物理 第七章 機(jī)械能守恒定律 1 追尋守恒量——能量 2 功 新人教版必修2

1追尋守恒量能量 2功1初步領(lǐng)會能量轉(zhuǎn)化、變中有恒的思想，了解勢能、動能的概念2領(lǐng)會尋找守恒量是科學(xué)研究的重要思想方法，會分析生活中有關(guān)機(jī)械能轉(zhuǎn)化的問題3初步認(rèn)識功和能量變化的關(guān)系，理解功的概念，知道做功的兩個要素，明確功是標(biāo)量4知道WF lcos 的適用范圍，會用功的公式進(jìn)行計算，會計算多個力的總功5理解正功、負(fù)功的概念，初步理解化變力為恒力、處理變力做功的思想方法 教學(xué)目標(biāo)【重點】(1)理解動能、勢能的含義(2)使學(xué)生在理解力對物體做功的兩個要素基礎(chǔ)上掌握功的概念和功的計算公式【難點】(1)在動能和勢能轉(zhuǎn)化的過程中體會能量守恒(2)引導(dǎo)學(xué)生深刻理解正、負(fù)功的物理意義，及會判定各個力做功的正負(fù)和各個力所做的總功的求解 重點難點學(xué)生是知識的主動建構(gòu)者，學(xué)生對所研究問題的熱情程度及在探究過程中所表現(xiàn)出來的精神狀態(tài)和情緒，直接影響教學(xué)的效果本節(jié)利用學(xué)生生活中常見的秋千、海盜船，由靜止下落的乒乓球等引入新課，用伽利略理想斜面實驗，引發(fā)學(xué)生的思維能力，使學(xué)生產(chǎn)生求知的興趣與熱情通過感悟斜面實驗的科學(xué)現(xiàn)象，重走追尋守恒量的科學(xué)之路，完成教學(xué)目標(biāo)的情感態(tài)度這一難度要求繼而通過滾擺、單擺的視頻資源調(diào)動探求動能與勢能轉(zhuǎn)化的關(guān)系，體會能量的守恒思想本節(jié)課應(yīng)當(dāng)充分利用學(xué)生對于功的感性經(jīng)驗，調(diào)動學(xué)生的積極性，啟發(fā)學(xué)生積極參與小組討論，培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)能力在判斷做功條件時，位移應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)是對地位移，學(xué)生對正功、負(fù)功以及阻力做功特點的理解需要進(jìn)一步強(qiáng)化.教學(xué)建議【導(dǎo)入一】如圖所示，一個用細(xì)線懸掛的小球從A點開始擺動記住它向右能夠達(dá)到的最大高度然后用一把直尺在P點擋住擺線，看一看這種情況下小球所能達(dá)到的高度新課導(dǎo)入這個實驗現(xiàn)象說明了什么？它是否說明在小球擺動的過程中某種“東西”是不變的？這種“東西”會是什么？通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，同學(xué)們就能理解這一實驗現(xiàn)象了 新課導(dǎo)入【導(dǎo)入二】在20世紀(jì)的最后幾分鐘里，一項新的多米諾骨牌吉尼斯世界紀(jì)錄，在北京頤和園體育健康城綜合館和網(wǎng)球館誕生了中國、日本和韓國的62名青年學(xué)生成功地推倒了340多萬張骨牌，一舉打破了此前由荷蘭人保持的297萬張的世界紀(jì)錄從電視畫面可看出，骨牌瞬間依次倒下的場面蔚為壯觀，其間顯示的圖案豐富多彩，令人驚嘆其中蘊(yùn)含著一定的科學(xué)道理，這就是“多米諾骨牌效應(yīng)”該效應(yīng)產(chǎn)生的能量是十分巨大的這種效應(yīng)的物理道理是：骨牌豎著時，重心較高，倒下時重心下降，倒下過程中，將其重力勢能轉(zhuǎn)化為 動能，它倒在第二張牌上，這個動能的一部分就轉(zhuǎn)移到第二張牌上，第二張牌新課導(dǎo)入將第一張牌轉(zhuǎn)移來的動能和自己倒下過程中由本身具有的重力勢能轉(zhuǎn)化來的動能之和，再傳到第三張牌上所以每張牌倒下的時候，雖然有部分能量損失，但具有的動能都比前一塊牌大，因此它們的速度一個比一個快，也就是說，它們依次推倒的能量一個比一個大你可以設(shè)想一下，如果牌的個數(shù)足夠多，那么最后一個牌的速度將是怎樣的大！場面又是何等的壯觀！故事中應(yīng)用到了動能、勢能及其轉(zhuǎn)化今天，我們就來學(xué)習(xí)追尋守恒量這節(jié)課，學(xué)習(xí)問題中展示的能量問題，探索其中的奧秘.新課導(dǎo)入1伽利略在斜面實驗中發(fā)現(xiàn)一個具有啟發(fā)性的事實：無論斜面陡或緩，小球的速度總會在斜面上的某點變?yōu)?，這點距斜面底端的豎直高度與它出發(fā)時的高度_在物理學(xué)中，我們把這一事實說成是“某個量是_的”，并且把這個量叫作能量或能2勢能：相互作用的物體憑借其位置而具有的能量3動能：物體由于_而具有的能量注意：在伽利略的理想斜面實驗中，小球的動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，但二者的總量是保持不變的能量知識必備知識點一相同守恒運動1定義：如果一個物體受到力的作用，并在力的方向上發(fā)生了_，那么這個力就對物體做了功2做功的因素：_和物體在_上發(fā)生的位移3功的計算(1)若力的方向與位移的方向一致，則W_(2)若力的方向與位移的方向所成的夾角為，則W_4功的單位：在國際單位制中，功的單位是_，簡稱_，符號是J.功知識必備知識點二一段位移力力的方向FlFlcos 焦耳焦正功和負(fù)功知識必備知識點三不做功正負(fù)克服2合力的功功是標(biāo)量，當(dāng)物體在幾個力的共同作用下發(fā)生一段位移時，這幾個力對物體所做的總功等于各個力分別對物體所做功的_，也等于這幾個力的_對這個物體所做的功知識必備代數(shù)和合力想一想 蕩秋千是一種常見的娛樂活動如果空氣阻力和秋千各部分的摩擦力可以忽略，那么，秋千就會不停地擺動下去，這說明秋千在運動過程當(dāng)中有一個保持不變的“東西”你認(rèn)為這個“東西”是什么？要點總結(jié)能量的轉(zhuǎn)化與守恒問題解題方法如下：1分析對應(yīng)的轉(zhuǎn)化過程是哪些；2看清有幾種形式的能量參與轉(zhuǎn)化；3用_原理判斷一種能量變化時，另一種能量怎樣變化學(xué)習(xí)互動能量轉(zhuǎn)化與守恒思想的理解和應(yīng)用考點一能量總量不變學(xué)習(xí)互動例1 圖711是上?！懊髦榫€”某車站的設(shè)計方案由于站臺建得稍高，電車進(jìn)站時要上坡，出站時要下坡忽略斜坡的摩擦力，你能分析這種設(shè)計的優(yōu)點嗎？答案這樣設(shè)計的主要優(yōu)點在于節(jié)約電能解析 電車進(jìn)站前雖關(guān)閉了電動機(jī)，但仍具有動能，可使電車爬上斜坡，將動能轉(zhuǎn)化為勢能儲存起來出站時，電車可利用斜坡再將勢能轉(zhuǎn)化成動能可見，這種設(shè)計方案可以節(jié)約電能圖711想一想 “正功和負(fù)功方向相反”及“正功大于負(fù)功”這兩種說法對嗎？要點總結(jié)1功是標(biāo)量，其正負(fù)不代表方向，而是表示能量轉(zhuǎn)化的方式2判斷功的正負(fù)的方法(1)看力F與位移l的夾角：90時，力做_(2)看力F與速度v的夾角：90時，力做_(3)看速率是增大還是減小：若在力的作用下速率增大，此力做正功；反之則做負(fù)功學(xué)習(xí)互動對功的正負(fù)的理解和判定考點二負(fù)功負(fù)功學(xué)習(xí)互動例2 (多選)如圖712所示，木塊A、B疊放在光滑水平面上，A、B接觸面不光滑，用水平力F拉B，使A、B一起沿光滑水平面加速運動，設(shè)A、B間的摩擦力為f，則以下說法正確的是() AF對B做正功，對A不做功Bf對B做負(fù)功，對A做正功Cf對A不做功，對B做負(fù)功Df對A和B組成的系統(tǒng)做功為0答案 ABD圖712學(xué)習(xí)互動解析 A、B一起沿光滑水平面加速運動，它們的位移相等， F作用在B上，沒有作用在A上，B在力F的方向上發(fā)生了位移，由WFl可知F對B做正功，對A不做功，故選項A正確； B對A的摩擦力向右，A對B的摩擦力向左，而A、B位移均水平向右，由WFlcos 可知，f對B做負(fù)功，對A做正功，選項B正確，選項C錯誤；f對A做功為WAfl，f對B做功為WBfl，故f對A、B整體做功為W總WAWB0，選項D正確點評 本題考查功的正負(fù)的判斷，要掌握其基本方法，同時要特別注意此處所談到的物體的位移是對地位移學(xué)習(xí)互動變式 如圖713所示，拖著舊橡膠輪胎跑是身體耐力訓(xùn)練的一種有效方法如果某受訓(xùn)者拖著輪胎在水平直道上跑了100 m，那么下列說法正確的是()A輪胎受到的地面的摩擦力做了負(fù)功B輪胎受到的重力做了正功C輪胎受到的拉力不做功D輪胎受到的地面的支持力做了正功答案 A圖713學(xué)習(xí)互動解析 根據(jù)力做功的條件，輪胎受到的重力和地面的支持力都與位移垂直，這兩個力均不做功，B、D項錯誤；輪胎受到地面的摩擦力與位移反向，做負(fù)功，A項正確；輪胎受到的拉力與位移夾角小于90，做正功，C項錯誤想一想 物理學(xué)中的“做功”與日常生活中的“工作”含義相同嗎？要點總結(jié) 1用公式WFlcos 求功的兩種方法：一是功等于沿力F方向的_與力的乘積；二是功等于位移與沿位移方向的力的乘積2計算幾個力的總功，通常有以下兩種不同的處理方法：(1)雖然力、位移都是矢量，但功是標(biāo)量，所以幾個力的總功等于各個力所做功的代數(shù)和若以W1、W2、W3、Wn分別表示力F1、F2、F3、Fn所做的功(含正功與負(fù)功)，則這些力所做的總功為W總_(2)求出物體所受的合外力，這些力所做的總功為W總_學(xué)習(xí)互動恒力做功的分析和計算考點三位移W1W2W3WnF合lcos 學(xué)習(xí)互動例3 如圖714所示，質(zhì)量為m的物體靜止在傾角為的斜面上，物體與斜面始終相對靜止，它們之間的動摩擦因數(shù)為，現(xiàn)使斜面水平向左勻速移動距離l.試求：(1)摩擦力對物體做的功；(2)斜面的彈力對物體做的功；(3)重力對物體做的功；(4)斜面對物體做的功是多少？各力對物體所做的總功是多少？圖714答案 (1)mglsin cos (2)mglsin cos (3)0(4)00學(xué)習(xí)互動解析 物體受力情況如圖所示，物體受到重力mg、摩擦力f和支持力FN的作用由于物體相對斜面靜止，物體相對地面水平向左勻速移動距離l，上述各力均是恒力，故可用WFlcos 計算各力的功根據(jù)物體的平衡條件，可得fmgsin ，F(xiàn)Nmgcos .(1)Wff lcos (180)mglsin cos ；(2)WFNFN lcos (90)mglsin cos ；(3)WGmglcos 900；(4)斜面對物體做的功為斜面對物體施的力做功的代數(shù)和，W斜WfWFN0.各個力對物體所做的總功等于各個力做功的代數(shù)和，即W總WfWFNWG0.學(xué)習(xí)互動例4 一個物體置于光滑水平面上，受互相垂直的水平力F1 、F2 作用，如圖715所示經(jīng)一段位移，F(xiàn)1做功為6 J，克服F2做功為8 J，則F1 、F2的合力做功為()A14 J B10 JC2 J D2 J圖715答案 C解析 功是標(biāo)量，所以F1、F2的合力做功應(yīng)等于兩個力做功的代數(shù)和，即6 J8 J2 J，選項C正確點評 上面例題考查恒力做功和總功的計算，要注意統(tǒng)一成國際單位，并嚴(yán)格按照公式進(jìn)行計算備用習(xí)題1讓小球由靜止沿一個斜面滾下，小球?qū)L上另一個對接斜面，沒有摩擦?xí)r，hA_hB，如圖所示小球運動中_的量叫能量答案 守恒備用習(xí)題2(多選)質(zhì)量為m的物體放在粗糙的水平面上，受到水平力F的作用，下列敘述中正確的是()A如果物體做勻加速直線運動，則力F一定做正功B如果物體做勻加速直線運動，則力F可能做負(fù)功C如果物體做勻減速直線運動，則力F可能做正功D如果物體做勻減速直線運動，則力F可能做負(fù)功答案 ACD解析 物體在粗糙的水平面上運動一定要受到摩擦力，當(dāng)物體在力F作用下做勻加速直線運動時，力F與位移的夾角為0，力F對物體一定做正功；當(dāng)物體在力F作用下做勻減速直線運動時，力F與位移的夾角可以為0也可以為180，故力F對物體可以做正功，也可以做負(fù)功備用習(xí)題3如圖所示，利用斜面從貨車上卸貨，每包貨物的質(zhì)量m20 kg，斜面傾角37，斜面的長度l0.5 m，貨物與斜面間的動摩擦因數(shù)0.2，求貨物從斜面頂端滑到底端的過程中受到的各個力所做的功以及合外力做的功(取g10 m/s2)答案重力做的功為60 J支持力不做功摩擦力做的功為16 J合外力做的功為44 J解析斜面上的貨物受到重力G、斜面支持力FN和摩擦力f共三個力的作用貨物位移的方向沿斜面向下，可以用正交分解法，將貨物所受的重力分解到與斜面平行的方向和與斜面垂直的方向可以看出，三個力中重力備用習(xí)題和摩擦力對貨物做功，而斜面支持力對貨物沒有做功其中重力G對貨物做的功W1mglsin 3720100.50.6 J60 J支持力FN對貨物沒有做功，W20摩擦力f對貨物做負(fù)功W3mgcos 37lcos 1800.220100.80.5 J16 J所以，外力做的總功為WW1W2W3(60016) J44 J.若先計算合外力再求功，則合外力做的功WF合l(mgsin 37mgcos 37)l(20100.60.220100.8)0.5 J44 J.自我檢測1(能量轉(zhuǎn)化與守恒思想的理解和應(yīng)用)如果某一物體在某一過程中動能和勢能總量是守恒的，則對這句話的理解正確的是()A就是指勢能和動能都不變化B當(dāng)動能增加時，勢能一定減少C當(dāng)動能增加時，勢能有可能增加D這樣的過程是不存在的答案 B解析 動能和勢能總量守恒是指在一個過程中，動能、勢能可能發(fā)生變化，但其總量不變，因此A錯誤；在總量不變的前提下，動能增加了，必定是勢能減少了，此時是勢能轉(zhuǎn)化為動能，而不可能兩者都增加或兩者都減少，所以B正確，C錯誤；在一定的條件下，動能和勢能總量是有可能守恒的，所以D錯誤自我檢測2(對功的正負(fù)的理解和判定)一個人乘電梯從1樓到18樓，在此過程中經(jīng)歷了先加速，后勻速，再減速的運動過程，則電梯支持力對人做功情況是()A始終做正功B加速時做正功，勻速時不做功，減速時做負(fù)功C加速時做正功，勻速和減速時做負(fù)功D加速和勻速時做正功，減速時做負(fù)功答案 A解析 人坐電梯向上加速運動時受到的支持力向上且大于重力，做正功；勻速運動時，支持力豎直向上且等于重力，做正功；減速運動時，支持力豎直向上且小于重力，做正功，故選項A正確自我檢測3(恒力做功的分析和計算)(多選)如圖716所示，坐在雪橇上的人與雪橇的總質(zhì)量為m，在與水平面成角的恒定拉力F作用下，沿水平地面向右移動了一段距離l.已知雪橇與地面間的動摩擦因數(shù)為，重力加速度為g，則雪橇受到的()A支持力做功為mglB重力做功為0C拉力做功為Flcos D滑動摩擦力做功為mgl答案 BC解析 根據(jù)功的概念可知，重力和支持力的方向為豎直方向，而位移的方向為水平方向，所以支持力和重力做功均為零，選項A錯誤，選項B正確；拉力做功為WFlcos ，選項C正確；雪橇受地面的摩擦力為(mgFsin )，所以滑動摩擦力做功為(mgFsin )l，選項D錯誤圖716