广东省惠州市惠东县安墩中学高中物理 4-1 功2 粤教必修2

第四章机械能和能源第一节功学习目标1.理解功的概念，知道力和物体在力的方向上发生的位移是做功的两个不可缺少的因素。2.知道功的公式W=FScosα,会用这个公式进行计算。3.理解正功和负功的概念，知道在什么情况下力做正功或负功。重点和难点重点：功的计算公式及其推导过程；判定物体所受各力是否做功，做功的正负，正负功的物理意义。难点：力是否做功的判定，对正负功的理解。学法指导：阅读教材64-66页，思考回答以下问题，时间：10分钟1.什么叫做功？功有哪两个因素？功的国际单位是什么？1J是如何定义的？2.以下恒力F做的功分别是多少？恒力做功的计算公式是什么？▲4.判定哪些情境力不做功并分析在什么情况下力对物体不做功？▲F2F1α的取值COSαW力做功情况α=π/2（直角）α＜π/2（锐角）π/2＜α≤π（钝角）等于零正值负值等于零正值负值F对物体不做功F对物体做正功F对物体做负功▲3.完成填空后思考：功是矢量还是标量？牵引力对汽车做正功8J

，说明牵引力是动力还是阻力？刹车时摩擦力对车做负功-9J

，说明摩擦力是动力还是阻力？8J大于-9J吗？▲FSFFSα

F当堂测试1．（单选）下列关于力做功的说法中，正确的是()A．人用力F=300N将足球踢出，球在空中飞行40m，人对足球做功1200JB．人用力推物体，但物体未被推动，人对物体做功为零C．物体竖直上升时，重力不做功D．只有恒力才能做功，变力不能做功2．（单选）关于功的概念，下列说法中正确的是（）A．力对物体做功多，说明物体的位移一定大B．力对物体做功少，说明物体的受力一定小C．力对物体不做功，说明物体一定无位移D．功的大小是由力的大小和物体在力的方向上的位移的大小确定的3.（双选）以下哪些情况表明力对物体做正功的是（）4.（双选）下列关于功的说法正确的是（）A.正功比负功大B.力对物体做正功，说明该力促进物体的运动C.力对物体做负功，说明该力阻碍物体的运动D.因为功有正功和负功，所以功是矢量5．（单选）起重机械的钢丝绳吊起一个质量为m的物体加速向上运动一段距离，作用在物体上的各个力的做功情况是（）A．重力做正功，钢丝绳的拉力做负功，合力做负功B．重力做负功，绳的拉力做正功，合力做正功C．重力做正功，绳的拉力做负功，合力做正功D．重力做负功，绳的拉力做正功，合力做负功αFSAαFSBαFSCαFSD6．（单选）如图所示，一个物体放在水平面上，在跟竖直方向成θ角的斜向下的推力F的作用下沿平面移动了距离s，若物体的质量为m，物体与地面之间的摩擦力大小为F1，则在此过程中()A．摩擦力做的功为F1s

B．力F做的功为C．力F做的功为D．重力做的功为mgs7.如图所示，用200N的拉力F在水平面上拉质量为30kg的物体向右行走20m。已知拉力和水平方向夹角是37°。物体与地面间的摩擦因数μ=0.2，则拉力F对物体做功为

J。则物体所受摩擦力做功

J，重力G做的功为

J.(sin37°=0.6,cos37°=0.8)F37°qF

小结一、功的概念物体受到力的作用，并沿力的方向发生一段位移，则该力对物体做了功二、做功的两个必要因素

1、作用在物体上的力F2、物体在力的方向上发生一段位移S′三、功的一般计算公式W=FSCOSα

四、功是标量，国际单位制中单位为J五、功的正负的物理意义：力对物体做正功，该力成为物体运动的动力力对物体做负功，该力成为为物体运动的阻力功是标量，功的正负既不表示方向，也不表示大小。5.总功的计算例：如图，一个物体在拉力F的作用下，水平向右匀速移动位移为s，求各个力对物体做的功是多少；各个力对物体所做功的代数和如何；物体所受的合力是多少；合力所做的功是多少。αFFNfGsαFFNfG解：重力和支持力不做功∵它们和位移的夹角为900F所做的功为：Ｗ1＝Fscosα，滑动摩擦力f所做的功为：Ｗ2＝fscos1800＝－fs各个力对物体所做功的代数和为：Ｗ=Ｗ1+Ｗ2=(Ｆcosα－f）s根据正交分解法求得物体所受的合力Ｆ=Ｆcosα－f，合力方向向右，与位移同向；合力所做的功为：Ｗ＝Ｆscos00＝（Ｆcosα－f）s解：重力和支持力不做功∵它们和位移的夹角为900F所做的功为：Ｗ1＝Fscosα，滑动摩擦力f所做的功为：Ｗ2＝

fscos1800＝－fs＝－

Fscosα各个力对物体所做功的代数和为：Ｗ=Ｗ1+Ｗ2=(Ｆcosα－f）s＝0因物体匀速运动则合力为0，那么合力做功为0求解物体在几个力的共同作用下发生一段位移时，这几个力对物体所做的总功可以用以下两种方法来求解。(1)分别求出每个力所做的功，然后求出所有功的代数和。即：W总=W1+W2+……+Wn(2)先求出物体所受的合力，然后再求出合力的功，即：W总=F合Scosα习题：一个质量m=2kg的物体，受到与水平方向成37°角斜向上的力F1=10N作用；在水平地面上移动距离s=2m，物体与地面间的摩擦力F2=4.2N，求外力对物体所做的总功.s1F2=37°mgF支解法1：W1=F1·s·cos37°W2=F2·s·cos180°Wmg=mg·s·cos90°WF支=F支·s·cos90°W=W1+W2+Wmg+WF支=7.6J解法2：经正交分解先求出物体受到的合力，然后计算合力对物体做的功。F合=F1cos37°-F2=8N W=F合·s·cos0°=7.6Js1F2=37°mgF支F11F12A、B两小球同时从距地面高h=15m处的同一点抛出，初速度大小均为v0=10m/s。A球竖直向下抛出，B球水平抛出，空气阻力不计，重力加速度取g=10m/s2。求：

(1)A经多长时间落地？（2）B球经多长时间落地？B球落地点距抛出点的水平距离是多大？

(3)A球落地时，A、B两球间的距离是多少？

例1、质量为m的滑快静止在质量为M的斜面上，斜面在水平恒力F作用下沿水平面匀速运动了位移L，滑块始终相对斜面静止。求（1）各个力对滑块所做的功（2）各个力对滑块做的总功LmMFSFNf

GSFNf

G摩擦力一定做负功吗？静摩擦力一定不做功吗？滑动摩擦力一定做功吗？课堂讨论v0v0mMS2S1Mv0m滑动摩擦力Ff对m做负功

W1=-FfS1滑动摩擦力Ff对Ｍ做正功

W2=FfS2一对滑动摩擦力对物体作功之和必定为负功滑动摩擦力对滑块做负功滑动摩擦力对桌不做功

结论:滑动摩擦力既可以做正功，也可以做负功，还可以不做功。关于滑动摩擦力做功FABA和B相对静止,一起加速运动静摩擦力对A做负功W=-FfS静摩擦力对Ｂ做正功Ｗ＝FfS一对静摩擦力做功之和必定为零关于静摩擦力做功结论:静摩擦力既可以做正功，也可以做负功，还可以不做功。课堂讨论一对平衡力中的一个力如果做正功，那么另一个力一定做负功吗？那么一对作用与反作用力，作用力做正功，反作用力一定做负功吗？SNSN一对作用力和反作用力在同一段时间内，可以都做正功、或者都做负功，或者一个做正功、一个做负功，或者都不做功。一对平衡力做的总功肯定为零；而一对作用力和反作用力在同一段时间内做的总功可能为正、可能为负、也可能为零。1.（单选）下列说法正确的是（）A、静摩擦力总是不做功B、滑动摩擦力一定对物体做负功C、一对滑动摩擦力做功的代数和一定为负值D、作用力和反作用力做功的代数和一定为零C2.（双选）下列说法正确的是（）A、一质点受两个力作用且处于平衡状态，这两个力在同一时间内做功的代数和可能不为零B、一质点受两个力作用且处于平衡状态，这两个力在同一时间内做的功或者都为零,或者大小相等符号相反C、在同样时间内,作用力和反作用力的功大小不一定相等,但符号一定相反D、在同样时间内,作用力和反作用力的功大小不一定相等,正负号也不一定相反BD课堂讨论做匀速圆周运动的物体受到的向心力做功吗？如图所示，小球用细线拴住在光滑的水平面上做匀速圆周运动。圆的半径是1m，小球的质量是0.1kg，线速度v=1m/s，则小球运动一周拉力做的功为多少？FvFv向心力永远不做功拓展变力做功对于变力做功不能依定义式直接求解，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计算。如弹簧的弹力做功就可以用此法计算。

W=FSCOSα3.利用Ｆ－Ｓ图像，Ｆ－Ｓ图线与坐标轴所包围的面积即是力Ｆ做功的数值。4.已知变力做功的平均功率Ｐ，则功Ｗ＝Ｐｔ。5.用动能定理进行求解：由动能定理Ｗ＝ΔＥＫ可知，将变力的功转换为物体动能的变化量，可将问题轻易解决。6.用功能关系进行求解。4、（单选）如图所示,某个力F=10N作用于半径为R=1m的转盘边缘上,力F的大小保持不变,但方向始终保持与作用点的切线方向一致,则转动一周这个力F做的功应为:A.0B.20π(J)C.10(J)D.20(J)BFR处理方法：化曲为直（微分法）3.（双选）把一个物体竖直向上抛出去，该物体上升的最大高度是h，若物体的质量为m，所受的空气阻力恒为f,则在从物体被抛出到落回地面的全过程中（）A、重力所做的功为零

B、重力所做的功为2mghC、空气阻力做的功为零

D、空气阻力做的功为-2fhAD空气阻力做的功在数值上等于阻力与全程物体路程的乘积第二单元配合物的形成和应用课程标准导航1.了解人类对配合物结构认识的历史。2.知道简单配合物的基本组成和形成条件。3.掌握配合物的结构与性质之间的关系。4.认识配合物在生产生活和科学研究方面的广泛应用。新知初探自学导引自主学习(2)配位键：共用电子对由一个原子单方向提供而跟另一个原子共用的共价键叫配位键。配位键可用A→B形式表示，A是_________________的原子，叫做电子对给予体，B是____________________的原子叫接受体。(3)形成配位键的条件提供孤电子对接受孤电子对①有能够提供_______________的原子，如______________等。②另一原子具有能够接受__________的空轨道，如___________________________等。孤电子对N、O、F孤电子对Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋、Ag＋想一想1.在水溶液中，Cu2＋与氨分子是如何结合成［Cu(NH3)4］2＋的呢？2.配位化合物(1)写出向CuSO4溶液中滴加氨水，得到深蓝色溶液整个过程的反应离子方程式。____________________________________;___________________________________________________________________________.Cu(OH)2+4NH3·H2O===［Cu(NH3)4］2++2OH-+4H2O(2)［Cu(NH3)4］SO4的名称为_______________________,它的外界为__________，内界为________________，中心原子为______，配位体为_______分子，配位数为_______。(3)配合物的同分异构体：含有两种或两种以上配位体的配合物，若配位体在____________________不同，就能形成不同几何构型的配合物，如Pt(NH3)2Cl2存在______和______两种异构体。硫酸四氨合铜［Cu(NH3)4］2＋Cu2+NH34空间的排列方式顺式反式想一想2.顺式Pt(NH3)2Cl2和反式Pt(NH3)2Cl2的化学式相同，它们的性质也相似吗？提示：不同，由于结构不同，所以其化学性质不相同。二、配合物的应用1.在实验研究中，人们常用形成配合物的方法来检验__________、分离物质、定量测定物质的组成。(1)向AgNO3溶液中逐滴加入氨水的现象为:_________________________________。产生的配合物是____________________。金属离子先生成沉淀，然后沉淀再溶解［Ag(NH3)2］OH(2)向FeCl3溶液中滴入KSCN溶液的现象：____________________________。产生的配合物是______________。2.在生产中，配合物被广泛用于________、______、___________、___________领域。3.生命体中的许多金属元素都以配合物形式存在。4.配合物在医疗方面应用也很广泛。5.模拟生物固氮也与配合物有关。有血红色溶液出现Fe(SCN)3染色电镀硬水软化金属冶炼自主体验1.配合物［Zn(NH3)4］Cl2的中心原子的配位数是()A.2 B.3C.4 D.5解析：选C。配合物［Zn(NH3)4］Cl2的中心原子是Zn2＋，配位体是NH3，配位数是4。2.下列不能形成配位键的组合是()A.Ag＋、NH3 B.H2O、H＋C.Co3＋、CO D.Ag＋、H+解析：选D。配位键的形成条件必须是一方能提供孤电子对，另一方能提供空轨道，A、B、C三项中，Ag＋、H＋、Co3＋能提供空轨道，NH3、H2O、CO能提供孤电子对,所以能形成配位键，而D项Ag＋与H＋都只能提供空轨道，而无法提供孤电子对,所以不能形成配位键。3.下列不属于配离子的是()A.［Ag(NH3)2］＋ B.［Cu(CN)4］2－C.［Fe(SCN)6］3－ D.MnO－4解析：选D。MnO－4无配位原子。4.向下列配合物的水溶液中加入AgNO3溶液,不能生成AgCl沉淀的是()A.［Co(NH3)4Cl2］Cl B.［Co(NH3)3Cl3］C.［Co(NH3)6］Cl3 D.［Co(NH3)5Cl］Cl2解析：选B。在配合物中，内界以配位键结合很牢固，难以在溶液中电离；内界和外界之间以离子键相结合，在溶液中能够完全电离。不难看出A、C、D三项中配合物在水中均电离产生Cl-，而B项无外界离子，不能电离。要点突破讲练互动探究导引1指出配合物[Pt(NH3)4Cl2]Cl2的配离子、中心离子、配位体、配位数及配位原子。提示：配离子指配合物的内界，中心原子指提供空轨道的原子或离子，要点一配合物的组成和结构配位体指提供孤电子对的分子或离子，配位数是配位体的总个数，配位原子指配位体中提供孤电子对的原子。配合物[Pt(NH3)4Cl2]Cl2的配离子为[Pt(NH3)4Cl2]2＋,中心原子是Pt4＋，配位体是NH3、Cl－，配位数为6，配位原子为N和Cl。探究导引2配离子[Ag(NH3)2]＋是如何形成的？提示：配离子[Ag(NH3)2]＋是由Ag＋和NH3分子反应生成的，由于Ag＋空的5s轨道和5p轨道形成sp杂化轨道，接受2个NH3分子提供的孤电子对，形成直线形的[Ag(NH3)2]＋，该过程图示如下。

要点归纳1.配合物的组成内界：中心体(原子或离子)与配位体，以配位键成键。外界：与内界电荷平衡的相反离子。有些配合物不存在外界，如[PtCl2(NH3)2]、[CoCl3(NH3)3]等。另外，有些配合物是由中心原子与配位体构成，如[Ni(CO)4]、[Fe(CO)5]等。2.配合物的结构配位数杂化轨道类型空间构型结构示意图实例2sp直线形[Ag(NH3)2]＋[Cu(NH3)2]＋配位数杂化轨道类型空间构型结构示意图实例4sp3正四面体形[Zn(NH3)4]2＋[ZnCl4]2－dsp2(sp2d)平面正方形[Ni(CN)4]2－[Cu(NH3)4]2＋6sp3d2(d2sp3)正八面体[AlF6]3－[Co(NH3)6]3＋即时应用1.化学家维多克·格利雅因发明了格氏试剂(RMgX)而荣获诺贝尔化学奖。RMgX是金属镁和卤代烃反应的产物，它在醚的稀溶液中以单体形式存在，并与二分子醚络合，在浓溶液中以二聚体存在，结构如下图：上述2种结构中均存在配位键，把你认为是配位键的用“→”在结构图中标出。解析:配位键是由孤电子对与空轨道形成的,Mg最外层有两个电子，可以与R、X形成离子键，而O原子中存在孤电子对，所以两个O(C2H5)2可以与Mg形成配位键。在二聚体中，同理，一个Mg与R、X相连，则另外一个X和O(C2H5)2，则与Mg形成配位键。答案：要点二配合物的性质探究导引现有两种配合物晶体[Co(NH3)6]Cl3和[Co(NH3)5Cl]Cl2，一种为橙黄色，另一种为紫红色。请设计实验方案将这两种配合物区别开来。提示：在[Co(NH3)6]Cl3中Co3＋与6个NH3分子配合成[Co(NH3)6]3＋，3个Cl－都是外界离子。而[Co(NH3)5Cl]Cl2中Co3＋与5个NH3分子和1个Cl－配合成[Co(NH3)5Cl]2＋,只有两个Cl－是外界离子。由于配合物中内界以配位键结合很牢固，难以在溶液中电离，而内界和外界之间以离子键结合，在溶液中能够完全电离。不难看出，相同质量的两种晶体在溶液中能够电离出的Cl－数是不同的，我们可以利用这一点进行鉴别。要点归纳1.配合物的颜色：当简单离子形成配合物时,其性质往往有很大的差异，颜色发生改变就是一种常见的现象，多数配离子都有颜色，如[Fe(SCN)6]3－为血红色、[Cu(NH3)4]2＋为深蓝色、[Cu(H2O)4]2＋为蓝色、[CuCl4]2－为黄色、[Fe(C6H6O)6]3－为紫色等等。我们根据颜色的变化就可以判断配离子是否生成，如Fe3＋离子与SCN－离子在溶液中可生成配位数为1～6的硫氰合铁(Ⅲ)配离子，这种配离子的颜色是血红色的，反应如下：Fe3＋＋nSCN－====[Fe(SCN)n]3－n，实验室通常用这一方法检验铁离子的存在。2.配合物的溶解性:有的配合物易溶于水，如[Ag(NH3)2]OH、[Cu(NH3)4]SO4、Fe(SCN)3等。利用配合物的这一性质，可将一些难溶于水的物质如AgOH、AgCl、Cu(OH)2等溶解在氨水中形成配合物。如在照相底片的定影过程中，未曝光的AgBr常用硫代硫酸钠(Na2S2O3)溶解，反应的化学方程式为：AgBr＋2Na2S2O3====Na3[Ag(S2O3)2]＋NaBr。金和铂之所以能溶于王水中，也是与生成配合物的溶解性有关，反应式为：Au＋HNO3＋4HCl====H[AuCl4]＋NO↑＋2H2O，3Pt＋4HNO3＋18HCl====3H2[PtCl6]＋4NO↑＋8H2O。配合物的颜色和溶解性还与配合物的空间结构有关，如顺式[Pt(NH3)2Cl2]和反式[Pt(NH3)2Cl2]的溶解性和颜色等性质有一定的差异，其中顺式[Pt(NH3)2Cl2]为极性分子,根据相似相溶原理,它在水中的溶解度较大,具体情况见前面的表格。3.配合物的稳定性：配合物具有一定的稳定性，配合物中的配位键越强,配合物越稳定.当作为中心原子的金属离子相同时，配合物的稳定性与配位体的性质有关。例如，血红素中的Fe2＋与CO分子形成的配位键比Fe2＋与O2分子形成的配位键强，因此血红素中的Fe2＋与CO分子结合后，就很难再与O2分子结合，血红素就失去了输送氧气的功能，从而导致人体CO中毒。即时应用2.配合物CrCl3·6H2O的中心原子Cr3＋的配位数为6，H2O和Cl－均可作配位体，H2O、Cl－和Cr3＋有三种不同的连接方式，形成三种物质：一种呈紫罗兰色、一种呈暗绿色、一种呈亮绿色。将它们配成相同物质的量浓度溶液，各取相同体积的溶液，向其中分别加入过量的AgNO3溶液，完全反应后，所得沉淀的物质的量之比为3∶2∶1。(1)请推断出三种配合物的内界，并简单说明理由；(2)写出三种配合物的电离方程式。解析：CrCl3·6H2O的中心原子Cr3＋的配位数为6，H2O和Cl－均可作配位体，则其化学式可表示为：[Cr(H2O)6－nCln]Cl3－n·nH2O，当其与AgNO3反应时，只有外界的氯离子可形成AgCl沉淀，再根据它们与AgNO3反应时生成AgCl沉淀的物质的量之比为3∶2∶1，可知分别有3个氯离子、2个氯离子、1个氯离子在外界，进而可分别写出各自的化学式，紫罗兰色：[Cr(H2O)6]Cl3，暗绿色：[Cr(H2O)5Cl]Cl2·H2O，亮绿色：