物理必修2功的课件.ppt
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1、1.功(1课时),一.做功与能量的变化,P58观察思考:,人对杠铃的举力对杠铃做功,人体的化学能转化为杠铃的重力势能.,人受到的重力对人做功,人的重力势能减小,动能增加.,弹力对箭做功,弓和弓弦的弹性势能转化为箭的动能.,思考:三个过程的共同特征是什么?,力对物体做功的过程,必伴随着物体能量的变化.,力对物体做功的过程就是物体能量转化的过程.,如果物体在力的作用下能量发生了变化,这个力一定对物体做了功。,二.功,问题1:举重运动员在举起杠铃的过 程中,运动员对杠铃是否做功?,问题2:举起杠铃后稳定的3S内,举重运动员做不做功?,做功,不做功,虽然有力的作用但没有移动了一段距离,1、功的定义:,
2、如果物体受到力的作用,并且在力的方向上发生了位移,我们就说力对物体做了功。,2.做功必须满足的两个条件:,(1)作用在物体上的力。,(2)物体在力的方向上通过的位移。,这两个因素是严格的,缺一不可!,搬而未起,有力,没有位移,手托着书静止,人推车车未动,水平方向上通过了位移,但水平方向上没有受力,所以没有做功.,有位移,但没有力,冰块在光滑冰面上靠惯性滑动,服务员托着食品盘,服务员向上的托力是否做功?,搬运工在平地上行走,他对货物向上的支持力对货物做功吗?,有力有位移,但力与位移(速度)垂直,X,3不做功的三种情况:,1)、有力,没有位移,3)、有力有位移,但力与位移垂直,2)、有位移,但没有
3、力,练习:一学生用100 N的力将质量为0.5 kg的球迅速踢出,球在水平路面上滚出20 m远,则该学生对球做的功是:()A、2000 J B、1000 J C、16 J D、无法确定,D,如图,滑块在力F的作用下前进了X,F对滑块做了多少功?,W=FX,如何求一个力对物体做了多少功呢?,初中阶段:,单位:焦耳(J),1J=1Nm,1J等于1N的力使物体在力的方向上发生了1m的位移所做的功.,探究:,2.当力的方向与位移方向成一角度时,W=,W1+W2,W1=F1X,W2=0,即,W,=FCOS X,这样就把求F做功的问题转化为分别求F1和F2做功的问题。,=F1X,=FX COS,2.当力的
4、方向与位移方向成一角度时,W=,W1+W2,W1=FX1,W2=0,即,W,=F X COS,=F XCOS,这样就把求F做功的问题转化为分别求F在位移X1方向上和力F在X2方向上做功的问题。,=FX1,三.功的计算公式,1.力对物体所做的功等于力的大小、位移的大小、力和位移夹角的余弦这三者的乘积。,2.公式:,W=F X cos,F-恒力,X-指在力的作用下物体相对地面的位移(或力的作用点对地发生的位移),-力与位移的夹角,F、X必须具备同时性;对应同一个物体。,练习:(题中F=10N,X=2m),F,(1),(2),(3),(4),(5),(1)当0090时,cos0,W0 力对物体做正功
5、.,(2)当900时,W0 力对物体不做功,(3)当9001800时,cos0,W0,力对物体做负功(或物体克服力做功)。,四.对功的公式:W=FXCOS的讨论,功的正负代表的是什么意思呢?,(1)正功表明此力的效果是促进物体的运动,是动力。负功,表明此力的效果是阻碍物体的运动,是阻力。,比较8J的功与5J的功谁大?,(2)功的取值有正、负、零。功的正负不代表方向,也不反映数值上的大小.,(3)功是标量,(4)正负也表示能量转化的方向.正功,表示力对物体做了功,向物体输入了能量;负功,物体克服力做功,物体向外输出了能量.,(5)功的过程性,功是一个过程量.做功的过程就是能量转化的过程.做了多少
6、功就有多少能量发生了转化.功是能量转化的量度.功是描述力在空间位移上积累作用的物理量.,课本P60页3题,1.功(2课时),P60 活动,当物体在多个力的共同作用下发生一段位移时,合力对物体所做的功等于各分力对物体所做功的代数和。,(1)先求合力,再求合力的功.,计算合力的功:,(2)先求各个分力的功,再求各个功的代数和.,五:几个力对物体做功的计算,五:几个力对物体做功的计算,例1:如图所示,质量为m=1kg的物体置于水平地面上,受到与水平方向成370角,大小为10N的拉力F作用而移动X=2m,已知物体m与水平面间的动摩擦因数为=0.5。求在此过程中(1)作用在物体上的各个力对物体所做的功(
7、2)几个力对物体所做的总功,方法1:先求合力,再求合力的功.,W总=F合Xcos,方法2:先求各个分力的功,再求各个功的代数和.,W总=W1+W2+W3+Wn,上例中,若水平面是光滑的,其它条件不变,两种情况下力F做功的情况怎样?,一个力做功只与F、S、有关,与其它因素无关(物体运动的快慢、运动的性质、接触面是否光滑、物体的质量大小均无关,例2:如图所示,质量为m的物体沿倾角为的斜面上滑距离为X,已知物体与斜面的动摩擦因数为.求在此过程中(1)作用在物体上的各力对物体所做的功(2)各个力对物体做的总功(3)斜面对物体做的功,例3:如图所示,拉力F使质量为m的物体沿倾角为的斜面向上匀速移动距离为
8、X.已知物体与斜面的动摩擦因数为.求作用在物体上的各个力对物体所做的总功是多少?,若下面的薄木板A移动的距离为X,则A、B两物体所受各力对它们所做的功,A,B,3 质量为M,长度为L的长木板静止在光滑的水平面上,一个质量为m的滑块,以某一速度开始沿木板上表面滑动。m从左端点滑至右端点的过程,木板前进的距离为s,若木板与滑块之间的动摩擦因数为,求摩擦力对滑块、对木板做功各为多少。,*启示:,1 计算某一个力所做的功,必须要清楚这个力的大小方向,以及位移的大小方向。,2 摩擦力不一定做负功。,3 一对作用力和反作用力所做的功,不一定相等,也不一定代数和为零。,4、如下图所示,物体的质量为m=2 k
9、g,滑轮的质量和阻力不计,今用一竖直向上的力F=12 N向上拉,使物体匀速上升h=4 m的高度,则在此过程中拉力所做的功是多少?(取g=10 m/s2),要点:l为F的作用点发生的位移,作业:课本P60页,1、4题,1.功(3课时),定性的判断力对物体做功的正负的方法:,(1)若力是恒力,找力与位移方向的夹角,(2)若物体做曲线运动,力是变力,找力的方向与速度的方向的夹角,六.变力的功,(1)替代法(将变力做功转化为恒力做功),如图所示,用恒力F通过光滑定滑轮把静止于水平地面上的物体从位置A拉到位置B.物体可视为质点.定滑轮离水平面高为h,物体在位置A、B时细绳与水平面的夹角分别为1、2。求绳
10、子的拉力对物体做的功,7、如图,一根绳子绕过高4 m的滑轮(大小、摩擦均不计),绳的一端拴一质量为10 kg的物体,另一侧沿竖直方向的绳被人拉住若人拉住绳子前进3 m,使物体匀速上升,则人拉绳所做的功为A500 J B300 J C100 J D50 J,C,等效法:化变力做功为恒力做功,(2)平均值法,当作用在物体上的变力的方向不变,其大小随位移线性变化时,平均力 对该段位移的功来代替变力做功.,如图所示,轻质弹簧的自然长度为L0,劲度系数为K,现用水平推力F缓慢推弹簧,使弹簧缩短了X,求推力做的功.,(3)图象法FX(F只是大小变化,而方向与X一致),作出变力F随位移X变化的图象,图线与横
11、轴及X处的竖线所围成的“面积”的大小就是变力做的功.,例:如图所示,力F拉绕过滑轮的细绳使物体在水平面上移动了位移X,力F的方向与水平方向成角.求拉动过程中力F做的功.,(4)微元法,如图所示,质量为m的质点在力F的作用下沿半径为R的圆运动一周.若F的大小不变,方向始终与圆相切(与速度方向相同),则在该质点运动一周的过程中,F对质点m做了多少功?,解析:由于质点在沿圆周运动一周的过程中,F的方向时刻与速度方向相同,因此可将圆周分割成许多极短的小圆弧(微元):X1,X2,X3Xn.由于每一段极短的弧都可视为一段极短的直线,且与速度方向相同,故质点运动一周,F在各小段对质点做的功分别为:,W1=F
12、X1cos00=FX1,W2=FX2cos00=FX2,W3=FX3cos00=FX3,Wn=FXncos00=FXn,所以在该质点沿圆周运动一周的过程中,F对质点做的功:,WF=W1+W2+W3+Wn,=F(X1+X2+X3+Xn),=2RF,例:如图所示,摆球质量为m,悬线长为L,把悬线拉到水平位置后放手.设在摆球运动过程中空气阻力f的大小不变,求摆球从A运动到竖直位置B时,重力G,绳的拉力T和空气阻力f各做了多少功?,6、如下图所示,物体的质量为m=2 kg,滑轮的质量和阻力不计,今用一竖直向上的力F=12 N向上拉,使物体匀速上升h=4 m的高度,则在此过程中拉力所做的功是多少?(取g
13、=10 m/s2),要点:l为F的作用点发生的位移,方法二:等效法,(5)利用W=Pt求功,当某力做功的功率P一定时,该力F在时间t内做的功可由W=Pt求出.,(6)要根据功能关系求功W=E,如:动能定理,功是能量转化的量度等,通过能的变化来求变力做的功.,(7)利用W=P V求功,例:在水深为5m的水池底下有一气泡,由于水温的变化,气泡的体积由2.0cm3膨胀到4.0cm3.求气泡对水做的功.(P0=1.0105Pa g=10m/s2),六:定性的判断力对物体做功的正负,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,斜面和小物块所
14、受各力做功的正负。,1、重力对物体做正功,2、支持力对物体做负功,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?,力每时每刻与速度垂直,拉力不做功,六.如何判断力的做功,判断某个力是否做功,是做正功还是做负功,常用的方法有四种.,1.由功的定义式W=FXcos,根据力F与位移X间的夹角来判断.,若=900,则F不做功;若00900,则F做正功;若900 1800,则F做负功.,2.利用力F与速度V间的夹角来判断.,若=900,则F不做功;若00 900,则F做正功;若900 1800,则F做负功.,3.从能量转化角度来判断,此法既适用于恒力做功也适用于变力做功.关键是分清楚
15、能量转化情况.根据功是能量转化的量度,若能量转化,则必有力对物体做功.,4.巧用特殊运动的公式来判断,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(),1、在斜面上由静止开始下滑的物体(所有接触面都光滑)物体受到的各力是否做功?做正功还是做负功?,结论:1、重力对物体做正功2、支持力对物体做负功,2、滑动摩擦力一定做负功吗?,滑动摩擦力f 对m 做负功 W1=-f Sm,滑动摩擦力f对做正功 W2=f SM,一对滑动摩擦力对物体作功之和必定为负功,滑动摩擦力对滑块做负功,滑动摩擦力对桌不做功,滑动摩擦力即可以做
16、正功,也可以做负功,还可以不做功。,3、静摩擦力一定不做功吗?,A 和B 相对静止,一起加速运动,静摩擦力对A 做负功W=-fS,静摩擦力对做正功W fS,一对静摩擦力作功之和必定为零,4、作用力和反作用力做功一定是大小相等,正负相反吗?,作用力和反作用力做功,其大小不一定相等,正负也不一定相反,例:质量为M的长木板放在光滑的水平面上,一个质量为m的滑块以某一速度V0沿长木板上表面从A点滑至B点前进了L,而木板前进了X,如图所示,若滑块与长木板间的动摩擦因数为.求摩擦力对滑块、对长木板做的功各为多少?,思考:,(1)摩擦力是否一定做负功?,(2)一对相互作用力所做的功大小是否一定相等?代数和是
17、否一定为0,五.功的求解与计算,1.恒力的功,W=FXCOS,如图所示,拉力F使质量为m的物体沿倾角为的斜面向上匀速移动距离为X.已知物体与斜面的动摩擦因数为.求作用在物体上的各力对物体所做功分别是多少?,注意:对于恒力做功,首先必须明确要求的是哪个力对哪个物体所做的功;其次要确定做功的力的大少和方向,位移的大小和方向,以及力F与位移X间的夹角,最后代入公式求解.,1、一学生用100 N的力将质量为0.5 kg的球迅速踢出,球在水平路面上滚出20 m远,则该学生对球做的功是:()A、2000 J B、1000 J C、16 J D、无法确定,课堂练习,D,要点:公式中F为恒力,且始终作用在物体
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