（新教材）鲁教版物理课件必修二1.1（物理）:74张PPT

课件74张PPT。第1章　功和机械能
第1节　机　械　功 一、机械功的含义?1.含义:如果作用于某物体的恒力大小为F,该物体沿
_________运动的位移为 s,则___________称为机械功,
简称功。
2.做功的两个因素:力的方向F与s的乘积3.公式:W=________。
(1)如图,α是力与_____方向之间
的夹角,s为物体对___的位移。
(2)适用范围:该公式只适用于_____做功。
(3)标矢性:功是___(选填“标”或“矢”)量。Fscosα位移地恒力标(4)功是一个_____(选填“状态”或“过程”)量,描述了力的作用效果在空间上的累积,总与一个具体过程相联系。
过程4.单位:
国际单位制中,功的单位是_____,简称___,符号是__。
1 J=1 _____。
焦耳焦JN·m二、机械功的计算1.正功和负功:不做功正功负功2.几个力的总功的求法:
(1)先由W=Fscos α计算各个力对物体所做的功W1、W2、
W3…然后求所有力做功的_______,即W总=W1+W2+W3+…
(2)先由力的合成或根据牛顿第二定律求出合力F合,然
后由W总=_________计算总功,此时α为F合的方向与s的
方向间的夹角。代数和F合scosα3.下列关于功的说法正确的是_______。
①物体只要受力的作用,力对物体一定做功。
②功是标量,只有大小,没有方向。
③力促使物体运动做正功,阻碍物体运动做负功。
④合力做的总功可以比各个分力做的功大。②③④一　机械功的公式及功的正负
1.公式W=Fscos α的应用:
(1)相关性:由公式W=Fscos α可以看出力对物体做功,只与F、s、α有关,与物体的运动状态及物体是否还受其他作用力等因素均无关。(2)同时性:计算时应注意F与s必须具有同时性,即s必须是力F作用过程中物体发生的位移。
(3)同一性:同一个客观运动,相对于不同的参考系,位移s是不同的,在中学物理中约定,计算功都以地面为参考系,即s应理解为“受力质点的对地位移”。
(4)适用性:明确公式W=Fscosα适用于计算恒力做功。若是变力做功,此公式不再适用。2.正功与负功:
(1)功是标量,只有正、负,没有方向,功的正负不表示大小。
(2)正功、负功的物理意义。(3)一个力对物体做负功,往往说成物体克服这个力做功。【思考·讨论】
情境:如图所示,某运动员向上举起杠铃后,
并沿水平方向匀速移动一段距离。
讨论:
(1)两个过程中该运动员对杠铃做功了吗?
(2)试总结力对物体做功的条件是什么? (物理观念)提示:(1)该运动员向上举起杠铃的过程对杠铃做功,水平匀速移动过程中对杠铃不做功。
(2)做功的条件是有力并在力的方向上有位移。【典例示范】
如图所示,B放在光滑水平面上,A放在B上
并用细绳和右端墙壁相连。B物体在拉力
F的作用下向左运动,在运动过程中,A、B之间有相互作用的摩擦力,则对摩擦力做功的情况,下列说法中正确的是 (　　)
A.A、B都克服摩擦力做功　　　
B.摩擦力对A做负功
C.摩擦力对B做负功
D.摩擦力对A、B都不做功
【解题探究】
(1)B物体向左运动过程中,A、B两物体分别受哪些力?
提示:A物体受重力、B物体的支持力、B物体对A的摩擦力和绳子的拉力,共四个力作用;B物体受重力、A对B的压力、地面的支持力、A对B的摩擦力、外力F,共五个力作用。(2)A、B两物体受到的各力做功情况怎样?
提示:重力、支持力、绳子的拉力、A对B的压力及B对A的摩擦力均不做功。A对B的摩擦力对B做负功,拉力F对B做正功。【解析】选C。以A为研究对象,分析B对A的摩擦力及其做功情况。对A受力分析如图。以B为研究对象,分析A对B的摩擦力及其做功情况。对B受力分析如图。【规律方法】求解摩擦力做功的方法和步骤
(1)对物体受力分析,确定物体所受的摩擦力。
(2)对物体进行运动状态的分析,确定物体在摩擦力方向上对地的位移。
(3)根据公式W=Fscosα计算摩擦力做的功,判定摩擦力是否做功。【素养训练】
1.(多选)下列说法中正确的是 (　　)
A.功是矢量,正、负表示方向
B.功是标量,正号表示外力对物体做功,负号表示物体克服
外力做功
C.力对物体做正功还是做负功,取决于力和位移的方向关系
D.力做功总是在某过程中完成的,所以功是一个过程量【解析】选B、C、D。功是标量,只有大小,没有方向,故A错;功有正负,正功表示外力对物体做功,负功表示物体克服外力做功,功的正负取决于力和位移的夹角,即力和位移的方向关系,故B、C正确;功总与一段位移相对应,因此是过程量,故D正确。 2.如图所示,小李乘电梯从1楼到20楼,在此过程中经
历了先加速、后匀速、再减速的运动过程,则电梯支持
力对小李的做功情况是 (　　)
A.加速时做正功,匀速时不做功,减速时做负功
B.加速时做正功,匀速和减速时做负功
C.加速和匀速时做正功,减速时做负功
D.始终做正功【解析】选D。要判断功的正负,可根据公式W=Fscosα中力和位移的夹角α来判断。在加速、匀速、减速的过程中,支持力与小李的位移方向始终相同,所以支持力始终对小李做正功,则D正确,A、B、C错误。【补偿训练】
1.大力士比赛在国外比较盛行,首次世界大力士比赛始于1977年,如图所示为某选手将20多吨的汽车在水平路面上拖行了20 m,下列说法正确的是 (　　)
A.汽车受到的重力做了正功
B.汽车受到的地面的摩擦力做了负功
C.汽车受到的拉力不做功
D.汽车受到地面的支持力做了正功【解析】选B。汽车所受重力的方向竖直向下,而位移的方向为水平方向,重力与位移方向垂直,故重力不做功,A项错误;汽车受到的地面的摩擦力与位移方向夹角为180°,W=Fscos180°=-Fs,故地面对汽车的摩擦力做负功,B项正确;汽车受到的拉力与位移方向夹角为锐角,拉力做正功,故C项错误;汽车受到地面的支持力与位移方向垂直,不做功,D项错误。2.(多选)在加速运动的车厢中,一个人用力向前推车厢,如图所示,人相对车厢未移动,则下列说法中正确的是 (　　)
A.人对车不做功　　　　　　　
B.人对车做负功
C.推力对车做正功
D.车对人做正功【解析】选B、C、D。如图所示,对人在水
平方向上受力分析,人所受静摩擦力f与水
平弹力F方向相反,由于人也做加速运动,故有f>F。据题意知,Wf>0,WF<0,两个力作用的位移相同,故车对人做的功W>0,D选项正确。对车在水平方向上受力分析,人对车有两个方向相反的力,分别为f′和F′,据功的公式W=Fscosα知Wf′<0,WF′>0,而F′1.先确定物体所受的合力,再根据公式W合=F合scosα
求解合力做的功。该方法适用于物体的合力不
变的情况,常见的是发生位移s过程中,物体所
受的各力均没有发生变化。求解流程:2.先根据W=Fscos α,求出每个分力做的功W1、W2…Wn,再根据W总=W1+W2+…+Wn,求解合力做的功,即合力做的功等于各个分力做功的代数和。
该方法的适用范围更广,求解流程:【思考·讨论】
如图所示,小朋友在滑滑梯,请分析在小孩加速下滑的过程中重力做什么功?支持力和摩擦力做什么功?合力做什么功? (科学思维)提示:重力做正功,支持力不做功,摩擦力做负功,合力做正功。 【典例示范】
如图所示,质量为m的物体静止①在倾角为θ的斜面上,物体与斜面间的动摩擦因数为μ。现使斜面水平向左匀速移动②距离L。
试求: (1)摩擦力对物体做的功(物体与斜面相对静止)。
(2)斜面对物体的弹力对物体做的功。
(3)重力对物体做的功。
(4)斜面对物体做的功是多少?各力对物体所做的总功③是多少?
【审题关键】【解析】物体的受力情况如图所示,物体相对斜面静止,相对地面水平向左匀速移动L,物体受到重力mg、摩擦力f和支持力N的作用,这些力均是恒力,故可用公式W=Fscosα计算各力做的功。根据物体的平衡条件,可得:
f=mgsinθ,N=mgcosθ。
(1)Wf=fLcos(180°-θ)=-mgLsinθcosθ。
(2)WN=NLcos(90°-θ)=mgLsinθcosθ。
(3)WG=mgLcos90°=0。(4)斜面对物体做的功为斜面对物体施加的力做功的代数和:W斜= Wf+WN=0。
各力对物体所做的总功等于各力做功的代数和,
即W总= Wf+WN+WG=0。
答案:(1)-mgLsinθcosθ　(2)mgLsinθcosθ　(3)0　
(4)0　0
【规律方法】计算总功的一般步骤和方法
(1)对物体进行受力分析,明确物体受到哪几个力作用,以及每个力的大小和方向。
(2)分析每一个力作用过程中所对应的位移,根据功的定义式W=Fscosα,求出每一个力所做的功。
(3)将各个力所做的功进行代数求和,即可计算出总功。
(4)若各个力是同时作用在物体上,也可先求出各个力的合力,再根据功的定义式求出合力所做的总功。【素养训练】
1.一物体置于光滑水平面上,受互相垂直
的水平力F1、F2作用,如图所示,经一段
位移后,F1做功为6 J,物体克服F2做功为
8 J,则F1、F2的合力做功为
(　　)
A.14 J　　　B.10 J　　　C.-2 J　　　D.2 J【解析】选C。当有多个力对物体做功的时候,总功的大小等于各个力做功的代数和,由于力F1做功为6 J,力F2做功为-8 J,所以F1与F2的合力做功为6 J-8 J=-2 J,则C正确,A、B、D错误。2.质量为m的木箱放在倾角为α的粗糙斜面上,水平力F作用在木箱上,使它沿斜面匀速向上移动了s,如图所示,试分析作用在木箱上有几个力,各力对木箱做功为多少?合力所做的功为多少? 【解析】对木箱受力分析如图所示,受重力mg、支持力N、水平推力F、摩擦力f,共四个力作用。
WN=Nscos90°=0
WF=Fscos α
WG=-mgssinα
Wf=-fs=(mgsinα-Fcosα)s
W总=WN+WF+WG+Wf=0
答案:见解析【补偿训练】
1.物体沿直线运动的v -t关系如图所示,已知在第1 s内合外力对物体做的功为W,则 (　　)
A.从第1 s末到第3 s末合外力做功为4W
B.从第3 s末到第5 s末合外力做功为-2W
C.从第5 s末到第7 s末合外力做功为W
D.从第3 s末到第4 s末合外力做功为0.75W【解析】选C。设物体的质量为m,在第1 s内的加速度
为a1= =v,位移为s1= vt1= ,根据牛顿第二定律
可知,物体在第1 s内的合外力为F1=ma1=mv,根据题意及
功的定义式可知W=F1s1=mv× = 。从第1 s末到第
3 s末,物体匀速运动,合外力等于零,合外力做功为零,
选项A错误;从第3 s末到第5 s末物体位移等于s2=
vt2=v,合外力为F2=m×( )=- ,则从第3 s末到第5 s末合外力做的功为W1=F2s2=- ×v=- =-W,选
项B错误;从第5 s末到第7 s末物体的位移s3= (-v)t3
=-v,合外力为F3=m×( )=- ,则从第5 s末到第
7 s末合外力做功为W2=F3s3= =W,选项C正确;从第
3 s末到第4 s末物体的位移为s4= t4= ,合外力
为F2=- ,则从第3 s末到第4 s 末合外力做功为
W3=F2s4=- × =- =-0.375W,选项D错误。2.一个人从深4 m的水井中将50 N的水桶匀速提至地面,在水平道路上又匀速行走了12 m,再匀速走下6 m深的地下室。则整个过程中此人用来提水桶的力所做的功为多少?【解析】人从4 m深的水井中匀速向上提水桶做的功为W1=Fh1=50×4 J=200 J,人在水平道路上行走12 m的过程中,由于竖直向上的拉力与水平位移垂直,故人对水桶不做功,即W2=0。人匀速走下6 m深的地下室的过程中,对水桶做的功为W3=-Fh2=-50×6 J= -300 J。所以,在全过程中人对水桶做的功为W总=W1+W2+W3=200 J+0-300 J=-100 J。
答案:-100 J三　变力做功的求法
计算变力做功的四种方法【典例示范】
一个劲度系数为k的轻弹簧① ,它的弹力大
小与其伸长量的关系②如图所示。弹簧一
端固定在墙壁上,在另一端沿弹簧的轴线
施一水平力将弹簧拉长,求在弹簧由原长开始到伸长量为x1过程③中拉力所做的功;如果继续拉弹簧,在弹簧的伸长量由x1增大到x2的过程中,拉力又做了多少功?
【审题关键】【解析】
在拉弹簧的过程中,拉力的大小始终等于弹簧弹力的大小,根据胡克定律可知,拉力与拉力的作用点的位移x(等于弹簧的伸长量)成正比,即F=kx
F-x关系图像如图所示。
由图可知△AOx1的面积在数值上等于把
弹簧拉伸x1的过程中拉力所做的功,即W1= F1×x1= kx1×x1= k
梯形Ax1x2B的面积在数值上等于弹簧伸长量由x1增大到x2过程中拉力所做的功,即
W2= (F1+F2)×(x2-x1)= k( )
答案: k 　 k( )
【误区警示】应用胡克定律应注意的问题
(1)变力F=kx,由于k是常量,表明F随位移x线性变化。
(2)线性变化的平均值等于算术平均值。
(3)F-x关系图像中图线与横轴围成的图形面积在数值上等于力F做的功。【素养训练】
1.一木块前端有一滑轮,绳的一端系在右
方固定处,水平穿过滑轮,另一端用恒力F
拉住,保持两股绳之间的夹角θ不变,如图所示,当用力F拉
绳使木块前进s时,力F对木块做的功(不计绳重和滑轮摩擦)
是 (　　)
A.Fscosθ　　　　　 B.Fs(1+cosθ)
C.2Fscosθ D.2Fs【解析】选B。方法一:如图所示,力F作用点的位移
l=2scos ,

故拉力F所做的功W=Flcosα=2Fscos2 =Fs(1+cosθ)。
方法二:可看成两股绳都在对木块做功W=Fs+Fscosθ
=Fs(1+cosθ),则选项B正确。2.如图所示,固定的光滑竖直杆上套着一个滑
块,用轻绳系着滑块绕过光滑的定滑轮,以大
小恒定的拉力F拉绳,使滑块从A点起由静止开
始上升。若从A点上升至B点和从B点上升至C
点的过程中拉力F做的功分别为W1和W2,图中AB=BC,则(　　)

A.W1>W2　　　　　B.W1C.W1=W2 D.无法确定W1和W2的大小关系【解析】选A。轻绳对滑块做的功为变力做功,可以通过转换研究对象,将变力做功转化为恒力做功;因轻绳对滑块做的功等于拉力F对轻绳做的功,而拉力F为恒力,W=F·ΔL,ΔL为轻绳拉滑块过程中力F的作用点移动的位移,大小等于定滑轮左侧绳长的缩短量,由题图可知,ΔLAB>ΔLBC,故W1>W2,A正确,B、C、D错误。【补偿训练】1.如图所示,在水平面上,有
一弯曲的槽道AB,槽道由半径分别为 和
R的两个半圆构成。现用大小恒为F的拉力
将一光滑小球从A点沿槽道拉至B点,若拉力F的方向时
刻与小球运动方向一致,则此过程中拉力F所做的功为
(　　)
A.0　　　B.FR C. πFR D.2πFR【解析】选C。在拉动的过程中,力F的方向总是与速度
同向,用微元法的思想,在很小的一段位移内力F可以看
成恒力,小球路程为(πR+π× ),由此得W= πFR,
C正确,A、B、D错误。2.(多选)一质量为1 kg的质点静止于光滑水平面上,从t=0时起,第1 s内受到2 N的水平外力作用,第2 s内受到同方向的1 N的外力作用。下列判断正确的是 (　　)
A.0～2 s内外力所做的功是4.5 J
B.第2 s内外力所做的功是2.5 J
C.质点在第1 s内与第2 s内的位移之比为2∶3
D.第1 s内与第2 s内外力所做功的比值是 【解析】选A、B。根据牛顿第二定律可知,质点在第1 s内
的加速度a1= =2 m/s2,第1 s内的位移s1= a1t2=1 m,
质点在第2 s内的加速度a2= =1 m/s2,第2 s内的位移
s2=(a1t)t+ a2t2=2.5 m,s1∶s2=2∶5,选项C错误;第1 s内
外力做的功W1=F1s1=2 J,第2 s内外力做的功为W2=F2s2=
2.5 J,W1∶W2=4∶5,故选项B正确,D错误;0～2 s内外力所
做的功W=W1+W2=4.5 J,选项A正确。【拓展例题】考查内容:摩擦力做功问题
【典例】如图所示,物体沿弧形轨道滑下
后进入足够长的水平传送带,传送带以图
示方向匀速运转,则传送带对物体做功情况不可能的是
(　　)
A.始终不做功　　　　 B.先做负功后做正功
C.先做正功后不做功 D.先做负功后不做功【解析】选B。物体从弧形轨道上滑下到达传送带上的
速度v物与传送带匀速运动的速度v0之间可能存在以下
三种情况:v物>v0,v物=v0 ,v物v0,传送带施加
给物体的摩擦力阻碍物体的运动,使物体减速运动,摩
擦力对物体做负功,当二者速度相等时,无摩擦力,也就
无摩擦力做功,选项D的情况可能出现;若v物=v0,则始终无摩擦力做功,选项A的情况可能出现;若v物