资源简介

(共42张PPT)
第一节 功
新粤教版（2019）高中物理必修第二册 第四章
第四章 机械能及其守恒定律
【观察与思考】
在下述的工作过程中，有什么共同点？
1.机械给工作对象施以力的作用；
2.工作对象沿力的方向发生了位移。
1、功的定义：
一个物体受到力的作用,并在力的方向上发生了一段位移，我们就说这个力对物体做了功。
2、做功的两要素：
﹙1﹚ 物体受力
﹙2﹚ 物体在力的方向上发生位移
一、功的概念：
3、功是一个过程量——反映了力在作用过程中对
空间位移的积累。
人对物体是否做了功？
1、力的方向与物体运动的方向相同
F 表示力的大小，s 表示位移的大小，用 W 表示力 F 所做的功：
当力的方向与物体位移方向不一致时，如何计算功呢？
W=Fs
二、功的计算：
2、力的方向与物体运动的方向不相同
W1= F1S= F COSαS
W2 = 0
W = W1 + W2
W = F SCOSα
1、公式：
力对物体所做的功，等于力的大小、位移的大小、力与位移夹角余弦这三者的乘积。
二、功的计算：
2、单位：
国际单位：焦耳（焦）
单位符号：J
１Ｊ＝１Ｎ×１m=1N·m
1J等于1N的力使物体在力的方向上发生1m的位移时所做的功。
3、物理意义：
W = F S cosα
4.功是标量
对功的公式的理解:
1. 公式只能用于求恒力的功;
2. 角是“力的方向和位移方向的夹角”
3. 功与物体做什么运动无关；
4. 位移都是以地面为参照系的。
答案：π – α
答案：π –α
指出下图力的方向和位移方向的夹角
答案：π
答案：α
1
α
F
l
l
2
α
F
3
F
l
4
l
F
α
三、正功和负功：
对功的公式： 的讨论
(3)当π/2 <α≤ π时，COS α<0，W <0 这时我们就说力对物体做负功。
讨 论
(1)当α=π/2 时，COS α=0，W =0 , 这时我们就说力对物体没做功。
(2)当0≤ α<π/2时，COS α>0，W>0,这时我们就说力对物体做正功。
W = F S cosα
（F是动力）
（F是阻力）
某力对物体做负功，往往说成物体克服
某力做功（取绝对值）
功的正负不表示方向，表示大小吗？
-10J的功与+5J的功哪个多？
功的正负表示做功的效果不同
思考思考
人登山时重力对人做负功，也可以说人克服了重力做功
W总=W1+W2+W3+……
4、功是标量，所以合力做的功（即总功）就等于各
分力做功的代数和：
W总=F合scosθ
力是矢量，故可以先用平行四边形定则求合力，再求
合力做的功：
注意如下几个问题：
1、讲到功，一定要指明是: 哪个力做功？在哪段位移
（哪段时间）内做功？
2、一个力对物体做负功，往往说成是 物体克服这个力做功。
3、功的公式 W=Fscosα 中，F是 恒力。
v
FN
G
F阻
F
α
5.功是标量，没有方向
正功说明此力为动力
负功说明此力为阻力
功的正负不是数量上的正与负，我们既不能说“正功和负功方向相反”也不能说“正功大于负功” ，它们仅表示相反的做功效果。
四、做功与能量变化的关系：
1.能量：物体对其他物体做功的本领，叫能量。
挥动的铁锤能改变铁条的形状,
湍急的河水能使水车转动,
风能够推动帆船航行.
铁锤、河水、风都具有能量.
铁锤对铁条做功时,铁锤的机械能转化为铁条的内能;
河水对水车做功时,河水的机械能转化为水车的机械能;
风对帆船做功时,风的机械能转化为帆船的机械能。
功是能量变化的量度.
2.功和能的关系：
做功的过程就是能量转化和传递的过程。做了多少功，就有多少能量发生转化。
表达式：W = ΔE
一名同学周末在家收拾客厅,在把一个木箱拉到客厅一角时,他想估算自己对这个木箱做了多少功.为了减小摩擦引起的噪声,以减轻对楼下住户的影响,他以斜向上与水平面约成60°夹角的恒力,沿直线缓慢拉动木箱移动了3m.利用体重计称得木箱质量约为30kg,通过相关资料查到木头与地面的动摩擦因数约为0.60,试估算: (取g=10m/s2)
例题
(1)这名同学对木箱的拉力在该过程中所做的功.
(2)木箱受到的外力做的总功.
(3)系统大约消耗了多少能量 这些能量去哪了
解得
解
(1)木箱的受力分析如图所示
木箱在竖直方向受力平衡
滑动摩擦力
根据功的计算公式,拉力对木箱所做的功
(3)因为木箱所受外力做的总功为0,而该同学对箱子的拉力做功264.81J,所以系统消耗了264.81J的能量,转化为箱子与地面摩擦产生的内能
(2)方法一: 滑动摩擦力对物体做功
则木箱受到的外力做的总功
方法二: 物体做匀速直线运动时,
F合=0. W总=0
小结
1、功的概念
2、做功的两个必不可缺少的因素：力和物体在力的方向发生的位移；
3、正、负功的判断方法；
4、功的公式W=F·S·cosα ；
5、总功等于合力对物体所做的功。
6、功和能的关系
练习
1.把质量为m 的物体，匀速地拉高h，则（ ）
A．重力做负功，拉力做正功
B．重力做正功，拉力做负功
C．重力做负功，拉力做负功
D．重力做正功，拉力做正功
A
2.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
3.质量为m的物体沿倾角为θ的斜面匀速滑下，在通过位移L的过程中( )
A.重力对物体做功mgL
B.重力对物体做功mgLsin
C.支持力对物体做功mgLcos
D.摩擦力对物体做正功，数值为mgLsin
B
4.用拉力F 将一个重为5N的物体匀速升高3m，在这个过程中，（ ）
A．拉力F 对物体做的功是15J
B．物体克服重力做的功是15J
C．合力对物体做的功是15J
D．合力对物体的功为0
ABD
5.放在粗糙水平地面上的物体，在10N的水平拉力作用下，以6 m/s的速度匀速移动4s，则拉力共做了 功，摩擦阻力对物体做了 的功.
-240J
240J
6.重20N的铁球在离地面40m的高处由静止开始下落，若空气阻力是球重的 0.2倍，那么在铁球从开始下落到着地的过程中，重力对小球做的功 ，空气阻力对小球做的功为 ，小球克服空气阻力做的功为 .
800J
-160J
160J
1.关于功的论述，下列说法中正确的是( )
A.大力做的功多
B.+5J的功比-5J的功多
C.物体做加速运动时做的功比做减速速运动时做的功多
D.+10J的功比+5J的功多
D
2.关于作用力和反作用力做功的关系, 下列说法正确的
是( )
A.当作用力做正功时，反作用力一定做负功.
B.当作用力不做功时，反作用力也不做功.
C.作用力和反作用力所做的功一定大小相等，正负符号相反.
D.作用力做正功时，反作用力可能做负功.
D
一对作用力和反作用力，
可以两个力均不做功；
可以一个力做功，另一个力不做功；
也可以一个力做正功，另一个力做负功；
还可以两个力均做正功或均做负功.
规律与方法：
3.如图，一个物体在拉力F的作用下，水平向右移动位移为s，滑动摩擦力为f，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。
α
F
FN
f
G
s
解：解法一:
重力和支持力不做功，因为它们和位移的夹角为90°；
F所做的功为：W1＝Fscosα，
滑动摩擦力f所做的功为：W2＝fscos180°＝－fs，
各个力对物体所做功的代数和为：
W=W1+W2=(Fcosα－f）s
解法二：
根据正交分解法求得物体所受的合力
F合=Fcosα－f，合力方向向右，与位移同向；
合力所做的功为：W＝F合scos0°＝（Fcosα－f）s
4、某人拉动小车沿半径为r的圆周运动一周，摩擦力大小为f，则此过程中摩擦力做的功是多少？
解析：从整个运动过程来看，F是方向不断变化的变力，若把圆周运动分割成很多小段，每一段近似为直线，f可以作为恒力，它做的功为：
W1=-f·Δs1
F所做的总功即为每一小段做功的代数和
W=-f·2πr
5.人在A点拉着绳通过一定滑轮吊起质量m=50kg的物体，如图所示，开始时绳与水平方向夹角为60°，当人匀速提起重物由A点沿水平方向运动s=2m到达B点时，绳与水平方向成30°角，求人对绳的拉力做了多少功
【解析】人对绳的拉力大小虽然始终等于物体的重力，但方向却时刻在变，而已知的位移s方向一直水平，
所以无法利用W=Fscosα直接求拉力做的功
而绳对物体的拉力则是恒力，可求出绳对物体的拉力做的功
设滑轮距地面的高度为h，人由A走到B的过程中，重物上升的高度等于滑轮右侧绳子增加的长度，
即：
若将位移s分解,结果如何
F
s
s1
s2
α
90。
s1=scosα
s2=ssinα
W1=Fs1=Fscosα
W2=0
W=Fscosα
例:一个质量ｍ＝2kg的小车，受到与水平方向成37°角斜向上方的拉力F1=10N，在水平地面上移动的距离l=2m。小车与地面间的摩擦力F2=4.2N。求外力对小车所做的总功。
F1
37°
F2
l
多个力做功，如何求总功？
如图：由W=Flcosα得:
拉力F1对小车做的功为：
W1=F1l cosα1
= 10×2× cos37°J=16J
摩擦力F2对小车做的功为：
W2=F2lcosα2
= 4.2 × 2 × cos180°J= -8.4J
外力对小车所做的总功W为： W=W1+W2=16J+（-8.4J）=7.6J
v
37
F1
F2
解：
方法一：
物体受力如图，小车所受到的合力 为： F合 =F1x―F2
= F1cos37°– F2
由W=Flcosα得：
外力对小车所做的总功为：
W=F合l cos0°
=（F1cos37°– F2）l cos0°
= 3.8 × 2 ×1
=7.6J
v
方法二：
解：
如图所示,小物块位于光滑的斜面上,斜面位于光滑的水平面上.从地面上看,在小物块从斜面顶端下滑至底端的过程中,斜面对小物块的作用力物体受到的各力是否做功？做正功还是做负功？
思考探究：
S
FN
mg
结论：
1、重力对物体做正功
2、支持力对物体做负功
光滑
一小球被绳牵引着在水平面上做匀速圆周运动,绳的拉力对小球做了功吗
T
V
力每时每刻与速度垂直，拉力不做功
判断力是否做功及做功正负的方法
(1)看力F的方向与位移s的方向间的夹角α——常用于恒力做功的情形。
(2)看力F的方向与速度v的方向间的夹角α——常用于曲线运动的情形。
若α为锐角则做正功，若α为直角则不做功，若α为钝角则做负功。
判断功的正、负

展开更多......

收起↑