jīng)歷了先加速、后勻速、再減速的運動過程，則電梯支持了先加速、后勻速、再減速的運動過程，則電梯支持力對人做功情況是力對人做功情況是()A.加速時做正功，勻速時不做功，減速時做負功加速時做正功，勻速時不做功，減速時做負功B.加速時做正功，勻速和減速時做負功加速時做正功，勻速和減速時做負功C.加速和勻速時做正功，減速時做負功加速和勻速時做正功，減速時做負功D.始終做正功始終做正功解析解析要判斷功的正負要判斷功的正負，可根據(jù)公式可根據(jù)公式WFlcos 中力和位移的中力和位移的夾角夾角來判斷。在加速、勻速、減速的過程中來判斷。在加速、勻速、減速的過程中，支持力與人的支持力與人的位移方向始終相同位移方向始終相同，所以支持力始終對人做正功所以支持力始終對人做正功，故故D對。對。答案答案D要點歸納要點歸納總功的兩種求解思路總功的兩種求解思路(1)先確定物體所受的合力，再根據(jù)公式先確定物體所受的合力，再根據(jù)公式W合合F合合lcos 求求解合力的功。該方法適用于物體的合力不變的情況，常解合力的功。該方法適用于物體的合力不變的情況，常見的是發(fā)生位移見的是發(fā)生位移l過程中，物體所受的各力均沒有發(fā)生變過程中，物體所受的各力均沒有發(fā)生變化。求解流程：化。求解流程：(2)先根據(jù)先根據(jù)WFlcos ，求出每個分力做的功，求出每個分力做的功W1、W2Wn，再根據(jù)，再根據(jù)W合合W1W2Wn，求解合力，求解合力的功，即合力做的功等于各個分力做功的代數(shù)和。的功，即合力做的功等于各個分力做功的代數(shù)和。該方法的適用范圍更廣，求解流程：該方法的適用范圍更廣，求解流程：精典示例精典示例例例2 如圖如圖5所示，質(zhì)量為所示，質(zhì)量為m2 kg的物體靜止在的物體靜止在水平地面上，受到與水平地面夾角為水平地面上，受到與水平地面夾角為37、大小大小F10 N的拉力作用，物體移動了的拉力作用，物體移動了l2 m，物體與地面間的動摩擦因數(shù)物體與地面間的動摩擦因數(shù)0.3，sin 370.6，cos 370.8，g取取10 m/s2。求：。求：圖圖5(1)拉力拉力F所做的功所做的功W1；(2)摩擦力摩擦力Ff所做的功所做的功W2；(3)重力重力G所做的功所做的功W3；(4)彈力彈力FN所做的功所做的功W4；(5)合力合力F合合所做的功所做的功W。解析解析(1)對物體進行受力分析對物體進行受力分析，如圖所示。如圖所示。W1Flcos 1020.8 J16 J(2)FNGFsin 20 N100.6 N14 NFfFN0.314 N4.2 NW2Ff lcos 1804.22 J8.4 J(3)W3Glcos 900(4)W4FNlcos 900(5)WW1W2W3W47.6 J也可由合力求總功也可由合力求總功F合合Fcos Ff100.8 N4.2 N3.8 NF合合與與l方向相同方向相同，所以所以WF合合l3.82 J7.6 J答案答案(1)16 J(2)8.4 J(3)0(4)0(5)7.6 J針對訓練針對訓練2 一物體置于光滑水平面上，受一物體置于光滑水平面上，受互相垂直的水平力互相垂直的水平力F1、F2作用，如圖作用，如圖6所所示，經(jīng)一段位移后，示，經(jīng)一段位移后，F(xiàn)1做功為做功為6 J，克服，克服F2做功為做功為8 J，則，則F1、F2的合力做功為的合力做功為()圖圖6A.14 J B.10 JC.2 J D.2 J答案答案 C1.(對功的理解對功的理解)(2017莆田高一檢測莆田高一檢測)如圖如圖7示，用同樣的力示，用同樣的力F拉同一物體，在甲拉同一物體，在甲(光滑水平面光滑水平面)、乙、乙(粗糙水平面粗糙水平面)、丙、丙(光光滑斜面滑斜面)、丁、丁(粗糙斜面粗糙斜面)圖中通過同樣的距離，則拉力圖中通過同樣的距離，則拉力F的的做功情況是做功情況是()圖圖7A.甲中做功最少甲中做功最少B.丁中做功最多丁中做功最多C.做功一樣多做功一樣多 D.無法比較無法比較答案答案C2.(功的計算功的計算)(2017西安高一檢測西安高一檢測)(多選多選)如圖如圖8所示，一個物體放在水平面上，所示，一個物體放在水平面上，在跟豎直方向成在跟豎直方向成角的斜向下的推力角的斜向下的推力F的作用下沿平面向右移動了距離的作用下沿平面向右移動了距離s，若，若物體的質(zhì)量為物體的質(zhì)量為m，物體與地面之間的摩，物體與地面之間的摩擦力大小為擦力大小為Ff，則在此過程中，則在此過程中()圖圖8A.摩擦力做的功為摩擦力做的功為Ff sB.力力F做的功為做的功為Fscos C.合力合力F合合做的功為做的功為Fssin Ff sD.重力做的功為重力做的功為mgs解析解析物體與地面之間的摩擦力大小為物體與地面之間的摩擦力大小為Ff，物體的位移的物體的位移的大小為大小為s，由功的公式可得由功的公式可得WFf s，所以選項所以選項A正確；正確；力力F與豎直方向成與豎直方向成角角，所以在水平方向的分力為所以在水平方向的分力為Fsin ，故故F做的功為做的功為Fssin ，所以選項所以選項B錯誤；物體所受合力錯誤；物體所受合力F合合Fsin Ff，故合力做的功故合力做的功W合合(Fsin Ff)sFssin Ff s，選項選項C正確；重力在豎直方向上正確；重力在豎直方向上，物體在豎直方向物體在豎直方向的位移是的位移是0，所以重力的功為所以重力的功為0，選項選項D錯誤。錯誤。答案答案AC3.(變力做功變力做功)如圖如圖9所示，一根繩子繞過高所示，一根繩子繞過高4 m的滑輪的滑輪(大小、摩擦均不計大小、摩擦均不計)，繩的一端，繩的一端拴一質(zhì)量為拴一質(zhì)量為10 kg的物體的物體m，另一側(cè)沿豎直，另一側(cè)沿豎直方向的繩被人拉住。若人拉住繩子前進方向的繩被人拉住。若人拉住繩子前進3 m，使物體勻速上升，使物體勻速上升，g取取10 m/s2。則人拉。則人拉繩所做的功為繩所做的功為()圖圖9A.500 J B.300 JC.100 J D.50 J答案答案C4.(正、負功的判斷正、負功的判斷)(多選多選)質(zhì)量為質(zhì)量為m的物體，靜止在傾角為的物體，靜止在傾角為的的斜面上，斜面沿水平方向向右勻速移動了距離斜面上，斜面沿水平方向向右勻速移動了距離x，如圖，如圖10所所示。物體相對斜面靜止，則下列說法正確的是示。物體相對斜面靜止，則下列說法正確的是()圖圖10A.重力對物體重力對物體m做正功做正功B.合力對物體合力對物體m做功為零做功為零C.摩擦力對物體摩擦力對物體m做負功做負功D.支持力對物體支持力對物體m做正功做正功解析解析物體的受力和移動的位移如圖所示。重力與位移垂物體的受力和移動的位移如圖所示。重力與位移垂直直，故重力不做功故重力不做功，A選項錯誤；摩擦力選項錯誤；摩擦力Ff與位移與位移x的夾角的夾角大于大于90，故摩擦力做負功故摩擦力做負功，C選項正確；支持力選項正確；支持力FN與位與位移移x的夾角的夾角90，故支持力做正功故支持力做正功，D選項正確；物體做選項正確；物體做勻速運動勻速運動，所受合力為零所受合力為零，合力不做功合力不做功，故故B選項正確。選項正確。答案答案BCD5.(作用力和反作用力做的功作用力和反作用力做的功)如圖如圖11所示，木塊靜止在光滑所示，木塊靜止在光滑的水平面上，一子彈沿水平方向射入木塊并留在其中。在的水平面上，一子彈沿水平方向射入木塊并留在其中。在此過程中，子彈鉆入木塊的深度為此過程中，子彈鉆入木塊的深度為d，木塊的位移為，木塊的位移為l，木，木塊對子彈的阻力大小為塊對子彈的阻力大小為F。則木塊對子彈的阻力做的功為。則木塊對子彈的阻力做的功為_，子彈對木塊的作用力做的功為，子彈對木塊的作用力做的功為_。圖圖11解析解析對子彈受力分析可知對子彈受力分析可知，子彈受到木塊對它的作用力子彈受到木塊對它的作用力F，其方向與子彈發(fā)生的位移方向相反其方向與子彈發(fā)生的位移方向相反，子彈發(fā)生的位移大小是子彈發(fā)生的位移大小是ld，方向與木塊方向與木塊(子彈子彈)運動方向相同。所以木塊對子彈的阻力做運動方向相同。所以木塊對子彈的阻力做的功的功W1F(ld)cos 180F(ld)。由牛頓第三定律可知。由牛頓第三定律可知，子彈對木塊的反作用力大小也等于子彈對木塊的反作用力大小也等于F，其方向與木塊發(fā)生的位其方向與木塊發(fā)生的位移移l方向相同方向相同，故子彈對木塊的作用力做的功故子彈對木塊的作用力做的功WFlcos 0Fl。答案答案F(ld)Fl