第1節(jié)　功與功率 教學(xué)課件

物理第八章機(jī)械能守恒定律第1節(jié)功與功率01必備知識(shí)素養(yǎng)奠基02關(guān)鍵能力素養(yǎng)形成03分層演練素養(yǎng)達(dá)標(biāo)知識(shí)點(diǎn)1功1．定義：一個(gè)物體受到力的作用，并在_____________上發(fā)生了一段位移，這個(gè)力就對(duì)物體做了功．2．公式：W＝____________，其中F、l、α分別為_(kāi)___________、位移的大小、_______________________．3．單位：國(guó)際單位制中，功的單位是______，符號(hào)是______．力的方向Flcos

α力的大小力與位移方向的夾角焦耳J>正<克服02．總功的計(jì)算當(dāng)一個(gè)物體在幾個(gè)力的共同作用下發(fā)生一段位移時(shí)，這幾個(gè)力對(duì)物體所做的總功等于：(1)各個(gè)分力分別對(duì)物體所做功的____________．(2)幾個(gè)力的______對(duì)物體所做的功．代數(shù)和合力[判一判]1．(1)汽車(chē)沿斜坡向上加速行駛時(shí)，牽引力對(duì)汽車(chē)一定做功．(

)(2)力F1做功10J，力F2做功－20J，則F1比F2做功多．(

)(3)功有正負(fù)，說(shuō)明功是矢量，因此總功是所有外力做功的矢量和．(

)√××[想一想]1．假設(shè)教材圖8.1－2乙中F拉小車(chē)做功100J，丙中F拉小車(chē)做功－120J．于是一同學(xué)說(shuō)，乙中F做正功，所以乙中F做功多，這個(gè)同學(xué)的說(shuō)法對(duì)嗎？提示：不對(duì)．功是標(biāo)量，做功的正負(fù)僅表示是動(dòng)力做功還是阻力做功，不表示做功的多少．故丙中F做功多，該同學(xué)的說(shuō)法錯(cuò)誤．知識(shí)點(diǎn)3功率1．定義：功W與完成這些功所用____________的比值．2．公式：P＝______．單位：______，簡(jiǎn)稱(chēng)______，符號(hào)______．3．意義：功率是表示物體____________的物理量．4．功率是______(填“標(biāo)”或“矢”)量．時(shí)間t瓦特瓦W做功快慢標(biāo)知識(shí)點(diǎn)4功率與速度1．功率與速度關(guān)系式：P＝______(F與v方向相同)．2．應(yīng)用：由功率速度關(guān)系知，汽車(chē)、火車(chē)等交通工具和各種起重機(jī)械，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率P一定時(shí)，要增大牽引力，就要______速度；但要提高速度和增大牽引力，必須提高發(fā)動(dòng)機(jī)的____________．Fv減小額定功率[判一判]2．(1)力對(duì)物體做功越快，力的功率一定越大．(

)(2)發(fā)動(dòng)機(jī)不能在實(shí)際功率等于額定功率情況下長(zhǎng)時(shí)間工作．(

)(3)汽車(chē)爬坡時(shí)常常需要換高速擋．(

)√××[想一想]2．從P＝Fv可以看出，汽車(chē)、火車(chē)等交通工具和各種起重機(jī)械，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率P一定時(shí)，牽引力F與速度v成反比．你認(rèn)為應(yīng)該怎樣增大它們的牽引力呢？1．(對(duì)功的理解)關(guān)于功，下列說(shuō)法中正確的是(

)A．凡是發(fā)生了位移的物體，一定有力對(duì)它做功B．凡是受力作用的物體，一定有力對(duì)它做功C．凡是既受力又發(fā)生了位移的物體，一定有力對(duì)它做功D．凡是物體在所受力的方向上發(fā)生了位移，這個(gè)力一定對(duì)它做了功√解析：若一個(gè)物體不受任何外力，做勻速直線運(yùn)動(dòng)，那么此物體有位移但沒(méi)有力對(duì)它做功，故A錯(cuò)誤；若一個(gè)物體靜止放在桌上，它受重力和桌面的支持力的作用，由于沒(méi)發(fā)生運(yùn)動(dòng)，無(wú)位移，重力和支持力顯然沒(méi)有做功，故B錯(cuò)誤；若一個(gè)物體在光滑水平桌面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，它只受到重力和桌面的支持力作用，重力和支持力顯然沒(méi)有做功，但物體有位移，故C錯(cuò)誤；力對(duì)物體做功的條件：①有力，②沿力的方向上發(fā)生位移；兩個(gè)條件同時(shí)滿足則力就對(duì)物體做功，故D正確．2．(功的理解和正負(fù)功的判斷)關(guān)于一對(duì)作用力和反作用力做功的情況，下列說(shuō)法中正確的是(

)A．若其中一個(gè)力做正功，另一個(gè)力必做負(fù)功B．一對(duì)作用力和反作用力做功的代數(shù)和一定為零C．這兩個(gè)力可能同時(shí)做正功，也可能同時(shí)做負(fù)功D．一對(duì)作用力和反作用力做的功一定是大小相等，方向相反√解析：作用力和反作用力是作用在兩個(gè)相互作用的物體上的，作用力和反作用力可以同時(shí)做正功，也可以同時(shí)做負(fù)功，還可以作用力做正功，反作用力做正功、負(fù)功或者不做功，另外功是標(biāo)量，沒(méi)有方向．√√√4．(功率的計(jì)算)某同學(xué)參加引體向上測(cè)試，在20s內(nèi)完成10次標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作，每次引體向上的高度約為50cm，則此過(guò)程中該同學(xué)克服重力做功的平均功率最接近于(g取10m/s2)(

)A．0

B．150WC．450W D．750W√探究一對(duì)功的理解【情景導(dǎo)入】

物理學(xué)中的“做功”與日常生活中的“做工”一樣嗎？提示：物理學(xué)中的“做功”必須滿足做功的兩個(gè)必要條件：①有力作用在物體上；②在力的方向上發(fā)生了一段位移．日常生活中的“做工”泛指一切消耗腦力或體力的過(guò)程．因此“做工”不一定“做功”，但“做功”一定“做工”.1．對(duì)公式W＝Flcosα的理解(1)某一恒力F對(duì)物體做的功，只與F、l、α有關(guān)，與物體的運(yùn)動(dòng)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(biāo)量，沒(méi)有方向，但是有正負(fù)．(3)公式W＝Flcosα適用于計(jì)算恒力做功，若是變力，此公式不再適用．【例1】如圖所示，人站在電動(dòng)扶梯的水平臺(tái)階上，假如人與扶梯一起勻加速向上運(yùn)動(dòng)，在這個(gè)過(guò)程中人腳所受的靜摩擦力(

)A．等于零，對(duì)人不做功B．水平向左，對(duì)人不做功C．水平向右，對(duì)人做正功D．沿斜面向上，對(duì)人做正功√[解析]

人與扶梯一起勻加速斜向上運(yùn)動(dòng)，人的腳所受的靜摩擦力水平向右，與位移方向成銳角，靜摩擦力做正功，故C正確．【例2】(多選)如圖所示，質(zhì)量為m的物體置于傾角為θ的斜面上，物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，在外力F作用下，斜面沿水平方向向右做勻速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)中物體與斜面體相對(duì)靜止．則下列關(guān)于斜面對(duì)物體的支持力和摩擦力的說(shuō)法中正確的是(

)A．支持力一定做正功B．摩擦力一定做正功C．摩擦力可能不做功D．支持力與摩擦力做的總功為0√√[解析]

物體隨斜面勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體受重力、支持力和靜摩擦力作用，如圖所示．根據(jù)平衡條件，F(xiàn)N、Ff的合力與重力等大反向．FN、Ff的合力與位移方向垂直，不做功；摩擦力方向與位移方向的夾角為銳角，做正功；支持力方向與位移方向的夾角為鈍角，做負(fù)功．[針對(duì)訓(xùn)練1]如圖所示，拖著舊橡膠輪胎跑是身體耐力訓(xùn)練的一種有效方法．如果某受訓(xùn)者拖著輪胎在水平直道上跑了100m，那么下列說(shuō)法正確的是(

)A．輪胎所受的支持力不做功B．重力對(duì)輪胎做負(fù)功C．繩子的拉力對(duì)輪胎不做功D．地面對(duì)輪胎的摩擦力不做功√解析：輪胎做直線運(yùn)動(dòng)，支持力方向與運(yùn)動(dòng)方向垂直，輪胎所受的支持力不做功，故A正確；輪胎所受的重力豎直向下，而輪胎的位移方向?yàn)樗椒较?，則輪胎在豎直方向沒(méi)有發(fā)生位移，重力不做功，故B錯(cuò)誤；設(shè)拉力與水平方向的夾角為α，由于α是銳角，所以輪胎受到的拉力做正功，故C錯(cuò)誤；地面對(duì)輪胎的摩擦力的方向向左，與輪胎運(yùn)動(dòng)的方向相反，所以地面對(duì)輪胎的摩擦力做負(fù)功，故D錯(cuò)誤．[針對(duì)訓(xùn)練2]下列關(guān)于摩擦力做功的敘述中正確的是(

)A．靜摩擦力對(duì)物體一定不做功B．滑動(dòng)摩擦力對(duì)物體一定做負(fù)功C．一對(duì)靜摩擦力中，一個(gè)做正功，另一個(gè)一定做負(fù)功D．一對(duì)滑動(dòng)摩擦力中，一個(gè)做負(fù)功，另一個(gè)一定做正功√解析：靜摩擦力可以做功，如傳送帶傳送物體、自動(dòng)扶梯等，故A錯(cuò)誤；滑動(dòng)摩擦力可以做正功，只要滑動(dòng)摩擦力與物體運(yùn)動(dòng)方向相同即可，如小物塊輕輕放在勻速運(yùn)動(dòng)的傳送帶上，小物塊相對(duì)于傳送帶運(yùn)動(dòng)，滑動(dòng)摩擦力充當(dāng)動(dòng)力，傳送帶對(duì)小物塊的摩擦力做正功，故B錯(cuò)誤；一對(duì)靜摩擦力作用的物體間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，故位移始終相等，而二力大小相等、方向相反，故一個(gè)做正功，則另一個(gè)一定做負(fù)功，故C正確；一對(duì)滑動(dòng)摩擦力做功有以下幾種情況：a.一個(gè)不做功，一個(gè)做負(fù)功：比如兩個(gè)重疊的木塊，上面的木塊用彈簧系在墻面上，用力拉下面的木塊(此木塊足夠長(zhǎng))，待其穩(wěn)定后，摩擦力對(duì)上面的木塊不做功，對(duì)下面的木塊做負(fù)功；b.兩個(gè)都做負(fù)功：兩個(gè)重疊的長(zhǎng)木板，一個(gè)力拉上面的木板，一個(gè)力拉下面的木板，力的方向相反，摩擦力對(duì)兩木板都做負(fù)功；c.一個(gè)做正功，一個(gè)做負(fù)功：將物體無(wú)初速度地放到移動(dòng)的傳送帶上，摩擦力對(duì)傳送帶做負(fù)功，對(duì)物體做正功，故D錯(cuò)誤．探究二恒力做功的分析與計(jì)算【情景導(dǎo)入】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(dòng)了一段距離l.

雪橇做勻加速運(yùn)動(dòng)，合力做什么功？雪橇做勻減速運(yùn)動(dòng)，合力做什么功？怎樣求合力的功？提示：雪橇做勻加速運(yùn)動(dòng)，合力做正功．雪橇做勻減速運(yùn)動(dòng)，合力做負(fù)功．合力的功等于拉力F做的功與摩擦力做的功的代數(shù)和，或者等于拉力和摩擦力的合力做的功．1．恒力做功的求法一個(gè)恒力F對(duì)物體做功W＝Flcosα有兩種處理方法：(1)W等于力F乘以物體在力F方向上的分位移lcosα，即物體的位移分解為沿F方向上和垂直于F方向上的兩個(gè)分位移l1和l2，則F做的功W＝Fl1＝Flcosα.(2)W等于力F在位移l方向上的分力Fcosα乘以物體的位移l，即將力F分解為沿l方向上和垂直于l方向上的兩個(gè)分力F1和F2，則F做的功W＝F1l＝Flcosα.2．計(jì)算恒力做功的基本步驟(1)找出該力的大?。?2)找出物體相對(duì)于地面的位移；(3)找出該力與位移間的夾角；(4)代入功的公式W＝Flcosα.3．總功的計(jì)算：當(dāng)物體在多個(gè)力的共同作用下發(fā)生一段位移時(shí)，合力對(duì)物體所做的功等于各分力對(duì)物體做功的代數(shù)和．故計(jì)算合力做的功有以下兩種方法：(1)先由W＝Flcosα計(jì)算各個(gè)力對(duì)物體所做的功W1、W2、W3、…然后求所有力做功的代數(shù)和，即W合＝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lcosα計(jì)算總功，此時(shí)α為F合的方向與l的方向間的夾角．注意：當(dāng)在一個(gè)過(guò)程中，幾個(gè)力作用的位移不相同時(shí)，只能用方法(1)．【例3】如圖所示，物體在力F的作用下在水平面上發(fā)生一段位移l，試分別計(jì)算這四種情況下力F對(duì)物體所做的功．設(shè)在這四種情況下力F和位移l的大小都相同：F＝10N，l＝1m，角θ的大小如圖所示，分別說(shuō)明每種情況下力F做功的正負(fù)，并求出做功的大?。甗答案]

見(jiàn)解析【例4】如圖所示，一個(gè)質(zhì)量為m＝2kg的物體，受到與水平方向成37°角斜向上方F＝10N的力的作用，在水平地面上從靜止開(kāi)始向右移動(dòng)的距離為l＝2m，已知物體和地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.3，g取10m/s2，求外力對(duì)物體所做的總功．(cos37°＝0.8，sin37°＝0.6)[解析]物體受到的摩擦力為：Ff＝μFN＝μ(mg－Fsin37°)＝0.3×(2×10－10×0.6)N＝4.2N法一：先求各力的功，再求總功．拉力F對(duì)物體所做的功為：W1＝Flcos37°＝10×2×0.8J＝16J摩擦力Ff對(duì)物體所做的功為：W2＝Fflcos180°＝－4.2×2J＝－8.4J由于重力、支持力對(duì)物體不做功，故外力對(duì)物體所做的總功W等于W1和W2的代數(shù)和，即W＝W1＋W2＝7.6J.法二：先求合力，再求總功．物體受到的合力為：F合＝Fcos37°－Ff＝3.8N，所以W＝F合l＝3.8×2J＝7.6J.[答案]

7.6J[針對(duì)訓(xùn)練3]如圖所示，平行于斜面向上的拉力F使質(zhì)量為m的物體勻加速沿著長(zhǎng)為L(zhǎng)、傾角為α的固定斜面的一端向上滑到另一端，物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ.求作用在物體上的各力對(duì)物體所做的總功．解析：選物體為研究對(duì)象，其受力如圖所示：

法一：拉力F對(duì)物體所做的功為：WF＝FL重力mg對(duì)物體所做的功為：WG＝－mgLsinα摩擦力對(duì)物體所做的功為：Wf＝FfLcos180°＝－FfL＝－μmgLcosα彈力FN對(duì)物體所做的功為：WN＝FNLcos90°＝0故各力的總功為：W＝WF＋WG＋Wf＋WN＝FL－mgLsinα－μmgLcosα.法二：物體受到的合力為：F合＝F－mgsinα－Ff＝F－mgsinα－μmgcosα所以合力做的功為：W＝F合L＝FL－mgLsinα－μmgLcosα.答案：FL－mgLsinα－μmgLcosα探究三對(duì)功率的理解和計(jì)算【情景導(dǎo)入】

建筑工地上有三臺(tái)起重機(jī)將重物吊起，下表是它們的工作情況記錄：起重機(jī)編號(hào)被吊物體重力勻速上升速度上升的高度所用時(shí)間做功A2.0×103N4m/s16m4s

B4.0×103N3m/s6m2s

C1.6×103N2m/s20m10s

提示：(1)三臺(tái)起重機(jī)分別做功3.2×104J、2.4×104J、3.2×104J，所以A、C做功最多．(2)B做功最快，可以用功與所用時(shí)間的比值表示做功的快慢．(3)不一定．通過(guò)對(duì)比可以看出做功多少與做功快慢是兩個(gè)不同的概念，功率大，做功不一定多，反之亦然．2.公式P＝Fv中三個(gè)量的制約關(guān)系定值各