物理人教版（2019）必修第二册8.1功与功率（共45张ppt）

(共45张PPT)
第八章 机械能守恒定律
8.1 功与功率
功和能量
不同形式的能量可以互相转化，并且能量的转化与功的概念紧密相连。如果在一个过程中存在做功的现象，就必然存在能量变化的现象。
功是能量转化的量度。
功：
做功的两个不可缺少的因素：
1、作用在物体上的力。
2、物体在力的方向上产生位移。
定义：物体所受力与物体在力的方向上发生位移的乘积。
F
G
FN
F
G
FN
l
光滑
思考：如果物体运动的方向与力的方向不一致呢？
l
F
α
新知导入
l
W=F l cosα
F
α
A
B
α是力的方向与位移方向的夹角
功的计算公式
F
α
1、分解力
2、分解位移
1. 定义式：W = F l cosα
2. 国际单位：
焦耳（简称：焦，符号：J ）
3. 功是标量，没有方向；
1 J = 1 N ×1 m = 1 N·m
4. 功是过程量，对应一段时间或位移，是力对空间的积累效果。
功：
对公式中各物理量的理解
W=F l cosα
F：
应为恒力。
l：
应为F的作用点相对于地面的位移。
1、力的作用点的位移通常就是物体的位移，但有时也不一样。
F
一学生用100N的力将质量为0.5kg的球迅速踢出，球在水平路面上滚出20m远，则该学生对球做的功是：（ ）
A、2000J　　　 B、1000J　　　　
C、16J　 D、无法确定
D
2、l是相对于地面的位移。
F
m
M
3、恒力做功与路径无关。
（滑动摩擦力或空气阻力做功时，l应为路程）
对公式中各物理量的理解
W=F l cosα
F：
应为恒力。
l：
应为F的作用点相对于地面的位移。
α：
应为F与l间的夹角，可在0~180 内。
练习:
下图表示物体在力F 作用下在水平面上发生一段位移s,试分别计算在这四种情况下力F对物体所做的功.设在这三种情况下力、位移的大小都相同：F=10 N, s=2 m,角θ的大小如图中所示.
丁
α cosα W 物理意义
α = π/2
0 ≤ α＜π/2
π/2 ＜α ≤ π
cosα=0
cosα＞0
cosα＜0
W = 0
W＞0
W＜0
表示力F对物体不做功
表示力F对物体做正功
表示力F对物体做负功
正功和负功
W = F l cosα
负功的物理意义：
正功的物理意义：
表示该力是动力；
表示该力是阻力。
注意：某力做多少负功，也可说成“物体克服该力做多少正功”（取绝对值）。
v
f=5N
F1
A
动力
阻力
（1）物体在水平力F作用下沿光滑水平面加速运动 l ；
l
μ = 0
l
思考：
（2）物体在水平力F作用下沿粗糙水平面匀速移动 l ；
（3）物体在沿斜面向上的力F作用下减速上滑 l；
μ ≠ 0
l
某个力做功的多少及正负，都只由F、l、 α三个物理量决定！
如图所示，质量为m的滑块放在光滑斜面上，斜面与平面间的摩擦力不计，当滑块从斜面顶端滑到斜面底端的过程中（ ）
A.重力对滑块做正功
B.滑块受到斜面的支持力与斜面垂直，所以支持力对滑块不做功
C.斜面对滑块的支持力对滑块做负功
D.滑块对斜面做正功
ACD
如图，在加速向左运动的车厢中，一个人用力沿车前进的方向推车厢，已知人与车厢始终保持相对静止，那么人对车厢做功的情况是( )
A.做正功 B.做负功
C.不做功 D.无法确定
B
物体质量为2kg，光滑的动滑轮质量不计，今用一竖直向上的50N的恒力向上拉，使物体上升4m距离。则在这一过程中拉力做功 J,物体克服重力做功 J. （ ）
1. 分别求出每个力所做的功，然后求出所有功的代数和。即：
求总功
【例题 1】一个质量为 150 kg 的雪橇，受到与水平方向成 37°角斜向上方的拉力，大小为500 N，在水平地面上移动的距离为 5 m。地面对雪橇的阻力为 100 N， cos 37°＝ 0.8。求各力对雪橇做的总功。
求总功
【例题 1】一个质量为 150 kg 的雪橇，受到与水平方向成 37°角斜向上方的拉力，大小为500 N，在水平地面上移动的距离为 5 m。地面对雪橇的阻力为 100 N， cos 37°＝ 0.8。求各力对雪橇做的总功。
2. 先求出物体所受的合力，然后再求出合力的功，即：
W总 = F合 l cosα
物体在两个相互垂直的力的作用下运动，力F1对物体做功6 J，物体克服力F2做功8 J，则F1、F2的合力对物体做功为(　　)
A．14 J　　　　 B．10 J
C．2 J D．－2 J
如图，一质量m=4.0 kg的物体，由高 h=2.0 m,倾角θ=53°的固定斜面顶端滑到底端.物体与斜面间的动摩擦因数为μ=0.2.求物体所受合外力做的功.（g=10 m/s2）
　如图所示，质量为m的物体静止在倾角为θ的斜面上，物体与斜面的动摩擦因数为μ，现使物体与斜面一起水平向左匀速移动距离l.求：
(1)摩擦力对物体做的功为多少？
(2)斜面对物体的弹力做的功为多少？
(3)重力对物体做的功为多少？
(4)斜面对物体做的功又是多少？各力对物体所做的总功是多少？
v0
v0
m
1、滑动摩擦力一定做负功吗
M
SM
Sm
M
v0
m
滑动摩擦力f对m做负功 W1=- f Sm
滑动摩擦力f对Ｍ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
滑动摩擦力既可以做正功，也可以做负功，还可以不做功。
讨论：
讨论：
F
A
B
2、静摩擦力一定不做功吗
静摩擦力对A做负功W= -f S
静摩擦力对Ｂ做正功Ｗ＝ f S
一对静摩擦力作功之和必定为零
3、作用力和反作用力做功一定是大小相等，正负相反吗？
S
N
S
N
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。
讨论：
4、变力做功：
①当力的大小不变，而方向始终与运动方向相同或相反时，这类力的功等于力和路程的乘积，如滑动摩擦力、空气阻力做功等。
讨论:
如图，一根绳子绕过高4m的滑轮（大小、摩擦均不计），绳的一端拴一质量为10kg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3m，使物体匀速上升，则人拉绳所做的功为
A．500J 　　　
B．300J 　
C．100J 　　　
D．50J
C
思考：一台起重机甲在 1min 内把1吨的货物匀速提到预定的高度。另一台起重机乙在 30s 内把1吨的货物匀速提到相同的高度。
F
M
1min
F
M
30s
哪一个做功更快呢？
功率：
（1）定义：功W与完成这些功所用时间 t 的比值
（2）定义式：
比值定义法
（4）功率也是标量
（5）功率的单位：
瓦特（W）
一、功率
（3）物理意义：表示力对物体做功快慢的物理量
W＝Flcosα
P＝
t
W
P＝
t
Flcosα
v
F
α
v1
v2
F
α
v
F2
F1
P＝vFcosα
P＝Fvcosα
v＝
t
l
二、功率与速度的关系：
P＝Fvcosα
平均功率：描述在一段时间内做功的平均快慢
瞬时功率：表示在某一时刻做功的快慢
思考：
分别可以用哪个公式求平均功率和瞬时功率？
平均功率
（v是平均速度）
瞬时功率
（v是瞬时速度）
比较常用
(对应一段时间或一个过程)
(对应一个时刻或一个位置)
三、平均功率和瞬时功率
平均功率
瞬时功率
t 很小
P＝Fvcosα
例: 质量为m＝2 kg的木块在倾角θ＝37°的足够长的固定斜面上由静止开始下滑，木块与斜面间的动摩擦因数为μ＝0.5，已知：sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g 取10 m/s2，求：
(1)前2 s内重力做的功；
(2)前2 s内重力的平均功率；
(3)2 s末重力的瞬时功率.
四、额定功率和实际功率
1、额定功率：是指机器在正常条件下可以长时间工作的最大输出功率，也就是机器铭牌上的标称值．
2、实际功率：是指机器在工作中实际输出的功率．
机器不一定在额定功率下工作，机器正常工作时实际功率总是小于或等于额定功率，机器只能在短暂时间内实际功率略大于额定功率，但不允许长时间超过额定功率．
额定功率和实际功率
机车起动
公式：
实际功率
牵引力
瞬时速度
F-f=ma
牵引力
阻力
F-f=ma
1、机车以恒定功率启动
P不变，v增加，所以F减小
F减小，f 不变，所以a 减小
汽车做加速度减小的加速运动
当 a=0 时
即 F=f
汽车速度最大
0
t
a
0
t
F
0
t
P
t
v
0
先做a减小的加速运动，再做匀速运动
F-f=ma
2、机车以恒定加速度启动
F ，v ，所以P
a ，f ，所以F
匀加速运动
当 a=0 时
即F=f
速度最大
当P=P额
F-f=ma
P ，v ，所以F
额
F ，f ，所以 a
当 a=0
加速度减小的加速运动
以最大速度 匀速运动
P
t
0
F
t
0
a
t
0
先做匀加速运动，再做a减小的加速运动，最后是匀速运动
v
t
0
V1
Vm
2、机车以恒定加速度启动
例：质量为2t的汽车，发动机输出功率为30kW，在水平公路上能达到的最大速度为15m／s，求：
（1）汽车受到的阻力多大？
（2）若发动机输出功率保持不变，当汽车行驶速度为10m／s时，其加速度为多大？
答案：（1）2X103N（2) 0.5m/s2
例：额定功率为80kW的汽车，在水平长直公路上行驶时最大速度可达20m/s,汽车质量为2×103kg 。如果汽车从静止开始做匀加速直线运动，加速度可达2m/s2 。设运动过程中阻力大小不变，试求：
（1）汽车运动时所受阻力f；
（2）汽车匀加速运动过程可持续的时间t；
（3）汽车启动后，发电机在第三秒末的即时功率P3；
（4）汽车在做匀加速直线运动过程中，发动机所做的功W．