新教材同步系列2024春高中物理第八章机械能守恒定律1功与功率课件新人教版必修第二册

第八章机械能守恒定律①物理观念：能理解功、功率、动能、重力势能及机械能守恒定律的内涵，定性了解弹性势能；能用动能定理和机械能守恒定律等分析解释生产、生活中的相关现象，解决一些相关的实际问题；能体会守恒观念对认识物理规律的重要性．具有与功和机械能相关的初步的能量观念．②科学思维：能基于熟悉的问题情境建构物理模型并运用机械能守恒定律解决问题，会分析机械能守恒的条件；能从机械能守恒的角度分析动力学问题，通过推理，获得结论；能用与机械能守恒定律等相关的证据说明结论；能从不同视角解决动力学问题．③科学探究：能完成“验证机械能守恒定律”等物理实验；能提出实验中可能出现的物理问题；能在他人帮助下设计实验方案，获取数据；能分析数据、验证机械能守恒定律；能反思实验过程，尝试减小实验误差；能撰写比较完整的实验报告，在报告中能呈现实验表格及数据分析过程，尝试利用实验数据进行讨论交流．④科学态度与责任：通过对机械能守恒定律的验证，能认识科学规律的建立需要实验证据的检验；有较强的学习和研究物理的兴趣；能认识机械能守恒定律对日常生活的影响．本章重点①功、

功率、动能、势能的概念；②动能定理、机械能守恒定律两个重要规律．本章难点①动能定理的应用；②机械能守恒定律的应用；③能量守恒定律的应用；④实验：验证机械能守恒定律．1功与功率学习目标学法指导1．理解功的概念，掌握功的计算公式2．知道正功、负功及判断方法3．理解功率的概念，能区分和计算平均功率和瞬时功率4．学会分析汽车的启动问题1．回顾初中学过的功的相关内容，理解功和功率等相关物理概念；通过矢量分解的方法，将力与位移不在一条直线上时功的计算转化为初中探究过的两种(平行、垂直)特殊情况处理2．通过实例分析，理解正功和负功、平均功率、瞬时功率、额定功率、输出功率等含义．掌握功和功率问题的分析计算方法知识导图课前·

自主预习1．功的概念和公式功、正功和负功概念物体在力的作用下_________________发生了变化，那么这个力一定对物体做了功因素(1)力；(2)物体在__________上发生的位移公式(1)力F与位移l同向时：W＝______(2)力F与位移l有夹角α时：W＝__________符号含义其中F、l、cosα分别表示____________、____________、力与位移夹角的余弦符号单位F的单位是______，l的单位是________，W的单位是________沿力方向的位移力的方向FlFlcosα力的大小位移大小NmJ2．正功和负功功有正、负之分，但功是________(选填“标量”或“矢量”)，功的正负只表示是动力做功还是阻力做功．请根据功的公式完成下表．正功和负功的判断标量W>0W＝0W<03．总功的计算总功的计算有如下方法：(1)W合＝______________(α为F合与位移l的夹角).(2)W合＝W1＋W2＋…＋Wn(即总功为各个分力所做功的__________).F合lcosα代数和物体受力的同时又有位移发生，那么力一定做功吗？【答案】不一定，还要看力与位移是否垂直．如图所示，一个物块在与水平方向成α角的恒力F作用下，沿水平面向右运动一段距离s，在此过程中，恒力F对物块所做的功为

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)【答案】D【解析】根据W＝Flcosθ得W＝Fscosα，选项D正确．1．功率的概念(1)定义：功W与完成这些功所用时间t的________．(2)定义式：__________．(3)单位：在国际单位制中，功率的单位是________，简称“瓦”，用W表示．(4)物理意义：功率是标量，它是表示物体____________的物理量.功率比值瓦特做功快慢2．功率与速度(1)功率与速度关系式：P＝________(F与v方向相同).(2)推导：(3)在P＝Fv中，若v是平均速度，则P是平均功率；若v是瞬时速度，则P是瞬时功率．FvFlvtFv3．额定功率与实际功率按机械的工作状态分为额定功率与实际功率，其对比如下：项目定义特点联系额定功率发动机正常条件下长时间工作的______________不同机械额定功率可能不同，但同一机械额定功率不变为了机械的安全P实≤P额实际功率发动机_________时的输出功率同一机械实际功率随工作情况而变最大输出功率实际工作由于P＝Fv，那么随着汽车速度增大，功率也会无限增大吗？【答案】不会．汽车发动机通过变速箱将动力传输给运动系统，一般赛车的变速箱有1挡到5挡5个逐次增高的前进挡位，在发动机输出功率不变时，挡位越高车速越快，加大油门可以增大发动机的输出功率．如图所示是赛车越野比赛时正在爬坡的情形，为了能够顺利爬上陡坡，司机应该

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)A．拨1挡，减小油门B．拨1挡，加大油门C．拨5挡，减小油门D．拨5挡，加大油门【答案】B课堂·

重难探究1．正功、负功的意义功的计算和正、负功的判断正功力对物体做正功，这个力对物体来说是动力负功力对物体做负功，这个力是阻力，对物体的运动起阻碍作用，也可说物体克服阻力做功，取正值说明(1)不能把负功的负号理解为力与位移方向相反，更不能错误地认为功是矢量，负功的方向与位移方向相反(2)一个力对物体做了负功，往往说成物体克服这个力做了功(取绝对值)，即力F做负功，－Fl等效于物体克服力F做功Fl2．合力做功的求法(1)先求各力做功再求代数和：W总＝W1＋W2＋…＋Wn，式中W1、W2、…、Wn分别表示为F1、F2、…、Fn对物体所做的功．(2)先根据力的合成法则求合力再求合力的功：W总＝F合lcosα，公式中F合为n个力F1、F2、…、Fn的合力，l为物体的位移，α为F合与位移l的夹角，仅适用于受力恒定的情况．例1

如图所示，质量为m的物体静止于倾角为α的斜面上，当斜面体受力后，物体随斜面一起沿水平面匀速移动距离l.(1)求物体所受各力对物体做的功分别是多少？(2)斜面对物体做的功是多少？(3)合外力对物体做的功是多少？解：(1)物体做匀速直线运动，在重力G、支持力FN和摩擦力Ff这三个力的作用下处于平衡状态，各力均为恒力，由题中物体受力分析图可得各力的大小分别为变式1

(2023年肇庆一中期中)某校高三年级的体育生积极进行体育学科的高考备考，体育生在体育训练中拖着旧橡胶轮胎跑步是身体耐力训练的一种有效方法(如图).如果体育生拖着轮胎在水平直道上跑了200m，那么下列说法正确的是

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)A．摩擦力对轮胎做了负功B．重力对轮胎做了正功C．拉力对轮胎不做功D．支持力对轮胎做了正功【答案】A【解析】轮胎受到地面的摩擦力方向水平向左，而位移水平向右，两者夹角为180°，则轮胎受到地面的摩擦力对轮胎做负功，A正确；轮胎受到的重力方向竖直向下，而轮胎的位移水平向右，则轮胎在竖直方向上没有发生位移，重力不做功，B错误；设拉力与水平方向的夹角为α，由于α是锐角，所以轮胎受到的拉力对轮胎做正功，C错误；轮胎受到地面的支持力竖直向上，而轮胎的位移水平向右，则轮胎在竖直方向上没有发生位移，支持力不做功，D错误．(1)求恒力做功时，要先对物体进行受力分析，求出力的大小和方向，然后再应用功的公式求解．(2)求合力的功时，可以先求合力再求功，也可以先求各力做的功，再求各力做功的代数和．1．功率的定义式和推导式功率的理解和计算2．公式P＝Fv的应用(1)由于表达式W＝Fl适用于力F与位移l同方向的情况，故P＝Fv适用于力F和速度v同方向的情况．(2)当力F和速度v不在同一直线上时，也可以将力F分解为沿v方向的分力F1和垂直于v方向的分力F2，F2不做功，其功率为零，分力F1的功率即力F的功率；或者分解速度，用力F乘沿F方向上的分速度，故其一般表达式为P＝Fvcosα.例2

如图所示，质量为m＝2kg的木块在倾角θ＝37°的足够长斜面上由静止开始下滑，斜面固定且木块与斜面间的动摩擦因数为μ＝0.5.已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g取10m/s2，求：(1)前2s内重力做的功；(2)前2s内重力的平均功率；(3)2s末重力的瞬时功率．变式2

(2023年江门一中月考)如图所示为古代的水车，该水车周边均匀分布着n个盛水的容器．在流水的冲力作用下，水车边缘以速率v做匀速转动，当装满水的容器到达最高处时将水全部倒入水槽中．设每个盛水容器装入水的质量均为m，忽略容器装水的过程和水车浸入水的深度．已知重力加速度为g，则水车运水的平均功率为 (

)【答案】C计算功率应该注意的问题(1)首先应该明确所求的功率是平均功率还是瞬时功率，计算平均功率与瞬时功率选择的公式不同．(2)求平均功率时，应明确是哪一段时间内的平均功率；求瞬时功率时，应明确是哪一时刻的瞬时功率．(3)应该明确是哪一个力对物体做功的功率，是动力还是阻力，是恒力还是变力等．不同情况应选择不同的公式．1．列车以恒定功率启动的运动过程所以列车达最大速度时，a＝0，F＝Ff，P＝Fvmax＝Ffvmax，这一启动过程的v－t图像如图甲所示．列车启动问题甲2．列车以恒定加速度启动的运动过程这一启动过程的v－t图像如图乙所示．乙[特别提醒](1)列车以恒定功率启动的运动过程是加速度逐渐减小的变加速运动．(2)列车以恒定加速度启动的运动过程可按两个阶段处理，即先匀加速启动达到额定功率，再以恒定功率运动达到最大速度．变式3

(多选)(2023年佛山实验中学段考)质量m＝180kg的小型电动汽车在平直的公路上由静止启动，如图甲所示为汽车运动的速度与时间的关系，图乙为汽车牵引力的功率与时间的关系．设汽车在运动过程中所受阻力不变，在18s末汽车的速度恰好达到最大．重力加速度g取10m/s2，则下列说法正确的是

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)A．汽车受到的阻力为200NB．汽车的最大牵引力为900NC．汽车在做变加速运动持续的时间为10sD．8～18s内汽车牵引力做的功为3.6×103J【答案】BC汽车以恒定功率启动，速度增大，牵引力减小，做加速度逐渐减小的加速运动，直到牵引力等于阻力为止；汽车以恒定加速度启动，牵引力和阻力恒定，随着速度增加，它的实际功率逐渐增大，直到Fv等于额定功率为止．在变力做功的过程中，当有重力势能、弹性势能以及其他形式的能量参与转化时，可以考虑用功能关系求解．因为做功的过程就是能量转化的过程，并且转化过程中能量守恒．核心素养应用1．求解变力做功的常用方法变力做功的问题是一个难点，通过对变力做功问题的归类讨论，有利于提高学生灵活运用所学知识解决实际问题的能力，有利于培养学生的创造性思维，开拓学生解题的思路．科学思维——变力做功的计算方法方法以例说法微元法质量为m的木块在水平面内做半径为R的圆周运动，运动一周克服摩擦力做功Wf＝Ff·Δx1＋Ff·Δx2＋Ff·Δx3＋…＝Ff(Δx1＋Δx2＋Δx3＋…)＝Ff·2πR2．摩擦力做功的特点分类静摩擦力滑动摩擦力对单个物体做功既可以做正功，也可以做负功，还可以不做功既可以做正功，也可以做负功，还可以不做功能量的转化在静摩擦力做功的过程中，只有机械能从一个物体转移到另一个物体(静摩擦力起着传递机械能的作用)而没有机械能转化为内能相互摩擦的物体通过滑动摩擦力做功，将部分机械能从一个物体转移到另一个物体，同时有部分机械能转化为内能，此部分能量就是系统机械能的损失量分类静摩擦力滑动摩擦力一对相互作用的摩擦力做的总功一对相互作用的静摩擦力所做功的代数和等于零一对相互作用的滑动摩擦力对物体系统所做的总功是负值，大小等于摩擦力与相对路程的乘积，即Wf＝－Ff·s相，说明物体克服摩擦力做功，系统损失的机械能转变成内能认识误区例如人走路、起跑、爬竿等情况，静摩擦力并未在施力的过程中有位移的积累，所以这三种情况下静摩擦力都是没有做功的斜面模型中滑动摩擦力做功与斜面倾角无关，只与斜面在水平方向的投影位移和摩擦系数有关，即Wf＝f·l＝μmglcosθ＝μGx水平；曲面模型滑动摩擦力做功需考虑压力的变化例4

(2023年中山二中月考)滑板运动是青少年喜爱的一项运动，一块滑板由板面、滑板支架和四个轮子等部分组成．如图，一位练习者踩着滑板在水平地面上向右减速滑行，若练习者的脚受到的摩擦力为f1，脚对滑板的摩擦力为f2，下列说法正确的是 (

)A．f1做正功，f2做负功B．f1做负功，f2做正功C．f1、f2均做正功D．因为是静摩擦力，f1、f2都不做功【答案】B【解析】由题意可知练习者和滑板一起向右减速滑行，即加速度方向向左，由牛顿第二定律可知，练习者的脚受到的摩擦力f1方向向左，由牛顿第三定律可知，滑板受到脚的摩擦力f2方向向右，人和滑板一起向右运动，故练习者的脚受到的摩擦力f1做负功，脚对滑板的摩擦力f2做正功，A、C、D错误，B正确．例5

(2023年黔南模拟)在多年前的农村，人们往往会选择让驴来拉磨把食物磨成面，假设驴对磨杆的平均拉力为600N，半径r为0.5m，匀速转动一周为5s，则

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)A．驴转动一周拉力所做的功为0B．驴转动一周拉力所做的功为600πJC．驴转动一周向心力做功为650πJD．磨盘边缘的线速度为0.1πm/s【答案】B小练·

随堂巩固1．运输物资的汽车以额定功率上坡时，为增大汽车的牵引力，司机应使汽车的速度

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)A．减小

B．增大C．保持不变

D．先增大后保持不变【答案】A【解析】由P＝Fv可知，在功率一定的情况下，当速度减小时，汽车的牵引力就会增大，此时更容易上坡，故A正确．2．一质量5kg的物体做自由落体运动，在下落过程中第2s内，重力对该物体做的功为W，在第3s末重力的功率为P，g取10m/s2.下面说法正确的是

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)A．W＝750J,P＝1500WB．W＝1000J，P＝750WC．W＝1000J，P＝1500W