物理（人教版必修2）課件第7章第12節(jié)追尋守恒量能量功

第七章機械能守恒定律第1節(jié)追尋守恒量——能量第2節(jié)功學習目標重點難點1.定性了解能量、動能、勢能的含義．2．理解功的概念．3．明確功的公式，并會應用公式求功．4．理解功的正負的含義.1.功的理解和計算是本節(jié)的重點．2．正功與負功的理解是本節(jié)的難點.一、追尋守恒量1．觀察教材圖7.1-1中的伽利略斜面實驗，回答下列問題．(1)當小球沿斜面從高處由靜止?jié)L下時，小球的高度不斷減小，而速度不斷增大，說明了什么？提示：說明小球憑借其位置而具有的物理量不斷減小，而由于運動而具有的物理量不斷增大．(2)當小球從斜面底部沿另一斜面向上滾時，小球的位置不斷升高，而速度不斷減小，說明了什么？提示：說明小球憑借其位置具有的物理量不斷增大，而由于運動而具有的物理量不斷減?。?3)若將另一斜面放平，小球的運動情況將是怎樣？提示：小球好像“記得”自己的起始高度，但又永遠達不到原來的高度，所以將永遠滾動下去．(4)由以上分析，你有何體會？提示：在上述過程中感受到“有某一量是守恒的”．2．歸納：追尋守恒量(1)伽利略斜面實驗探究一個事實：讓靜止的小球沿一個斜面滾下，小球將滾上另一個對接斜面，沒有摩擦時，hA＝hB，如圖所示．(2)能量概念的建立始末位置高度相同，小球運動中不變的“東西”叫_______．能量

(3)深層次分析①動能：物體由于________而具有的能量．②勢能：相互作用的物體憑借其__________而具有的能量．③在伽利略的理想斜面實驗中，小球的__________和__________可相互轉化．運動

位置

動能

勢能

3．思考：如圖甲所示，在沒有空氣阻力和摩擦力時(實際很小)，小球從左側由靜止釋放，會發(fā)現(xiàn)無論θ角怎樣變化，小球最后總能到達右側與釋放點等高的位置．如圖乙所示，射箭運動員正在比賽中．(1)根據(jù)圖甲所示分析什么是守恒量．提示：通過小球從左側擺動到右側的多次重復性實驗，看到了“小球最后總能到達右側與釋放點等高的位置”的現(xiàn)象，分析這個現(xiàn)象得出“有一個量是守恒的”這一結論，從而確定這個守恒量叫能量．(2)結合圖乙分析射箭過程中能量是怎樣轉化的．提示：在射箭過程中，運動員將弓拉開的過程，是把人體的生物能(化學能)轉化為弓的彈性勢能；而箭在射擊的過程中，又將弓的彈性勢能轉化為箭的動能．(3)結合圖丙分析過山車運動過程中的能量是怎樣轉化的．提示：過山車在最高點具有的重力勢能最大，在最低點具有的動能最大．因此，過山車從高處滑向低處時，重力勢能轉化為動能；過山車從低處向高處運動時，動能轉化為重力勢能．二、功1．仔細觀察教材圖7.21甲、乙、丙三幅圖．(1)舉例說明什么是做功的過程，做功的過程需要滿足什么條件？提示：使物體沿力的方向發(fā)生了位移就是做功的過程，做功的過程需滿足使物體在力的方向上發(fā)生位移．(2)如果力的方向與物體的運動方向一致，該怎樣計算功？提示：W＝Fs(3)如果力的方向與物體的運動方向成某一角度，該怎樣計算功？如圖，物體m在與水平方向成α角的力F作用下沿水平方向前進的位移為l，求力F對物體做的功．提示：將力F沿水平和豎直方向分解為F1、F2，F(xiàn)2不做功，故W＝F1l＝Flcosα．2．歸納：功的概念和公式概念物體在力的作用下__________________發(fā)生了變化，那么這個力一定對物體做了功因素(1)力；(2)物體在__________上發(fā)生的位移公式(1)力F與位移l同向時：W＝________．(2)力F與位移l有夾角α時：W＝__________符號含義其中F、l、cosα分別表示__________、__________、力與位移夾角的余弦符號單位F的單位是_______，l的單位是________，W的單位是_______沿力方向的位移

力的方向

Fl

Flcos

α

力的大小

位移大小

N

m

J

3.思考：體育課上，張明踢足球的作用力大小為100N，足球在地上滾動了20m后停止運動．小芳同學這樣計算張明對足球做的功W＝Fl＝100×20J＝2000J．以上功的求法是否正確？提示：不正確．踢球時的作用力100N，僅在腳與球接觸時間內存在，球在地上滾動前進20米的過程中張明對它無作用力，即沿作用力方向的位移不是20m．所以這種求功的方法不正確．三、正功和負功1．通過以上的學習：我們已經(jīng)明確了力F和l之間的夾角為α時，力F做的功W＝Flcosα.并且α的取值范圍是0≤α≤π.那么，在這個范圍之內，cosα可能大于0、等于0、小于0，從而得到W可能大于0、等于0、小于0.請畫出各種情況下力做功的示意圖并加以討論．提示：2．根據(jù)上面的討論，并舉例說明．力對物體做正功和負功的含義．提示：力對物體做正功，該力對物體的運動起推動作用；力對物體做負功，該力對物體的運動起阻礙作用．3．如果物體在幾個力作用下發(fā)生一段位移，如何求這幾個力對物體做的功？如圖所示，物體在各個力的共同作用下移動了一段距離l．(1)求各個力對物體做的功是多少？各個力對物體做功的代數(shù)和是多少？提示：WF＝Flcosα，WFN＝FNlcos90°＝0，WG＝Glcos90°＝0，Wf＝Fflcos180°＝－Ffl，W＝WF＋WFN＋WG＋Wf＝(Fcosα－Ff)l．(2)物體所受的合力是多少？合力做的功是多少？提示：F合＝Fcosα－Ff，W合＝F合·lcos0°＝(Fcosα－Ff)·l．(3)物體所受的各力均做功，合力是否一定做功？提示：不一定，F(xiàn)合＝0，W＝0．4．歸納(1)正功和負功功有正、負之分，但功是________(選填“標量”或“矢量”)，功的正負只表示是動力做功還是阻力做功．請根據(jù)功的公式完成下表．標量

W>0

W＝0

W<0

(2)總功的計算總功的計算有如下方法：①W合＝____________

(α為F合與位移l的夾角)．②W合＝WF1＋WF2＋…＋WFn(即總功為各個分力所做功的__________)．F合lcos

α

代數(shù)和

探究一功的公式及應用1．寫出計算功的公式，其適用條件是什么？提示：W＝Flcosα，此公式只能用來計算恒力的功．2．以一定的初速度豎直向上拋出一個小球，小球上升的最大高度為h，空氣阻力的大小恒為Ff．求從拋出點至落回到原出發(fā)點的過程中，空氣阻力對小球做的功．甲同學認為“因整個過程位移為0，故空氣阻力做的功為0”；乙同學認為“小球上升過程和下降過程阻力均與位移方向相反，故空氣阻力做的功W＝－2Ffh”，你認為哪位同學的認識是正確的？出現(xiàn)錯誤的原因是什么？提示：乙的認識是正確的．甲的錯誤原因在于認為上升和下降過程中Ff是恒力，其實上升和下降過程中空氣阻力大小相等、方向相反，整個過程中空氣阻力不是恒力．

用水平恒力F作用于質量為M的物體上，使之在光滑的水平面上沿力的方向移動距離為l，恒力做功為W1；再用該恒力作用于質量為m(m<M)的物體上，使之在粗糙的水平面上移動同樣的距離l，恒力做功為W2，則兩次恒力做功的關系是(

)A．W1>W2

B．W1<W2C．W1＝W2 D．無法判斷解析：恒力做功是指力F所做的功，根據(jù)功的定義，力F所做的功只與力F的大小及物體在力F的方向上發(fā)生的位移大小有關，不需考慮其他力的影響，因兩次的恒力相同，位移也相同，所以做功相同，故選項C正確．答案：C【題后總結】力和物體在力的方向上的位移是做功的兩個不可缺少的因素，與其他因素無關．本題的干擾因素是地面的摩擦力，它只會影響物體最后獲得速度的大小，不會影響恒力F做功的數(shù)值．1．用力將重物豎直提起，先是從靜止開始勻加速上升，緊接著勻速上升，如果前后兩過程的運動時間相同，不計空氣阻力，則下列說法正確的是(

)A．勻加速上升拉力做功多B．勻速上升拉力做功多C．兩個過程拉力做功一樣多D．以上三種情況都有可能勻速提升重物時，設拉力為F2，根據(jù)平衡條件得F2＝G＝mg勻速運動的位移l2＝vt＝at2所以勻速提升重物時拉力做的功W2＝F2l2＝mg·at2比較兩種情況下拉力做功的表達式可知：當a＞g時，W1＞W(wǎng)2；當a＝g時，W1＝W2；當a＜g時，W1＜W2，故選項D正確．答案：D探究二合力功的求解方法 如圖所示，一個質量為m的木塊，放在傾角為θ的斜面體上，當斜面體與木塊保持相對靜止沿水平方向向右勻速移動距離l的過程中，作用在木塊上的各個力分別做功多少？合力做的功是多少？解析：對木塊受力分析如圖所示．由力的平衡條件得斜面體對木塊的支持力FN＝mgcosθ斜面體對木塊的靜摩擦力Ff＝mgsinθ則支持力做的功WFN＝FNlcos(90°＋θ)＝－mglcosθsinθ摩擦力做的功WFf＝Fflcosθ＝mglsinθcosθ重力做的功WG＝mglcos90°＝0法一：合力做的功等于各個力做功的代數(shù)和，即W合＝WFN＋WFf＋WG＝0．法二：因木塊和斜面體一起向右勻速移動，所以木塊所受合力F合＝0.W合＝F合l＝0．答案：支持力做的功為－mglcosθsinθ摩擦力做的功為mglsinθcosθ重力做的功為0合力做的功為0【題后總結】計算恒力做功要注意的三個問題(1)某力對物體做功只跟這個力在這個力的方向上的位移以及力與位移間的夾角有關，跟物體是否還受其他力的作用無關．(2)力F與位移l必須具有同時性，即l必須是力F作用過程中的位移．(3)計算功時一定要明確在哪段位移過程中對哪個物體做的功．2．在例2中，若斜面體向左運動，其他條件不變．作用在木塊上的各個力分別做功多少？合力的功是多少？答案：支持力做功為mglcosθsinθ摩擦力做功為－mglsinθcosθ重力做功為0合力做功為0探究三正功和負功的判斷

(多選)如圖所示，B物體在拉力F的作用下向左運動，在運動的過程中，A、B之間有相互作用的力，則下列說法中正確的是(

)A．A、B都克服摩擦力做功B．A、B間彈力對A、B都不做功C．摩擦力對B做負功，對A不做功D．彈力對A不做功，對B做正功解析：設A、B間相互作用力為Ff1與Ff2，F(xiàn)AB與FBA，如圖所示．A沒有位移，F(xiàn)BA與位移成90°角，故Ff2、FBA對A不做功；B有位移，F(xiàn)f1做負功，F(xiàn)AB與位移成90°角，故FAB不做功．綜上可知選項B、C正確，選項A、D錯誤．答案：BC【題后總結】判斷某個力的做功情況，首先要分析物體的運動情況，畫出受力分析圖，確定該力的大小和方向，再運用做功的公式W＝Flcosα求解．判斷某個力對物體是否做功、做正功還是做負功的關鍵是看力的方向與物體位移方向的夾角．3．(多選)質量為m的物體置于傾角為α的斜面上，物體和斜面間的動摩擦因數(shù)為μ，在外力作用下斜面以加速度a向左做勻加速直線運動，如圖所示，運動過程中物體與斜面之間保持相對靜止，則下列說法正確的是(

)A．斜面對物體的支持力一定做正功B．斜面對物體的摩擦力一定做正功C．斜面對物體的摩擦力可能不做功D．斜面對物體的摩擦力可能做負功解析：物體所受的支持力始終垂直于斜面向上，由于位移方向水平向左，則力與位移方向之間的夾角為銳角，因此支持力一定做正功，選項A正確．摩擦力做功有三種情況：當加速度a＝gtanα時，物體所受的摩擦力為零，摩擦力不做功；當加速度a＞gtanα時，物體所受的摩擦力沿斜面向下，摩擦力做正功；當加速度a＜gtanα時，物體所受的摩擦力沿斜面向上，摩擦力做負功．故選項B錯誤，選項C、D正確．答案：ACD一、對守恒量的理解1．“守恒量”是自然界在變化過程中隱藏于現(xiàn)象中的一個反映其本質的物理量．2．能量守恒是自然界最普遍、最基本的定律之一．3．不同形式的能量之間可以相互轉化，轉化過程中能的總量保持不變．二、功1．做功的兩個必要條件(1)做功的力．(2)物體在力的方向上的位移．2．功是過程量，描述了力的作用效果在空間上的累積，它總與一個具體過程相聯(lián)系．3．功是標量，只有正、負，沒有方向．功的正、負并不表示功的方向，也不是數(shù)量上的正與負，它僅表示相反的做功效果，表示動力做功還是阻力做功．4．對公式W＝Flcosα的理解F表示力的大??；