高中物理新课标人教必修二课件72功

1、新课标人教版课件系列,高中物理,必修,5.2,功,教学目标,一）知识与技能,理解功的概念并会运用功的定义式求解功,二）过程与方法,理解正负功的含义，并会解释生活实例,三）情感、态度与价值观,功与生活联系非常密切，通过探究功来探究生活实例,教学重点,理解功的概念及正负功的意义,教学难点,利用功的定义式解决有关问题,教学方法,教师启发、引导，学生自主阅读、思考，讨论、交流学习成果,教学工具,计算机、投影仪,CAI,课件、录像片,一、功的概念,1,定义：物体受到力的作用，并在,力方向上,发生一段位移，就,说力对物体做了功,2,公式：W=Fscos，其中为,F,与,s,的夹角,F,是力的大小,s,一,

2、般是物体相对地面的位移，而不是相对于和它接触的物体的位,移,3,应用中的注意点,公式,只,适用于,恒力,做功,F,和,S,是对应同一个物体的,恒力做功多少只与、及二者夹角余弦有关，而与物体的,加速度大小、速度大小、运动时间长短等都无关，即与物体的,运动性质无关，同时与有无其它力做功也无关,4,物理意义：功是能量转化的量度,5,单位：焦耳,J,1J=1Nm,6,功是标量，没有方向、但是有正负,正负表示能量转化的方向,表示物体是,输入了能量还是输出了能量,当0,90,时,W,0,力对物体做正功,若物体做直线运动，由,力和位移夹角,来判断较方便,当=90时,W=0,力对物体不做功,当,90,180时

3、,W,0,力对物体做负功或说成物体克服这个力做,功,若物体做曲线运动，利用,力和速度的夹角来判断做,时，力对物体做正功,时，力对物体不做功,时，力对物体做负功（或物体克服力做功,7,合力的功有两种方法,1,先求出合力，然后求总功，表达式为,cos,S,F,W,为合力与位移方向的夹角,2,合力的功等于各分力所做功的代数和，即,2,1,W,W,W,例,1,重,30N,的物体在大小为,20N,方向与地面成,30,角的拉力作用下沿光滑水平面前进,3m,则合,外力对物体做了,J,的功,30,3,练习,1,在光滑的水平面和粗糙的水平面上各放一质量,不同的木块，在相同的拉力作用下，通过相同的位移,拉力对木块

4、做的功,A,在光滑的水平面上较多,B,在粗糙的水平面上较多,C,一样多,D,由小车运动所需的时间决定,C,例,2,质量为,m,的物块放在光滑的水平面上,绳的一端固定，在绳的另一端,经动滑轮用与水平方向成角、大小为,F,的力拉物块，如图示，将物块由,A,点拉至,B,点，前进,S,求外力对物体所做的总功有多大,F,A,B,s,解一：注意W=FS cos中的,S,应是力的作用点的位移,当物体向右移动,s,时,力,F,的作用点既有水平位移,S,又有沿绳向的位移,S,合位移为,S,合,F,A,s,s,S,合,S,合,2S cos/2,W=F S,合,cos/2 =FS(1+cos,解二：外力对物体所做的

5、总功等效于水平绳和斜绳上的两个力做功的代数和,F,F,W=FS+FS cos =FS,1+cos,A,B,F2,F1,练习,2,如图所示，物体受到二,个水平恒力,F,1,和,F,2,相作用,F,1,和,F,2,互垂直,物体沿光滑水平面从,A,点运动到,B,点的过程中，位移为,S,AB,连线与,F,1,间的,夹角为,则下面关于外力做的功的表达式一定正确的是,A,B) (F,1,F,2,S,C) F,1,Scos,F,2,Ssin,D) F,1,Ssin,F,2,Scos,s,F,F,2,2,2,1,为合外力与位移的夹角,注意,合外力是矢量，本题的合外力,与位移的夹角,难以确定，并不等于,若,v,

6、A,0,时才等于,cos,S,F,W,用总功等于各力做功的代数和求之,C,二,变力做功,对于变力做功不能依定义式,cos,Fs,W,直接求解，但可依物理规律通过技巧的转化间接求解,1,可用,微元法,无限分小法,来求,过程无限分小后,可认为每,小段是恒力做功,2,平均力法,若变力大小随位移是,线性,变化，且,方向不变,时，可将变力的,平均值求出后用公式,cos,2,cos,2,1,s,F,F,s,F,W,计算。如弹簧的弹力做功就可以用此法计算,3,利用图像,图线与坐标轴所包围的面,积即是力做功的数值,4,已知变力做功的平均功率，则功,5,用,动能定理,进行求解,由动能定理,可知，将变力的功转换为

7、物,体动能的变化量，可将问题轻易解决,6,用,功能关系,进行求解,例,3,一辆马车在力,F=100N,的作用下绕半径为,50m,的,圆形轨道做匀速圆周运动，当车运动一周回到原位,置时，车子克服阻力所做的功为多少,解,阻力的方向时刻在变，是变力做功的问题，不,能直接由功的公式计算,采用微元法解之，将圆分成很多很多小段，在这些小,段中，力可以看作恒力，于是,W,f,fs,1,fs,2,fs,3,fs,4,fs,5,fs,Fs,100,2R,3.14,10,4,J,W,克,W,f,3.14,10,4,J,用平均力法,铁锤每次做功都用来克服铁钉阻力做的功，但摩擦阻,力不是恒力，其大小与深度成正比,F=

8、-f=kx,可用平均阻力来代替,如图,a,例,4,用铁锤将一铁钉击入木块，设木块对铁钉的阻力与铁钉进入木块,内的深度成正比,在铁锤击第一次时，能把铁钉击入木块内,1cm,问击,第二次时，能击入多少深度,设铁锤每次做功相等,解一,x,1,x,2,a,第一次击入深度为,x,1,平均阻力,F,1,1/2,kx,1,做功为,W,1,F,1,x,1,1/2,kx,2,1,第二次击入深度为,x,1,到,x,2,平均阻力,F,2,1/2,k(x,2,x,1,位移为,x,2,x,1,做功为,W,2,F,2,x,2,x,1,1/2,k(x,2,2,x,2,1,两次做功相等,W,1,W,2,2,解后有,x,2,x

9、,1,1.41cm,x=x,2,x,1,0.41cm,解二：用图像法,因为阻力,F=kx,以,F,为纵坐标,F,方向上的位移,x,为横,坐标，作出,F-x,图像，如图,b,x,F,0,x,1,x,2,kx,1,kx,2,b,曲线下面积的值等于,F,对铁钉做的功,S,1,S,2,面积,即,1/2,kx,2,1,1/2,k(x,2,x,1,(x,2,x,1,2,解后有,x,2,x,1,1.41cm,x=x,2,x,1,0.41cm,三、各种力做功的特点,重力做功特点,1,重点做功与路径无关，只与物体的始末位置高度差,2,重力做功的大小：W=mgh,3,重力做功与重力势能的关系,W,G,E,p,E,

10、p1,E,p2,此外，做功多少与路径无关的力还有：匀强电场中,的电场力做功，液体的浮力做功等,例,5,两个底面积都是,S,的圆桶，放在同一水平面,上，桶内装水，水的密度为，两桶间有一细管,连通，细管上装有阀门，阀门关闭时，两只桶,内水面高度差为,h,如图所示,现在把阀门打开,最后两桶水面高度相等，则在此过程中，重力,做的功为,h,4,1,2,gSh,练习,3,挂在竖直墙上的画长,1.8m,画面质量为,100g,下面画轴质量为,200g,今将它沿墙缓慢卷,起，需做,J,的功,g,取,10m/s,2,解,W= mg,1/2,h+Mgh=0.9+3.6 = 4.5 J,二,摩擦力做功的特点,1,静摩

11、擦力做功的特点,1,静摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做,功,2,在静摩擦力做功的过程中，只有机械能的相互转移,静摩擦力起着传递机械能的作用），而没有机械能转,化为其他形式的能,3,相互摩擦的系统内，一对静摩擦力所做功的代数,和总为零,1.AB,两物体叠放在水平面上，保持相对静止一,起向右做匀加速运动移动,S,则摩擦力,f,1,对,A,做,功,f,2,对,B,做,功,A,a,B,f,1,f,2,W,1,f S W,2,f S W,1,W,2,0,正,负,举例说明,2,小木块置于旋转的水平转台上，随转台,一起匀速转动，小木块受到的摩擦力对木,块做,功,f,0,若小木块随转台一起加速转动而

12、没有相对滑动,则小木块受到的摩擦力对木块做,功,正,3.AB,两物体叠放在水平面上,A,物体,用线系在墙上,B,物体在力,F,作用下向,右运动，则,f,1,对,A,做,功,f,2,对,B,做,功,F,B,A,f,1,f,2,0,负,4,正在运动的水平传送带上轻轻放一个小,木块，小木块受到的摩擦力对小木块做,功,V,f,开始物体在摩擦力的作用下做匀加速运,动，摩擦力对物体做正功,达到速度,v,后，物体不受摩擦力，做匀速,运动，不做功,5.AB,两物体叠放在水平面上,A,物体在,力,F,作用下在,B,物体上相对滑动,则,f,1,对,A,做,功,f,2,对,B,做,功,A,B,F,f,1,f,2,S

13、,S,2,S,1,W,1,fS,1,W,2,fS,2,W,1,W,2,f(S,2,S,1,f S,负,正,2,滑动摩擦力做功的特点,1,滑动摩擦力可以对物体做正功，也可以对物体做负功，当,然也可以不做功,2,一对滑动摩擦力做功的过程中，能量的转化有两个方面,一是相互摩擦的物体之间机械能的转移；二是机械能转化为内,能,3,一对滑动摩擦力的总功等于,fS,式中S指物体间的相对位移,4,转化为内能的量值等于滑动摩擦力与相对位移的乘积,即,W=Q,即摩擦生热,5,滑动摩擦力、空气摩擦阻力等，在曲线运动或往返运动时,等于力和路程（不是位移）的乘积,例,6,质量为,M,的长板放在光滑水平面上，一个,质量为

14、的滑块以速度,v,沿木板表面从,A,点滑,到,B,点，在木板上前进了,L,而木板在水平面上,前进了,s,如图，设滑块与木板间的动摩擦因,数为,求,1,摩擦力对滑块做的功,2,摩擦力对木板做的功,3,摩擦力做的总功,4,上述过程中机械能转化为内能的大小,图,6-1-2,解析】分别对滑块和木板进行受力分析，如图,所示,f,mg,f = f,摩擦力对滑块做的功为,W,m,-f(s+L),mg(s+L,摩擦力对木板做的功为,W,M,fs,mgs,摩擦力做的总功为,W=W,m,W,M,mgL,转化为内能的大小为,Q=-W,mgL,解题回顾】摩擦力是阻力,对滑块,时，它所,做的功是负功；摩擦力是动力,对木

15、板,时，它,所做的功是正功。我们还体会到摩擦力,f,和f,虽然是一对作用力和反作用力，但它们做的功,却不一定相等,练习,4,如图所示，在光滑水平面上放一木板，木板的左端放,一物体，对物体施加一水平恒力,F,将物体由静止开始从木板,右端拉出，如果第一次木板被固定在地面上，第二次木板未被,固定，则这两种情况下,A,摩擦力大小相同,B)F,做的功相同,C,摩擦产生热相同,D,物体获得的动能相同,A,F,B,A,F,B,f,1,f,2,f,1,f,2,S,S,2,S,1,A C,例,7,如图所示,PQ,是固定在水平桌面上的固定挡板,质量为,m,的小木块,N,从靠近,P,以一定的初速度向,Q,运,动，已

16、知物块与桌面间的动摩擦因数为,P,与,Q,相,距为,s,物块与,Q,板碰撞,n,次后，最后静止于,PQ,的,中点，则整个过程摩擦力所做的功为多少,n,为,自然数,解析：物块与,Q,板碰撞,n,次后，最后停在,PQ,中点，会,有两种可能，一种可能是与,Q,板碰后向,P,板运动至中点,而停止，设与,Q,板碰撞,n,次，则物体运动的路程为,2n,一,1/2,s,摩擦力所做的功为,W,f1,mg,2n-1/2,s,第二种可能是物块与,Q,板碰后再与,P,板碰撞向,Q,板运,动至中点而停止，在这种情况下，物体运动的路程为,2n,1/2,s,摩擦力所做的功为,W,f2,mg,2n,1/2,s,两种情况下，

17、摩擦力对物体均做负功,练习,5,如图所示，半径为,R,的孔径均匀的圆形弯管水,平放置，小球在管内以足够大的初速度,v,0,在水平面内,做圆周运动，小球与管壁间的动摩擦因数为，设从,开始运动的一周内小球从,A,到,B,和从,B,到,A,的过程中摩,擦力对小球做功分别为,W,1,和,W,2,在这一周内摩擦力,做的总功为,W,3,则下列关系式正确的是,A,W,1,W,2,B,W,1,W,2,C,W,3,0 D,W,3,W,1,W,2,解析：求某一力对物体所做的功值有多种思路，对于恒力（大,小、方向均不变的力）做功的情况，通常由,w,Fscos求,解对于变力（特别是方向发生变化的力）做功的情况，一般,

18、由功能转换关系求解对于后一种思路，一定要正确判断哪些,力做功，在外力做功的过程中，物体（或系统）的能量如何发,生变化，变化了多少,小球在水平弯管内运动，滑动摩擦力始终与速度方向相反,做负功，而小球在水平面内的圆周运动的向心力是由外管壁对,小球的弹力,N,提供的，由于转动半径,R,始终不变，摩擦力对小,球做负功，小球运动的速率逐渐减小，向心力减小即,N,减小,而,f,N，滑动摩擦力,f,也减小，即由下列关系,N=Fn=mv,2,R m,R,不变,v,减小，则,N,减小,f,N N减小，则,f,减小,W,fR f减小，则,W,减小,所以,W,1,W,2,W,1,W,2,都为负功，因此,W,3,W,

19、1,W,2,答案,AD,2,弹力做功的特点,弹力对物体可以做正功,可以不做功,也可以做负,功,例,8,如图所示，小物块位于光滑的斜面上，斜面位于,光滑的水平地面上。从地面上看，在小物块沿斜面下,滑的过程中，斜面对小物块的作用力,A,垂直于接触面，做功为零,B,垂直于接触面，做功不为零,C,不垂直于接触面，做功为零,D,不垂直于接触面，做功不为零,C,练习,6,一辆小车静止在光滑的水平导轨上,一个单摆球用线悬挂在车上，由图示位置无,初速释放，则小球在下摆的过程中，线对小,球的拉力做,功,负,例,9,如图示，板长为,L,板的,B,端放有质量为,m,的小物体，物体与板的动摩擦因素为，开始,时板水平，

20、若缓慢转过一个小角度的过程中,物,体,与,板,保,持,相,对,静,止,则,这,个,过,程,中,A,摩擦力对,P,做功为,mgLcos(1,cos,B,摩擦力对,P,做功为mgLsin(1,cos,C,弹力对,P,做功为mgLcossin,D,板对,P,做功为mgLsin,P,B,A,P,L,D,mg,f,N,练习,7,一个木箱放置在匀加速上升的自,动扶梯上，随自动扶梯一起上升，跟扶梯,保持相对静止。木箱所受的重力对木箱做,功，木箱所受的弹力对木箱做,功。木箱所受的摩擦力对木箱做,功,a,G,N,f,负,正,正,例,10,如图所示，把,A,B,两球由图示位置同时由,静止释放（绳开始时拉直），则在

21、两球向左下摆,动时下列说法正确的是,A,绳子,OA,对,A,球做正功,B,绳子,AB,对,B,球不做功,C,绳子,AB,对,A,球做负功,D,绳子,AB,对,B,球做正功,解析：由于,O,点不动,A,球绕,O,点做圆周运动,OA,对,球,A,不做功。对于,AB,段，我们可以想象，当摆角较小,时可以看成两个摆长不等的单摆，由单摆的周期公,式就可以看出,A,摆将先回到平衡位置,B,摆将落后,于,A,摆,AB,绳对,A,球做负功，对,B,球做正功。答案,CD,练习,8,质量为,m,的物体,A,置于粗糙的斜面上,斜面位,于水平面上,用力推斜面向左匀速移动位移,S,时，斜,面对物体,A,的弹力做功,斜面

22、对,物体,A,的摩擦力做功,A,F,S,f,N,mg,mgS sin,cos,mgS sin,cos,3,一对相互作用力做功特点,一对相互作用力可以同时做正功,一对相互作用力也可以同时做负功,一对相互作用力也可以作用力做正功，反作用力做负功,一对相互作用力也可以作用力做正功,反作用力不做功,一对相互作用力也可以作用力做负功,反作用力不做功,不要以为作用力与反作用力大小相等、方向相反，就一定有,作用力、反作用力的功数值相等，一正一负所以,作用力与反,作用力做功不一定相等，但冲量的大小相等,例,11,如下图,A,B,两辆小车上各放一个强磁铁，各以速度,V,相向运动，两磁体间,的相互作用力对,A,车做,功,两磁体间的相互作用力对,B,车做,功,N,N,S,S,A,B,V,V,正,正,若用手按住,B,车，则相互作用力对,A,车做