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(共30张PPT)
2.1 功与功率
2.2 动能定理
2.3 机械能守恒定律及其应用
第二章 功和能
2.1
功与功率
2.1.1 功
1.功的概念
定义：一个物体受到力的作用，并且在力的方向上产生了位移，我们就说这个力对物体做了功。
推汽车，汽车没有被推动，没有发生位移，人就没有做功
提水桶前进，力的方向上没有位移，人没有做功
问：举重运动员把杠铃举起来，他是否做了功？举起来后举着杠铃不动，此时是否做了功？
2.1
功与功率
2.1.1 功
2.功的计算
F：力的大小 s：位移 W：F对物体做的功
功是标量，单位是焦耳，简称焦，用符号J表示。
2.1
功与功率
当物体的运动方向与力的方向成一定的角度时：
2.功的计算
2.1
功与功率
当物体的运动方向与力的方向成一定的角度时：
2.功的计算
在物体发生位移s的过程中:
分力F2与位移垂直，物体在F2方向没有发生位移，分力F2所做的功为0；分力F1所做的功W等于F1s，而F1=Fcosα, 因此
2.1
功与功率
当物体的运动方向与力的方向成一定的角度时：
2.功的计算
总结：恒力对物体做的功，等于力的大小、位移的大小、力和位移间夹角的余弦这三者的乘积。
2.1
功与功率
3.正功和负功
功是标量，没有方向，但有正负
当 时， ， ，力的方向和位移的方向相同，力对物体做正功。
当 时， ，W为正值，力对物体做正功。
当 时， ，W=0，力和位移方向垂直，力对物体不做功。
当 时， ，W为负值，力对物体做负功。
当 时， ， ，力和位移方向相反，力对物体做负功。
如果 中F是几个力的合力，那么式中的 是合力方向与物体位移方向间的夹角，W就是合力做的功，合力做的功等于各个分力做功的代数和。
2.1
功与功率
3.正功和负功
例题1 物体重98 N，在与水平方向成37°向上的拉力作用下沿水平面移动10 m。已知物体与水平面间的动摩擦因数为0.20，拉力的大小为100 N，求：
① 作用在物体上的各力对物体做的总功；
② 合力对物体做的功。
解：
① 拉力F做的功为:
摩擦力Ff 的大小为
摩擦力做的功为
② 合力做的功为
2.1
功与功率
2.1.2 功率
1.功率的概念
定义：一个力所做的功W跟完成这些功所用时间t的比值，叫作功率。功率来表示物体做功的快慢。
用P表示功率，则
功率是标量，单位：瓦特（瓦），用符号W表示。
常用千瓦作为功率的单位，写作kW， 。
2.1
功与功率
2.1.2 功率
2.功率的计算
把 代入功率的公式，可得到 ，而 ，
因此，
当功率一定时，速度和牵引力成反比，要增大牵引力就要减小速度。
如果既要保证一定的速度又要有足够大的牵引力，就必须提高发动机的功率。
2.1
功与功率
2.1.2 功率
2.功率的计算
例题2 已知列车的总质量是500 t，额定功率是600 kW，设列车在运动过程中所受阻力均为车重的0.010倍。请问：
① 当列车以1 m/s、10 m/s的速度匀速行驶时，机车实际输出的功率是多少？
② 列车的极限速度是多少？
解：
① 列车的牵引力为
因此，当列车以1 m/s，10 m/s的速度匀速行驶时，机车实际输出的功率分别为
2.1
功与功率
2.1.2 功率
2.功率的计算
例题2 已知列车的总质量是500 t，额定功率是600 kW，设列车在运动过程中所受阻力均为车重的0.010倍。请问：
① 当列车以1 m/s、10 m/s的速度匀速行驶时，机车实际输出的功率是多少？
② 列车的极限速度是多少？
解：
② 由①得知列车的牵引力
则，
2.2
动能定理
一个物体能够做功，就说明它具有能量，简称能。
河水推动水车
风推动风车
演示实验： 探究动能与物体质量、速度的关系 详见课本P44
2.2
动能定理
2.2.1 动能
物体由于运动而具有的能量叫作动能。
物体的质量越大，速度越大，它的动能就越大。
表示物体的动能，
则，
动能是标量，单位：焦（耳），符号为J。
2.2
动能定理
2.2.1 动能
例题3 我国发射的第一颗人造卫星，质量为173 kg，轨道速度为7.2 km/s，则这颗卫星的动能是多少？
解：
根据动能的定义，卫星的动能是
2.2
动能定理
2.2.2 动能定理
如果有力对物体做了功，那么物体的动能如何变化呢？
如图，设一个质量为m的物体，初速度是 ，在恒定的水平力F的作用下，产生了水平位移s，物体的末速度变为 。
恒力推物体运动
2.2
动能定理
2.2.2 动能定理
在这一运动过程中，外力对物体做了功W，物体的动能发生了变化。
外力F所做的功为
又根据牛顿第二定律
而
综上即可得到
即合外力对物体做的功等于物体动能的增量，这个结论就叫作动能定理。
2.2
动能定理
2.2.2 动能定理
例题4 质量为3 kg的物体与水平地面之间的动摩擦因数为 ，在大小为9 N的水平恒力F作用下由静止开始运动。当物体向前运动8 m后撤去恒力F，请问物体还能滑出多远？（g取10 m/s2）
解：
在外力F作用下，对物体运动过程使用动能定理，假设在撤去F时物体的速度大小为 ，位移 ，
则有：
撤去外力F后，对物体运动过程使用动能定理，假设物体还能向前滑出位移的大小为 ，则
2.2
动能定理
2.2.2 动能定理
例题4 质量为3 kg的物体与水平地面之间的动摩擦因数为 ，在大小为9 N的水平恒力F作用下由静止开始运动。当物体向前运动8 m后撤去恒力F，请问物体还能滑出多远？（g取10 m/s2）
解：
二式相加，即可得到
即
2.3
机械能守恒定律及其应用
2.3.1 势能
1.重力势能
动能和势能统称为机械能，通常用E来表示。
机械能可以从一种形式转化为另一种形式。
势能
重力势能
弹性势能
定义：把物体由于被举高而具有的能量叫作重力势能。
演示实验： 探究重力势能与物体质量、高度的关系 详见课本P49-50
2.3
机械能守恒定律及其应用
2.3.1 势能
1.重力势能
实验表明，物体所处的位置越高，质量越大，其重力势能就越大。
则有：
重力势能是标量，其单位与功的单位相同，都写作J。
可以看出：物体距地面越高，重力势能越大；反之，就越小。
若物体质量为m，距地面高度为h，用 表示物体在h高度的重力势能，
2.3
机械能守恒定律及其应用
1.重力势能
例题5 某建筑工地使用的打桩机，在打桩的过程中需要将300 kg的重锤举到距地面20 m高的地方，那么重锤此时的重力势能是多少？下落到距地面15 m高时，其重力势能减少了多少？落到地面之后，其重力势能是多少？
解：
在20 m高处重锤的重力势能为
下落到15 m高时，其减少的重力势能为
落到地面时，高度 为0，所以重力势能为
2.3
机械能守恒定律及其应用
2.3.1 势能
2.弹性势能
定义：物体由于发生了弹性形变所具有的能量叫作弹性势能。
演示实验： 探究影响弹性势能的因素 详见课本P50-51
用力拉弹簧
物体发生单位形变量时所产生的弹力大小叫作劲度系数或弹性系数，用符号k表示。
弹性势能可以写作：
k为劲度系数，x为形变量。
2.3
机械能守恒定律及其应用
2.3.2 机械能守恒定律
1.机械能的相互转化
在物体自由落体过程中：
重力对物体做功，物体的高度下降，其重力势能减少；
与此同时，物体的速度越来越大，物体的动能增加。
说明，物体的重力势能→动能。
竖直向上抛出一个小球：
小球在上升过程中，重力做负功，其速度越来越小，其动能减小；
而它的高度增加，其重力势能增加，
说明，物体的动能→重力势能。
2.3
机械能守恒定律及其应用
2.3.2 机械能守恒定律
2.机械能守恒定律
演示实验： 观察动能与势能的相互转化 详见课本P51-52
小球摆动
结论:
在只有重力（或弹力）做功的情况下，物体的动能和重力势能（弹性势能）发生互相转化，机械能的总量保持不变。这个叫作机械能守恒定律。
2.3
机械能守恒定律及其应用
2.3.2 机械能守恒定律
2.机械能守恒定律
若一个质量为m的物体，从高度为h1的地方下落到高度为h2的地方，速度从v1增加到v2，如左图所示。
物体下落
在此过程中，物体减少的重力势能等于其增加的动能，动能和重力势能之和不变，
可表示为:
2.3
机械能守恒定律及其应用
2.机械能守恒定律
例题6 某人把质量为1 kg的小球从距离地面10 m高的地方斜向上抛出，小球抛出时的速度大小为5 m/s，不计空气阻力，则小球落地时的速度是多少？（g取10 m/s2）
解：
已知小球的质量m=1kg，初速度v1=5 m/s，高度h1=10 m，取地面为零势能面，根据机械能守恒定律，则
即
解得
（1）力对物体做的功，等于力的大小、位移的大小、力和位移间夹角的余弦这三者的乘积，即
本 章 小 结
1.功与功率
功是标量，没有方向，但有正负。
（2）一个力所做的功W跟完成这些功所用时间t的比值，叫作功率，功率还等于力和物体运动速度的乘积，即
（1）物体由于运动而具有的能量叫作动能，其大小为
本 章 小 结
2.动能定理
（2）合外力对物体做的功等于物体动能的增量，这个结论就叫作动能定理，
即
（1）我们把物体由于被举高而具有的能量叫作重力势能，其大小为
本 章 小 结
3.机械能守恒定律
（2）物体由于发生了弹性形变所具有的能量叫作弹性势能，其大小为
（3）在只有重力（或弹力）做功的情况下，物体的动能和重力势能（弹性势能）发生互相转化，机械能的总量保持不变。这个结论叫作机械能守恒定律。

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