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第一节 追寻守恒量—能量
第七章 机械能守恒定律
伽利略理想实验
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观察
伽利略理想斜面实验(斜面均光滑)
1、小球从一个斜面的某一高度由静止滑下,并运动到另一个斜面的同一高度,经历了哪几个运动过程?
2、这些过程各有什么特点?
小球高度在降低的时候,速度在增加
高度上升的同时,速度在减小。
实验表明:斜面上的小球在运动过程中好像“记得”自己的起始高度(或与高度相关的某个量)。
后来物理学家把这一事实说成是“某个量是守恒的”,并且把这个量叫做“能量”或“能”
几种常见的能量形式
相互作用的物体凭借其位置而具有的能,叫做势能。
物体由于运动而具有的能,叫做动能。
在伽利略斜面实验中,势能和动能是怎样转化的?
分析
小球下降时,势能减小,动能增加;
小球上升时,动能减小,势能增加;
小球上升和下降时,动能+势能的和不变。
能量无处不在
“有一个事实,如果你愿意,也可以说一条定律,支配着至今所知的一切自然现象……这条定律称做能量守恒定律。它指出某一个量,我们把它称为能量,在自然界经历的多种多样的变化中它不变化。那是一个最抽象的概念……”
——诺贝尔物理学奖获得者费恩曼
教学目标
1.理解功的概念,知道做功的两个不可缺少的因素。
2.掌握功的公式: ,会计算恒力的功,掌握计算总功的方法。
3.知道功是标量,认识正功、负功的含义。
4.通过学习功的概念及其公式导出的过程,让学生
体会并学习物理学的研究方法,认识物理模型和数学
工具在物理学发展过程中的作用。
第七章 机械能守恒定律
第二节 功
一、做功与能量的变化
举重运动员举起杠铃的过程中,什么力对杠铃做功?能量怎样变化?
问题设计
答案 推力对杠铃做功.
运动员消耗自身的体能,转化为杠铃的能量
做功的过程就是_____ 的过程.
能量变化
初中时我们学过做功的两个因素是什么?
(1)作用在物体上的力;
(2)物体在力的方向上通过的距离。
人推小车行走了一段位移人对小车做功。
S
(1)举重运动员举着杠铃不动,举力做了功.
(2)人提着一重物沿水平方向匀速移动一段距离,提力对重物做了功.
(3)苹果从树上落下,重力对苹果做了功.
(4)小球在光滑平面上移动一段距离,桌子的支持力对小球做了功.
(×)
(√)
(×)
(×)
判断下列说法是否正确:
情景一:
1、车陷泥坑,人推车,车不动
2、小孩提水桶前进
3、火箭发射过程
4、人牵引拉杆箱前进
F
F
V
F
V
F
V
二、 功
1、功的概念:
如果一个物体受到力的作用,并且在力的方向上发生了位移,物理学中就说这个力对物体做了功。
2、做功的必要因素:
①作用在物体上的力
② 物体在力的方向上发生的位移
3、功的国际单位:焦耳(J)
1J就是1N的力让物体在力的方向上发生1m的位移时所做的功。
1、力方向与位移方向垂直时,不做功;
2、力方向与位移方向同向时,力对物体
做功为W=FL
力F方向与运动方向成某一角度a(a≠90°)时,
力F对物体所做的功与角度a有关吗?该怎么
计算呢?
物体m在与水平方向成α角的力F的作用下,沿水平方向向前行驶的距离为L,如图所示,力F对物体做功是多少?
(1)把F分解到位移方向上
F
F2
F1
α
L
WF=WF1+WF2
WF =F1·L+F2·0
而 F1=F cos α
W=Fcosα L
(2)把L分解到力方向上
F
α
L
L2
L1
W=W1+W2
WF =F·L1+0·L2
W=FL cosα
而 L1=Lcos α
思考:我们能不能将位移分解呢?
力对物体所做的功,等于力的大小、位移
的大小(相对地面位移)、力与位移夹角的余弦这三者的乘积。
初中已经学习了,用W表示功,F表示力, S表示物体在力的方向上通过的距离,则功的公式为: W=FS
W=F lcosα
★功是标量
★单位:
焦(J) 1 J = 1 N·m
1J等于1N的力使物体在力的方向上发生1m的位移时所做的功。
★F---为恒力
L
Ⅰ光滑
1、以下两种情况拉力F 相同,通过的位移L相同,则拉力做功是( )
A.对A做多 B.对B做多
C.一样多 D.以上都有可能
A
Ⅱ粗糙
F
L
α
B
C
F
α
2、如何找力与位移的夹角?
答案:α
答案:π- α
答案: π- α
答案: π- α
F
乙
L
α
F
L
α
L
α
α
L
F
丙
甲
丁
F
2、如何找力与位移的夹角?
答案:α
答案:π- α
答案: π- α
答案: π- α
F
乙
L
α
F
L
α
L
α
α
L
F
丙
甲
丁
F
结论:将力向位移方旋转,当力与位移重合时,力所转过的较小的角度就是力与位移方向的夹角。
3、下列图中,各力做功会怎样?
其中F=50N,L=2m,角度如图所示
F
θ
l
WG=0
W =F l cosθ
WN=0
Wf=f l cos
α?
= - f l
F
一定要指明哪个力对物体所做的功!
【请思考】 正功和负功的物理意义是什么呢?
α=π/2
α<π/2
π/2<α≤π
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
例:一个力对物体做了-100J的功,也可以说成是物体克服这个力做了 的功。
W=F l cos α
100J
α COSα W 物理意义
(1)从力的观点看正功和负功:
力F对物体做正功,这个力对物体来说是动力;
力F对物体做负功,这个力是阻力;对物体的运动起阻碍作用。
(2)从能量的观点看正功和负功:
力F对物体做负功,这个过程是受力物体向外输出能量的过程,即负功表示物体减少能量。
力F对物体做正功,是向物体提供能量的过程,即受力物体增加能量。
从力的作用效果:
从能量变化看:
从力的作用效果:
从能量变化看:
表示力为动力
使物体能量增加
表示力为阻力
使物体能量减少
功的正负只表示力做功的效果,既不表示方向,也不表示大小。
-7J的功与3J的功那个大?
例 判断下列二种情况下各力是否做功及正负情况:
(1)如图甲所示,光滑
水平面上有一光滑斜
面b,a由斜面顶端静
止滑下,b对a的支持
力FN对a物体做功吗?
(2)人造地球卫星在椭
圆轨道上运行,由图
乙中的a点运动到b点
的过程中,万有引力是否做功?
支持力FN做负功
万有引力做负功
判断力是否做功及做功正负的方法
(1)对于直线运动,看力F的方向与
位移L的方向间的夹角α
(2)对于曲线运动,看力F的方向与
瞬时速度v的方向间的夹角α
若α为锐角则做正功,若α为直角则不做功,若α为钝角则做负功。
4、一个质量为m的物体沿倾角为α的斜面匀速滑下,在通过位移l的过程中,求各个力对物体做的总功.
重力对物体做功
W1= mglsinα
支持力对物体做功
摩擦力对物体做功
解析:
W3= -mglsinα
W总=W1+W2+ W3 =0
总功
W2=0
总功:各个力对物体做功之和。
总功等于各个力做功之和,即:
W总=W1+W2 +…. + Wn
思路点拨:
(1)分析物体受到几个力
(2)每个力是否对物体做功
(做正功还是负功)
(3)求每个力所做功的代数和
总功:合力对物体做的功。
思路点拨:
(1)分析物体受到几个力,求合力
(2)合力对物体做功(做正功还是负功)
解析:物体匀速下滑,F合=0
W总=F合LCOSθ=0
求总功的方法
2.求各个力所做功的代数和
1.求几个力的合力所做的功
先求出合外力F,再由 计算。
先分别求出各个力所做的功:
再对各个力做的功求代数和.
1、做功的两个不可缺少的因素
作用在物体上的力和在力的方向上通过的位移。
2、功的计算
a、一定要指明是哪个力对物体做的功;
b、力必须是恒力。
3、功是标量,但有正负。
功的正负不表示做功的大小,而表示功的性质;动力对物体做正功,物体的能量增加;阻力对物体做负功,物体的能量减少。
4、总功等于各个力对物体所做功的代数和,也等于合力对物体所做的功。
W = FL cosα
5.下列哪种情况中作用力对物体做了功( )
A. 用50N的力提着水桶沿水平地面前进10米
B.男子举重运动员举着重1700N的杠铃停留3秒
C.用50N的力提着书包从一楼走到三楼
D.铅球受到手的推力,离手后通过9米的距离
练一练
6.用起重机将质量为m的物体匀速地吊起一段距离,作用在物体上的各力做功情况是( )
A. 重力做正功,拉力做负功,合力做功为零
B.重力做负功,拉力做正功,合力做正功
C.重力做负功,拉力做正功,合力做功为零
D.重力不做功,拉力做正功,合力做正功
C
7、关于功的概念,以下说法正确的是( )
A.力是矢量,位移是矢量,所以功也是矢量。
B.功有正、负之分,所以功也有方向性。
C.若某一个力对物体不做功,说明该物体
一定没有位移。
D.一个力对物体做的功等于这个力的大小、
物体位移大小及力和位移间夹角的余弦
三者的乘积。
D
8.用与水平面成α角斜向上的拉力拉着质量为m的
物体在水平面上运动,第一次在光滑水平面上,
做匀加速直线运动,位移为x,做功w1;第二次在
粗糙水平面上,做匀速直线运动,位移为x,作功
w2,则( )
A. w1 > w2
B. w1 < w2
C. w1 = w2
D. 无法确定
C
9、一个质量m=150kg的雪橇,受到与水平方向成θ=37°角斜向上方的拉力F=500N,在水平地面上向右移动的距离l=5m。雪橇与地面间的滑动摩擦力F阻=100N,(cos37°=0.8 )
求:(1)各个力对雪橇所做的功。
(2)各个力对雪橇做的总功。
(3)雪橇所受的合力。
(4)合力对雪橇做的功。
F
F阻
FN
370
G
V
解析:(1)拉力F对物体所做的功为 W1= Flcos37°=2000J
摩擦力F阻对物体所做的功为
W2= F阻lcos180°=—500J
(2)各力做功的代数和为
W=W1+W2+W3+W4=1500J
(3)物体所受的合力
F合=Fcos37°- F阻=300N
(4)合力对物体所做的功为
W= F合l=1500J
重力和支持力对物体不做功,
W3 , W4 均为0
10、如图所示,质量为m=2kg的物体与竖直墙间的动摩擦因数为0.5,若受到与竖直线夹角为θ=370的斜向上的推力F作用而沿竖直墙壁滑动,物体由静止开始沿竖直墙壁以5m/s2的加速度向上滑动10m,求各个力对物体做功多少?合力做过多少(g取10m/s2)
答案:
推力做功WF=480J,
摩擦力做功Wf=-180J,
重力做功WG=-200J,
支持力做功WFN=0
合力做功W合=100J,
提示:先根据牛顿第二定律求出推力F的大小
1、做功的两个不可缺少的因素
作用在物体上的力和在力的方向上通过的位移。
2、功的计算
a、一定要指明是哪个力对物体做的功;
b、力必须是恒力。
3、功是标量,但有正负。
功的正负不表示做功的大小,而表示功的性质;动力对物体做正功,物体的能量增加;阻力对物体做负功,物体的能量减少。
4、总功等于各个力对物体所做功的代数和,也等于合力对物体所做的功。
W = FL cosα
例、判断下列三种情况下各力是否做功及正负情况:
(1)如图甲所示,光滑
水平面上有一光滑斜
面b,a由斜面顶端静
止滑下,b对a的支持
力FN对a物体做功吗?
(2)人造地球卫星在椭
圆轨道上运行,由图
乙中的a点运动到b点
的过程中,万有引力是否做功?
支持力FN做负功
万有引力做负功
小结:
判断力对物体做正功还是做负功的方法:
1.根据力和位移之间的夹角判断,此法常用于恒力做功的判断.
2.根据力和瞬时速度之间的夹角判断,此法常用于判断质点做曲线运动时变力做的功.夹角为锐角时力做正功,夹角为钝角时力做负功,夹角为直角时力不做功.
下课了!