物理第四章 機械能及其守恒定律第一節(jié) 功背景圖課件ppt

這是一份物理第四章 機械能及其守恒定律第一節(jié) 功背景圖課件ppt，共46頁。PPT課件主要包含了Fscosα，力的方向，位移方向，代數(shù)和，F(xiàn)合scosα，能量變化等內(nèi)容，歡迎下載使用。
一、功的計算1．填一填(1)做功的兩個要素。作用在物體上的 和物體在力的方向上發(fā)生的 。(2)功的計算公式。W＝ ，式中的α是 與 的夾角。
(3)功的單位。在國際單位制中，功的單位是 ，符號是___。(4)總功的計算。①方法一：一個物體同時受到幾個力的作用發(fā)生位移時，這幾個力做的總功等于各個力分別對物體做功的 ，即W總＝W1＋W2＋W3＋W4＋…。②方法二：在計算幾個力的總功時，也可先求這幾個力的 ，再根據(jù)功的公式W總＝ _ 求解。
2．判一判(1)有力作用在物體上，并且物體也發(fā)生了位移時，力對物體一定做了功。( )(2)用手提起一桶水后，沿水平方向向前移動一段位移的過程中，手對水桶沒有做功。( )(3)用力推汽車，汽車沒動，但推車者累得出汗時，可以說推車者對汽車做功了。( )
3．想一想觀察下圖，分析圖中的哪個人對物體做了功？提示：小川拉重物上升的過程，對重物做了功，其他三人都對物體沒有做功。
二、正功和負功　做功與能量變化的關(guān)系1．填一填(1)正功和負功。
(2)功的正負表示對物體作用的力是 還是阻力， 做的功為正， 做的功為負。(3)做功與能量變化的關(guān)系。①能量：一個物體能夠?qū)ζ渌矬w ，我們就說這個物體具有能量。②關(guān)系：功是 的量度。2．判一判(1)力F1做的功為10 J，力F2做的功為－15 J，力F1比F2做的功多。( )(2)力的方向和位移的方向不在同一條直線上時，力對物體一定做負功。( )(3)做功的過程就是能量變化的過程。( )
3．想一想如圖甲所示，前面的人向前拉車做正功，后面的人向后拉車做負功。如圖乙所示，推出的鉛球在空中運動的過程中，重力對鉛球先做負功后做正功。在上述案例中，人對車的力與位移間的夾角與90°是怎樣的關(guān)系？重力與球運動方向的夾角與90°是怎樣的關(guān)系？提示：甲圖中前面的人的拉力與位移間的夾角小于90°，后面的人的拉力與位移間的夾角大于90°；乙圖中鉛球重力與運動方向間的夾角先大于90°(到達最高點之前)再等于90°(最高點時)后小于90°(到達最高點之后)。
如圖所示，馬拉著小車(包括人)沿水平面勻速前進了一段距離。(1)小車(包括人)受到幾個力的作用？每個力對小車做功嗎？是正功還是負功？提示：小車(包括人)受到4個力作用：重力、支持力、拉力、摩擦力，其中拉力做正功，摩擦力做負功，重力和支持力不做功。
(2)馬對小車做的功是否等于馬的拉力F(設(shè)F與水平方向的夾角為α)和小車的位移s的乘積？提示：不等于。因為W＝Fscs α。(3)拉力F一般分解為哪兩個分力？F做的功與哪個分力做的功相同？提示：拉力可以分解為沿水平方向和豎直方向的兩個分力。F做的功與水平方向分力做的功相同。　　
[重難釋解]1．對公式W＝Fscs α的理解(1)某一恒力F對物體做的功，只與F、s、α有關(guān)，與物體的運動狀態(tài)及物體是否還受其他作用力等因素?zé)o關(guān)。(2)功是標量，沒有方向，但是有正負。(3)公式W＝Fscs α適用于計算恒力做功，若是變力，此公式不再適用。
如圖所示，在皮帶傳送裝置中，皮帶把物體P勻速傳送至高處，在此過程中，下述說法正確的是(　　)A．摩擦力對物體P做正功B．支持力對物體P做正功C．重力對物體P做正功D．合外力對物體P做正功解析：摩擦力方向平行皮帶向上，與物體P運動方向相同，故摩擦力對物體P做正功，A對；支持力始終垂直于物體P的速度方向，支持力對物體P不做功，B錯誤；重力與物體P運動方向的夾角大于90°，重力對物體P做負功，C錯誤；物體P做勻速運動，則合外力為零，對物體P不做功，D錯誤。答案：A　
對做功正負的兩點提醒(1)摩擦力可能做正功，也可能做負功，要具體分析，不能認為摩擦力一定做負功。(2)做功的正、負與力的性質(zhì)無關(guān)，關(guān)鍵要看力和物體位移的方向關(guān)系。
如圖甲、乙、丙、丁所示，物體在力的作用下在水平面上發(fā)生一段位移s，試分別計算這四種情況下力F對物體所做的功。設(shè)在這四種情況下力F和位移s的大小都相同：F＝10 N，s＝1 m，角θ的大小如圖甲、乙、丙、丁所示，分別說明每種情況下力F做功的正負，并求出功。
[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．[多選]質(zhì)量為m的物體靜止在傾角為θ的斜面上，斜面沿水平方向向右勻速移動了距離s，如圖所示，物體m相對斜面靜止。則下列說法正確的是(　 )A．重力對物體m做正功B．合力對物體m做功為零C．摩擦力對物體m做負功D．支持力對物體m不做正功
解析：物體在水平方向移動，在重力方向上沒有位移，所以重力對物體m做功為零，A錯誤；物體勻速運動時，合力為零，合力對物體m做功為零，B正確；摩擦力f與位移的夾角為鈍角，所以摩擦力對物體m做負功，C正確；由圖看出，支持力N與位移s的夾角小于90°，則支持力對物體m做正功，D錯誤。答案：BC　
2．如圖所示，重物P放在粗糙的水平板OM上，當水平板繞O端緩慢抬高，在重物P沒有滑動之前，下列說法中正確的是(　　)A．P受到的支持力做正功B．P受到的支持力不做功C．P受到的摩擦力做負功D．P受到的摩擦力做正功解析：當水平板繞O端緩慢抬高，在重物P沒有滑動之前，P做圓周運動，支持力垂直板向上，支持力與速度方向相同，故支持力做正功，故A正確，B錯誤；當水平板繞O端緩慢抬高，在重物P沒有滑動之前，P做圓周運動，摩擦力沿板方向斜向上，與速度方向垂直，所以摩擦力不做功，故C、D錯誤。答案：A　
如圖所示，坐在雪橇上的人與雪橇的總質(zhì)量為m，在與水平面成θ角的恒定拉力F作用下，沿水平地面向右移動了一段距離s。雪橇做勻加速運動，合力做什么功？雪橇做勻減速運動，合力做什么功？怎樣求合力的功？提示：雪橇做勻加速運動，合力做正功。雪橇做勻減速運動，合力做負功。合力的功等于雪橇受到的所有力做功的代數(shù)和，或者先求出雪橇受到的合力，再求合力做的功。　　
[重難釋解]1．恒力做功可直接應(yīng)用公式W＝Fscs α計算。2．總功的計算有兩種方法(1)先由W＝Fscs α計算各個力對物體所做的功W1、W2、W3、…，然后求所有力做功的代數(shù)和，即W總＝W1＋W2＋W3＋…。(2)先由力的合成或根據(jù)牛頓第二定律求出合力F合，然后由W合＝F合scs α計算總功，此時α為F合的方向與s的方向間的夾角。
如圖所示，小孩坐在雪橇上，小孩和雪橇的總質(zhì)量為40 kg。大人施加的拉力F＝100 N，方向與水平地面夾角為θ＝37°，雪橇移動了l＝2 m，雪橇與地面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.2，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8，g取10 m/s2。求：(1)拉力F所做的功W1；(2)摩擦力Ff所做的功W2；(3)重力G所做的功W3；(4)支持力FN所做的功W4；(5)合力F合所做的功W。
解析：(1)對雪橇和小孩整體進行受力分析，如圖所示。拉力F所做的功W1＝Flcs θ＝100×2×0.8 J＝160 J。(2)FN＝G－Fsin θ＝40×10 N－100×0.6 N＝340 N，F(xiàn)f＝μFN＝0.2×340 N＝68 N，摩擦力Ff所做的功W2＝Ffl cs 180°＝68×2×(－1)J＝－136 J。(3)重力G所做的功W3＝Glcs 90°＝0。(4)支持力FN所做的功W4＝FNlcs 90°＝0。(5)合力F合所做的功W＝W1＋W2＋W3＋W4＝24 J，也可由合力求總功F合＝Fcs θ－Ff＝100×0.8 N－68 N＝12 N，F(xiàn)合與l方向相同，所以W＝F合l＝12×2 J＝24 J。答案：(1)160 J　(2)－136 J　(3)0　(4)0　(5)24 J
計算功的技巧方法(1)重力做的功可以用W＝mgh計算，其中h為豎直方向的位移。(2)計算總功可以先求合力，再用W合＝F合scs α計算，也可以先求出各力做的功，再求它們的代數(shù)和。
[素養(yǎng)訓(xùn)練]1.魔方又叫魔術(shù)方塊或魯比克方塊，通常泛指三階魔方。三階魔方形狀是正方體，由有彈性的硬塑料制成。要將一個質(zhì)量為m、邊長為a的水平放置的勻質(zhì)三階魔方翻倒，推力對它做功至少為 (　　)
2．質(zhì)量為m的物體從足夠高的位置由靜止下落，不計空氣阻力，其第2 s內(nèi)和第5 s內(nèi)重力做功之比為(　　)A．1∶9 B．2∶5C．4∶5 D．1∶3解析：物體做自由落體運動，由初速度為零的勻加速運動的規(guī)律可知，在第1 s內(nèi)，第2 s內(nèi)，在第3 s內(nèi)，第4 s內(nèi)，第5 s內(nèi)位移之比為1∶3∶5∶7∶9，第2 s內(nèi)和第5 s內(nèi)位移之比為3∶9，由W＝mgh可知做功之比為1∶3，故D正確。答案：D　
3.如圖所示，一個質(zhì)量為m＝2 kg的物體，受到與水平方向成37°角斜向上方的力F＝10 N作用，在水平地面上從靜止開始向右移動的距離為s＝2 m，已知物體和地面間的動摩擦因數(shù)為0.3，g取10 m/s2，求外力對物體所做的總功。(cs 37°＝0.8，sin 37°＝0.6)解析：物體受到的摩擦力為：f＝μN＝μ(mg－Fsin 37°)＝0.3×(2×10－10×0.6)N＝4.2 N方法一：先求各力的功，再求總功。拉力F對物體所做的功為：W1＝Fscs 37°＝10×2×0.8 J＝16 J
摩擦力f對物體所做的功為：W2＝fscs 180°＝－4.2×2 J＝－8.4 J由于重力、支持力對物體不做功，故外力對物體所做的總功W等于W1和W2的代數(shù)和，即W＝W1＋W2＝7.6 J。方法二：先求合力，再求總功。物體受到的合力為：F合＝Fcs 37°－f＝3.8 N，所以W＝F合s＝3.8×2 J＝7.6 J。答案：7.6 J
(3)分段法(或微元法)：當力的大小不變，力的方向時刻與速度同向(或反向)時，把物體的運動過程分為很多小段，這樣每一小段可以看成直線，先求力在每一小段上的功，再求和即可，力做的總功W＝Fs路或W＝－Fs路?？諝庾枇突瑒幽Σ亮ψ龉梢詫懗闪εc路程的乘積就是這個原理。(4)等效替換法：若某一變力做的功和某一恒力做的功相等，則可以用求得的恒力做的功來替代變力做的功。
用鐵錘將一鐵釘擊入木塊，設(shè)木塊對鐵釘?shù)淖枇εc鐵釘進入木塊內(nèi)的深度成正比。在鐵錘擊第一次時，能把鐵釘擊入木塊內(nèi)1 cm。問擊第二次時，能擊入多深？(設(shè)鐵錘每次做功相等)[思路點撥]　根據(jù)阻力與深度成正比的關(guān)系，將變力求功轉(zhuǎn)化為平均力求功。達到化變力為恒力的目的。解析：方法一　平均值法鐵錘每次擊打都用來克服鐵釘阻力做功，但阻力不是恒力，其大小與深度成正比，F(xiàn)＝kx，可用平均阻力來代替。
[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．質(zhì)量為m、初速度為零的物體，在不斷變化的合外力作用下都通過位移s0。下列各種情況中合外力做功最多的是(　　)解析：根據(jù)公式W＝Fs可知，圖像與坐標軸s圍成的面積表示做功多少，故C項做功最多。答案：C　
3．如圖所示，某人用大小不變的力F拉著放在光滑水平面上的物體，開始時與物體相連的繩和水平面間的夾角是α，當拉力F作用一段時間后，繩與水平面間的夾角變?yōu)棣?。已知圖中的高度h，求繩的拉力T對物體所做的功。(繩的質(zhì)量、滑輪的質(zhì)量及繩與滑輪間的摩擦不計)解析：設(shè)繩的拉力T對物體做的功為WT，人的拉力F對繩做的功為WF，由題意知T＝F，WT＝WF在繩與水平面間的夾角由α變?yōu)棣碌倪^程中，拉力F的作用點的位移大小為
一、培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維功的圖像描述[選自魯科版新教材“拓展一步”]我們也可用圖像來描述力對物體做功的大小。當力的方向與位移方向一致時，以力F的大小為縱坐標、位移s的大小為橫坐標，作出F隨s變化的圖像。當F為恒力時，由F和s為鄰邊構(gòu)成的矩形面積即表示功的大小，如圖(a)所示。若F不是恒力，可將位移劃分為若干等距的小段，在每個小段中F可近似看成恒力，其所做功的大小即為該小段對應(yīng)的小矩形的面積，整個過程中F所做功的大小近似等于所有小矩形面積之和，如圖(b)所示。
如圖所示為一物體所受的力F隨位移s變化的圖像，則在這一過程中，力F對物體做的功是多少？提示：力F對物體做的功等于s軸上方梯形“面積”和s軸下方三角形“面積”的代數(shù)和，大小為W＝2×3 J＝6 J。
二、注重學(xué)以致用和思維建模1．如圖甲為一女士站立在臺階式自動扶梯上正在勻速上樓，如圖乙為一男士站立在履帶式自動人行電梯上正在勻速上樓。下列關(guān)于兩人受到的力做功判斷正確的是(　　)A．甲圖中摩擦力對人做負功B．乙圖中摩擦力對人做負功C．甲圖中支持力對人做正功D．乙圖中支持力對人做正功
解析：題圖甲中，人勻速上樓，不受摩擦力，摩擦力不做功，支持力向上，與速度方向為銳角，則支持力對人做正功，故A錯誤，C正確；題圖乙中，支持力與速度方向垂直，支持力不做功，摩擦力方向與速度方向相同，則摩擦力對人做正功，故B、D錯誤。答案：C　
2.如圖所示，質(zhì)量為60 kg的某運動員在做俯臥撐運動，運動過程中可將他的身體視為一根直棒，已知重心在c點，其垂線與腳、兩手連線中點間的距離a、b分別為0.9 m和0.6 m，若他在1 min內(nèi)做了30個俯臥撐，每次肩部上升的距離均為0.4 m，則1 min內(nèi)克服重力做功為(重力加速度g＝10 m/s2)(　　)A．7 200 J B．4 320 JC．4 800 J D．5 760 J
3．如圖所示，小朋友在彈性較好的蹦床上跳躍翻騰，盡情玩耍。在小朋友接觸床面向下運動的過程中，床面對小朋友的彈力做功情況是 (　　)A．先做負功，再做正功 B．先做正功，再做負功C．一直做正功 D．一直做負功解析：在小朋友接觸床面向下運動的過程中，床面對小朋友的彈力方向豎直向上，力的方向與小朋友運動方向相反，床面對小朋友的彈力一直做負功。故D項正確，A、B、C三項錯誤。答案：D　
4．(2021·天津等級考)2021年5月15日，天問一號探測器著陸火星取得成功，邁出了我國星際探測征程的重要一步，在火星上首次留下中國人的印跡。天問一號探測器成功發(fā)射后，順利被火星捕獲，成為我國第一顆人造火星衛(wèi)星。經(jīng)過軌道調(diào)整，探測器先沿橢圓軌道Ⅰ運行，之后進入稱為火星停泊軌道的橢圓軌道Ⅱ運行，如圖所示，兩軌道相切于近火點P，則天問一號探測器(　　)A．在軌道Ⅱ上處于受力平衡狀態(tài)B．在軌道Ⅰ運行周期比在軌道Ⅱ時短C．從軌道Ⅰ進入軌道Ⅱ在P處要加速D．沿軌道Ⅰ向P飛近時速度增大