2019_20学年高中物理第七章习题课功和功率课件新人教版必修.pptx

习题课:功和功率,探究一,探究二,探究三,情景导引,装卸工人若将重物搬运到车上,通常采用下列方法: 用绳沿竖直方向匀速提拉重物放到车上。 沿竖直方向匀速搬起,举高放到车上。 利用光滑斜面将重物推上车。 比较上述方法中,工人所用的动力是否一样?动力做的功是否一样?重物的重力所做的功是否一样? 要点提示两种方法中的动力一样,大于第种方法中的动力,由功的公式可知,三种方法中动力做的功相等;重物的重力及在重力方向的位移相等,所以三种方法重物的重力所做的功一样多。,功的计算,随堂检测,探究一,探究二,探究三,知识归纳 1.恒力的功 功的公式W=Flcos ,只适用于恒力做功。即F为恒力,l是物体相对地面的位移,流程图如下:,随堂检测,探究一,探究二,探究三,2.变力做功的计算 (1)将变力做功转化为恒力做功。 当力的大小不变,而方向始终与运动方向相同或相反时,这类力的功等于力和路程的乘积。 (2)当变力做功的功率P一定时,如机车恒定功率启动,可用W=Pt求功。 (3)用平均力求功:若力F随位移x线性变化,则可以用一段位移内的平均力求功,如将劲度系数为k的弹簧拉长x时,克服弹力做的功,随堂检测,探究一,探究二,探究三,典例剖析 例1 一个劲度系数为k的轻弹簧,它的弹力大小与其伸长量的关系如图所示。弹簧一端固定在墙壁上,在另一端沿弹簧的轴线施一水平力将弹簧拉长,求在弹簧由原长开始到伸长量为x1过程中拉力所做的功。如果继续拉弹簧,在弹簧的伸长量由x1增大到x2的过程中,拉力又做了多少功?,随堂检测,探究一,探究二,探究三,解析:在拉弹簧的过程中,拉力的大小始终等于弹簧弹力的大小,根据胡克定律可知,拉力与拉力的作用点的位移x(等于弹簧的伸长量)成正比,即F=kx。F-x关系图象如图所示: 由图可知AOx1的面积在数值上等于把弹簧拉伸x1的过程中拉力所做的功,随堂检测,探究一,探究二,探究三,规律方法 图象法求解变力做功的方法 (1)图象类型:力位移图象(F-x图象),即所给图象是作用力随位移的变化关系,如图甲、乙所示: (2)求解方法:对于方向在一条直线上,大小随位移变化的力,作出F-x图象(或根据已给图象),求出图线与x坐标轴所围成的“面积”,就求出了变力所做的功。,随堂检测,探究一,探究二,探究三,变式训练1 在水平面上,有一弯曲的槽道AB,由半径分别为 和R的两个半圆构成。如图所示,现用大小恒为F的拉力将一光滑小球从A点拉至B点,若拉力F的方向时时刻刻均与小球运动方向一致,则此过程中拉力所做的功为( ) A.0 B.FR D.2FR,随堂检测,探究一,探究二,探究三,解析:小球受的拉力F在整个过程中大小不变,方向时刻变化,是变力。但是,如果把圆周分成无数微小的弧段,每一小段可近似看成直线,拉力F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,然后将各段做功累加起来。设每一小段的长度分别为l1,l2,l3ln,拉力在每一段上做的功W1=Fl1,W2=Fl2Wn=Fln,拉力在 答案:C,随堂检测,探究一,探究二,探究三,情景导引 如图所示,物体A放在长为L的木板B的右端, B放于光滑水平面上,现用力F向右拉木板。(1)若物体A相对木板B滑动,当B前进x时,物体A从木板B左端滑下,滑动摩擦力为Ff,求摩擦力分别对A、B做了多少功?这一对滑动摩擦力做功的总和为多少?(2)若物体A相对木板B没有滑动,当B前进x时,物体A受的静摩擦力为Ff,求摩擦力分别对A、B做了多少功?这一对静摩擦力做功的总和为多少? 要点提示(1)滑动摩擦力对A做的功为Ff(x-L),对B做的功为-Ffx,这两个摩擦力做功的总和为-FfL。(2)静摩擦力对A做的功为Ffx,对B做的功为-Ffx,这两个摩擦力做功的总和为0。,摩擦力做功的特点与计算,随堂检测,探究一,探究二,探究三,知识归纳 摩擦力做功 1.不论是静摩擦力,还是滑动摩擦力都可以是动力也可以是阻力,也可能与位移方向垂直,所以不论是静摩擦力,还是滑动摩擦力既可以对物体做正功,也可以对物体做负功,还可能不对物体做功。 (1)静摩擦力做功:若物体在倾斜的传送带上随传送带一起向上运动,静摩擦力做正功,若随传送带一起匀速向下运动,静摩擦力做负功;在粗糙的水平圆盘上的物体随圆盘做匀速圆周运动时,静摩擦力提供向心力,不做功。,随堂检测,探究一,探究二,探究三,(2)滑动摩擦力做功:如图所示,当将物体轻轻放在运动的传送带上时,滑动摩擦力对物体做正功;当传送带不动,物体冲上传送带时,滑动摩擦力对物体做负功;当物体在地面上滑动时,地面受到的滑动摩擦力不做功。 2.一对相互作用的静摩擦力等大反向且物体之间相对静止,即两个物体的对地位移相同,由W=Flcos 可判断两个相互作用的静摩擦力做功的总和为零。 3.一对相互作用的滑动摩擦力等大反向但物体之间相对滑动,即两个物体的对地位移不相同,由W=Flcos 可判断两个相互作用的滑动摩擦力做功的总和不为零。,随堂检测,探究一,探究二,探究三,画龙点睛 相互作用的一对滑动摩擦力中至少有一个做负功,两力所做的功的总和一定为负值。而相互作用的一对静摩擦力所做的总功一定等于零。,随堂检测,探究一,探究二,探究三,典例剖析 例2质量为M的木板放在光滑水平面上,如图所示。一个质量为m的滑块以某一速度沿木板表面从A点滑至B点,在木板上前进了l,同时 木板前进了x,若滑块与木板间的动摩擦因数为,求摩擦力对滑块、对木板所做的功各为多少?滑动摩擦力对滑块、木板做的总功是多少?,随堂检测,探究一,探究二,探究三,解析:由题图可知,木板的位移为lM=x时,滑块的位移为lm=l+x,m与M之间的滑动摩擦力Ff=mg。由公式W=Flcos 可得,摩擦力对滑块所做的功为Wm=mglmcos 180=-mg(l+x),负号表示做负功。摩擦力对木板所做的功为WM=mglM=mgx。这对滑动摩擦力做的总功:W=Wm+WM=-mg(l+x)+mgx=-mgl。 答案:-mg(l+x) mgx -mgl,随堂检测,探究一,探究二,探究三,变式训练2如图所示,通过一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组,将一重物匀速提高2 m,已知重物的质量为100 kg,动滑轮自身的质量为1 kg,绳的质量和摩擦均不计,(g取10 m/s2)求: (1)人的拉力及拉力做的功; (2)该机械的有用功和额外功。,随堂检测,探究一,探究二,探究三,解析:(1)由题意知,动滑轮和重物的整体受力平衡,而整体向上的方向有三根绳子承担,即3F=G1+G2=1 010 N 要使重物升高2 m,绳的作用点的位移s=3h=6 m。 拉力做的功WF=Fs=2 020 J。 (2)利用该机械是为了将重物提升2 m。 所以有用功为W有用=G1h=1 0002 J=2 000 J 而提升过程中,克服动滑轮的重力做功是不可避免的,这是额外功,所以额外功W额外=G2h=102 J=20 J。 答案:(1)336.7 N 2 020 J (2)2 000 J 20 J,随堂检测,探究一,探究二,探究三,情景导引 如图所示,小明同学在一个90 m长,高5 m的斜坡底端,骑自行车由静止开始加速向上爬,假定他的运动是匀加速运动,用30 s的时间爬到坡顶,且已知小明和车的总质量为54 kg,所受摩擦阻力为19.2 N,g取10 m/s2。 (1)小明同学在爬坡过程中的功率是多大?该功率是指哪个力的功率?是平均功率还是瞬时功率? (2)小明同学在爬到坡顶时的功率是多大?该功率是平均功率还是瞬时功率?,随堂检测,探究一,探究二,探究三,随堂检测,探究一,探究二,探究三,知识归纳 1.两个公式的不同 一般用来计算平均功率,而P=Fv一般计算瞬时功率,此时v为瞬时速度;但当v为平均速度时,也可计算平均功率。 2.应用公式P=Fv时需注意 (1)F与v方向在同一直线上时,P=Fv。 (2)F与v方向有一夹角时,P=Fvcos 。,随堂检测,探究一,探究二,探究三,典例剖析 例3 (多选)我国科学家正在研制航母舰载机使用的电磁弹射器。舰载机总质量为3.0104 kg,设起飞过程中发动机的推力恒为1.0105 N;弹射器有效作用长度为100 m,推力恒定。要求舰载机在水平弹射结束时速度大小达到80 m/s。弹射过程中舰载机所受总推力为弹射器和发动机推力之和,假设所受阻力为总推力的20%,则( ) A.弹射器的推力大小为1.1106 N B.弹射器对舰载机所做的功为1.1108 J C.弹射器对舰载机做功的平均功率为8.8107 W D.弹射器对舰载机做功的平均功率为4.4107 W,随堂检测,探究一,探究二,探究三,解析:对舰载机应用运动学公式v2-02=2ax,即802=2a100,得加速度a=32 m/s2;设总推力为F,对舰载机应用牛顿第二定律可知:F-20%F=ma,得F=1.2106 N,而发动机的推力为1.0105 N,则弹射器的推力为F推=(1.2106-1.0105) N=1.1106 N,选项A正确;弹射器对舰载机所做的功为W=F推l=1.1108 J,选项B正确;弹射过程所用的时间为 =4.4107 W,选项C错误,D正确。 答案:ABD,随堂检测,1.以一定的速度竖直向上抛出一个小球,小球上升的最大高度为h,空气的阻力大小恒为F,则从抛出至落回出发点的过程中,空气阻力对小球做的功为( ) A.0 B.-Fh C.-2Fh D.-4Fh 解析:从全过程看,空气的阻力为变力,但将整个过程分为两个阶段:上升阶段和下落阶段,小球在每个阶段受到的阻力都为恒力,且总是跟小球运动的方向相反,所以空气阻力对小球总是做负功。全过程空气阻力对小球做的功等于两个阶段所做功的代数和,即W=W上+W下=(-Fh)+(-Fh)=-2Fh。空气阻力、摩擦阻力是一种特殊的力,在计算这种力做的功时,不可简单地套用功的计算公式W=Flcos ,得出W=0的错误结论。从上面的正确结果可以看出:空气阻力做的功在数值上等于阻力与全过程中小球路程的乘积。故选C。 答案:C,探究一,探究二,探究三,随堂检测,探究一,探究二,探究三,随堂检测,2.起重机的吊钩下挂着质量为m的木箱,如果木箱以大小为a的加速度匀减速下降了高度h,则木箱克服钢索拉力所做的功为( ) A.mgh B.m(a-g)h C.m(g-a)h D.m(a+g)h 解析:木箱克服钢索拉力所做的功就是钢索对木箱做负功的大小,因钢索的拉力F=m(g+a),所以拉力做的功WF=-m(g+a)h,即木箱克服钢索拉力所做的功为m(g+a)h,D对。 答案:D,3. 如图所示,位于水平面上的物体A,在斜向