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高中物理人教版 (新课标)必修21.追寻守恒量——能量集体备课ppt课件
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这是一份高中物理人教版 (新课标)必修21.追寻守恒量——能量集体备课ppt课件，共41页。PPT课件主要包含了Flcosα，不做功，代数和，图7－1－7等内容，欢迎下载使用。
第一节 追寻守恒量——能量 第二节 功
学习目标：1.理解能量、势能、动能、功的概念及其物理意义，理解功是能量转化的量度，知道不同形式的能量之间可以相互转化．2．知道正功、负功的概念，能利用功的一般公式进行计算．3.理解总功的概念,会计算外力对物体所做的总功.重点难点：对正、负功概念的理解及做功的计算.学.科.网
一、能量1.能量：伽利略在斜面小球实验中,发现一个具有启发性的事实：无论斜面陡或缓,小球总会在斜面上的某点速度变为0,这点距斜面底端的竖直高度与它出发时的高度______．在物理学中，我们把这一事实说成是“某个量是______的”，并且把这个量叫做能量或能．
2.势能：相互作用的物体凭借其______而具有的能量．3.动能：物体由于______而具有的能量．注意：在伽利略的理想斜面实验中,小球的动能和势能相互转化,但二者的总量是保持不变的．学.科.网
二、功1.做功的两个必要因素(1)作用在物体上的力F；(2)物体在力的方向上发生的位移l.2.功的计算[自主探究]图7－1－1
力F与位移l的方向夹角为α时，力F做的功．如图7－1－1所示,分力F1与位移同向,做功为：W1＝F1l＝ _______ ；分力F2与位移垂直，做功为：W2＝ ____；力F做功为：W＝W1＋W2＝ _______ ．
成功发现1．力对物体所做的功，等于力的大小、位移的大小、力与位移夹角的余弦这三者的乘积．即W＝ ______ ．2．功的单位:国际单位制中,功的单位是______,简称焦，符号是____．
三、正功和负功1.设力F与位移l方向间的夹角为α，则由功的公式W＝Flcsα可得下表：
2.合力的功功是标量,当物体在几个力的共同作用下发生一段位移时,这几个力对物体所做的总功,等于各个力分别对物体所做功的_________,也等于这几个力的______对这个物体所做的功．
1.功的决定因素做功具有两个必不可少的决定因素：①做功的力；②物体在力的方向上的位移．力对物体是否做了功，只与这两个因素有关，而与物体运动的快慢、运动的性质、接触面是否光滑、物体质量的大小等均无关系．
2.公式W＝Flcsα的理解(1)F表示力的大小；l表示力的作用点相对于地面位移的大小，当力的作用点的位移与物体的位移相同时，也常常说是物体相对于地面的位移大小；α表示力和位移方向间的夹角．(2)W＝F·lcsα，表达的意义是功等于沿力F方向的位移与力的乘积；W＝Fcsα·l，表达的意义是功等于位移与沿位移方向的力的乘积．学.科.网
3.正功与负功及不做功的判定(1)根据力和位移(或速度)方向间的夹角判定．当F、s(或v)夹角为锐角时,F为动力，做正功；F、s(或v)夹角为钝角时,F为阻力,做负功；F、s(或v)夹角为直角时，F不做功．此法多用于曲线运动中．(2)看物体的速率是增大还是减小．若在某力作用下速率增大，此力做正功，反之做负功．
特别提醒：(1)公式W＝Flcsα仅适用于恒力做功.(2)功虽然有正负，但功是标量，它的正负既不表示方向，也不表示大小，只表示做功的效果．
(2012·惠安高一检测)质量为m的物体静止在倾角为θ的斜面上，斜面沿水平方向向右匀速移动了距离s，如图7－1－2所示，物体m相对斜面静止．则下列说法中不正确的是( )图7－1－2
A．重力对物体m做正功 B．合力对物体m做功为零C．摩擦力对物体m做负功 D．支持力对物体m做正功【思路点拨】 判断功的正负可以看力与位移方向的夹角．
【精讲精析】物体的受力及位移如图7－1－3所示.图7－1－3重力垂直位移,故它不做功,A错误；合力为零,合力不做功,B正确；摩擦力Ff与l夹角β>90°,故摩擦力做负功,C正确；支持力FN与位移l的夹角α<90°,故支持力做正功,D正确．故符合题意的选项为A.【答案】 A学.科.网
变式训练1.(2012·湖北荆州中学高一期中)一个质量为m的物体在粗糙的水平面上运动，现给物体施加一个水平拉力F.下列哪些说法是正确的( )A.如果物体做加速直线运动,F一定对物体做正功B.如果物体做减速直线运动,F一定对物体做负功C.如果物体做减速直线运动,F也可能对物体做正功D.如果物体做匀速直线运动.F一定对物体做正功
解析：选ACD.在水平拉力F的作用下，物体在粗糙的水平面上做加速运动时，拉力F与物体发生的位移同向，因此，F一定对物体做正功,选项A正确；物体做减速直线运动时，拉力F也可能与物体发生的位移同向,即F也可能对物体做正功,故选项B错误、C正确；物体做匀速直线运动时,水平拉力F一定与物体发生的位移同向,即F一定对物体做正功，故选项D正确．
计算几个力的总功，通常有以下两种不同的处理方法：(1)先求物体所受的合外力，再根据公式W合＝F合lcsα求合外力的功．(2)先根据W＝Flcsα，求每个力做的功W1、W2、…Wn，再根据W合＝W1＋W2＋…＋Wn，求合力的功．
特别提醒：(1)求功时对物体进行受力分析是基础性的环节，要区分某个力的功与合力的功．由两种方法计算出的总功是相等的．(2)求总功时不遵守矢量运算法则,因功是标量．
如图7－1－4所示，利用斜面从货车上提货，每包货物的质量m＝20 kg，斜面倾角α＝37°，斜面的长度l＝2 m，货物与斜面间的动摩擦因数μ＝0.2，求货物从斜面顶端滑到底端的过程中所受合外力做的功．(取g＝10 m/s2)图7－1－4
【精讲精析】 斜面上的货物受到重力G、斜面支持力FN和摩擦力Ff共三个力的作用，如图7－1－5所示．图7－1－5
法一：先求出各个力所做的功，再求总功．重力G做的功为W1＝mglsin37°＝20×10×2×0.6 J＝240 J支持力FN对货物没有做功，W2＝0摩擦力Ff对货物做负功为W3＝(μmgcs37°)lcs180°＝－0.2×20×10×0.8×2 J＝－64 J合外力做的总功为W＝W1＋W2＋W3＝(240＋0－64) J＝176 J.
法二：先求货物所受的合外力,再求合外力的功.合外力做的功为W＝F合l＝(mgsin37°－μmgcs37°)l＝(20×10×0.6－0.2×20×10×0.8)×2 J＝176 J.【答案】 176 J
【方法总结】 求合力做功时方法的选择：(1)若物体做匀变速直线运动，即合力是恒力，先求合力(F合＝ma)再求功较简捷；(2)如果已知物体所受的力之中有的不做功，有的做功且方便求得该力的功(如重力的功)时，选择W合＝W1＋W2＋…＋Wn简单方便．
变式训练2.一质量为1 kg的物体被人用手匀加速向上托高1 m，加速度大小为2 m/s2，下列说法正确的是(g取10 m/s2)( )A．重力对物体做正功10 JB．手对物体做功12 JC．合力对物体做功22 JD．合力对物体做功2 J
解析：选BD.重力对物体做功WG＝－mgh＝－10 J，故A错；手对物体的作用力F＝m(g＋a)＝12 N，做功为：WF＝F·h＝12 J，B对；合力F合＝ma＝2 N,做功W合＝F合·h＝2 J,C错，D对．
1.静摩擦力做功的特点(1)静摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功．例：当物体在倾斜的传送带上随传送带一起向上运动时,静摩擦力做正功；若随传送带向下运动则静摩擦力做负功；在粗糙的水平圆盘上的物体随圆盘做圆周运动时，静摩擦力提供向心力，不做功．
(2)一对互为作用力和反作用力的静摩擦力所做的功的总和等于零．因为物体之间相对静止，没有相对滑动，故两个物体的位移相同．这对静摩擦力与位移的夹角互补,cs α互为相反数,所以这对静摩擦力做的功也互为相反数，即总和等于零．
2.滑动摩擦力做功的特点图7－1－6(1)滑动摩擦力可以做正功,也可以做负功，还可以不做功.如图7－1－6所示,当将物体轻轻放在运动的传送带上时,滑动摩擦力做正功;当传送带不动,物体冲上传送带时,滑动摩擦力做负功;当物体在地面上滑动时,地面受到的摩擦力不做功．
(2)相互摩擦的系统内，一对滑动摩擦力所做的总功为负值．由于物体之间有相对滑动，故两个物体的对地位移并不相等，互为作用力、反作用力的滑动摩擦力做功的总和不为零．
如图7－1－7所示，木块原来静止在光滑水平面上，子弹以一定的速度从左端打进木块，当子弹与木块速度恰好相等时，子弹的位移为l1、木块的位移为l2.设木块与子弹间的摩擦力为Ff，则摩擦力对木块所做的功为多少？摩擦力对子弹所做的功为多少？一对摩擦力做功的代数和是多少？
【精讲精析】 子弹所受的摩擦力向左，与子弹运动的方向相反，因此，摩擦力对子弹所做的功W1＝－Ffl1；木块所受的摩擦力向右，因此,摩擦力对木块所做的功为W2＝Ffl2；一对摩擦力做功的代数和为W＝W1＋W2＝Ff(l2－l1)．【答案】 Ffl2 －Ffl1 Ff(l2－l1)
【方法总结】 由牛顿第三定律可知，子弹与木块间相互作用的滑动摩擦力大小相等、方向相反，但由于两物体的位移不同，因此两个力做功的代数和并不为零．
变式训练3.(2012·衡水中学高一检测)如图7－1－8所示，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( )图7－1－8
A．A、B都克服摩擦力做功B．摩擦力对A不做功C．摩擦力对B做负功D．摩擦力对A、B都不做功解析：选BC.对A、B受力分析如图所示，物体A在Ff2作用下没有位移,所以摩擦力对A不做功,故B正确；对物体B，Ff1与位移夹角为180°，做负功，故C正确，A、D错误．
作用力、反作用力做功的关系分析1.作用力与反作用力的特点：大小相等、方向相反，但作用在不同物体上．2.作用力、反作用力作用下物体的运动特点：可能向相反方向运动,也可能向相同方向运动,也可能一个运动而另一个静止,还可能两物体都静止.
3.由W＝Flcsα可以判断，作用力与反作用力的功的特点是：没有必然关系，即不一定是一正一负，绝对值也不一定相等．
[经典案例] 关于两物体间的作用力和反作用力的做功情况，下列说法正确的是( )A．作用力做功，反作用力一定做功B．作用力做正功，反作用力一定做负功C．作用力和反作用力可能都做负功D．作用力和反作用力做的功一定大小相等，且两者代数和为0
第一节 追寻守恒量——能量 第二节 功
学习目标：1.理解能量、势能、动能、功的概念及其物理意义，理解功是能量转化的量度，知道不同形式的能量之间可以相互转化．2．知道正功、负功的概念，能利用功的一般公式进行计算．3.理解总功的概念,会计算外力对物体所做的总功.重点难点：对正、负功概念的理解及做功的计算.学.科.网
一、能量1.能量：伽利略在斜面小球实验中,发现一个具有启发性的事实：无论斜面陡或缓,小球总会在斜面上的某点速度变为0,这点距斜面底端的竖直高度与它出发时的高度______．在物理学中，我们把这一事实说成是“某个量是______的”，并且把这个量叫做能量或能．
2.势能：相互作用的物体凭借其______而具有的能量．3.动能：物体由于______而具有的能量．注意：在伽利略的理想斜面实验中,小球的动能和势能相互转化,但二者的总量是保持不变的．学.科.网
二、功1.做功的两个必要因素(1)作用在物体上的力F；(2)物体在力的方向上发生的位移l.2.功的计算[自主探究]图7－1－1
力F与位移l的方向夹角为α时，力F做的功．如图7－1－1所示,分力F1与位移同向,做功为：W1＝F1l＝ _______ ；分力F2与位移垂直，做功为：W2＝ ____；力F做功为：W＝W1＋W2＝ _______ ．
成功发现1．力对物体所做的功，等于力的大小、位移的大小、力与位移夹角的余弦这三者的乘积．即W＝ ______ ．2．功的单位:国际单位制中,功的单位是______,简称焦，符号是____．
三、正功和负功1.设力F与位移l方向间的夹角为α，则由功的公式W＝Flcsα可得下表：
2.合力的功功是标量,当物体在几个力的共同作用下发生一段位移时,这几个力对物体所做的总功,等于各个力分别对物体所做功的_________,也等于这几个力的______对这个物体所做的功．
1.功的决定因素做功具有两个必不可少的决定因素：①做功的力；②物体在力的方向上的位移．力对物体是否做了功，只与这两个因素有关，而与物体运动的快慢、运动的性质、接触面是否光滑、物体质量的大小等均无关系．
2.公式W＝Flcsα的理解(1)F表示力的大小；l表示力的作用点相对于地面位移的大小，当力的作用点的位移与物体的位移相同时，也常常说是物体相对于地面的位移大小；α表示力和位移方向间的夹角．(2)W＝F·lcsα，表达的意义是功等于沿力F方向的位移与力的乘积；W＝Fcsα·l，表达的意义是功等于位移与沿位移方向的力的乘积．学.科.网
3.正功与负功及不做功的判定(1)根据力和位移(或速度)方向间的夹角判定．当F、s(或v)夹角为锐角时,F为动力，做正功；F、s(或v)夹角为钝角时,F为阻力,做负功；F、s(或v)夹角为直角时，F不做功．此法多用于曲线运动中．(2)看物体的速率是增大还是减小．若在某力作用下速率增大，此力做正功，反之做负功．
特别提醒：(1)公式W＝Flcsα仅适用于恒力做功.(2)功虽然有正负，但功是标量，它的正负既不表示方向，也不表示大小，只表示做功的效果．
(2012·惠安高一检测)质量为m的物体静止在倾角为θ的斜面上，斜面沿水平方向向右匀速移动了距离s，如图7－1－2所示，物体m相对斜面静止．则下列说法中不正确的是( )图7－1－2
A．重力对物体m做正功 B．合力对物体m做功为零C．摩擦力对物体m做负功 D．支持力对物体m做正功【思路点拨】 判断功的正负可以看力与位移方向的夹角．
【精讲精析】物体的受力及位移如图7－1－3所示.图7－1－3重力垂直位移,故它不做功,A错误；合力为零,合力不做功,B正确；摩擦力Ff与l夹角β>90°,故摩擦力做负功,C正确；支持力FN与位移l的夹角α<90°,故支持力做正功,D正确．故符合题意的选项为A.【答案】 A学.科.网
变式训练1.(2012·湖北荆州中学高一期中)一个质量为m的物体在粗糙的水平面上运动，现给物体施加一个水平拉力F.下列哪些说法是正确的( )A.如果物体做加速直线运动,F一定对物体做正功B.如果物体做减速直线运动,F一定对物体做负功C.如果物体做减速直线运动,F也可能对物体做正功D.如果物体做匀速直线运动.F一定对物体做正功
解析：选ACD.在水平拉力F的作用下，物体在粗糙的水平面上做加速运动时，拉力F与物体发生的位移同向，因此，F一定对物体做正功,选项A正确；物体做减速直线运动时，拉力F也可能与物体发生的位移同向,即F也可能对物体做正功,故选项B错误、C正确；物体做匀速直线运动时,水平拉力F一定与物体发生的位移同向,即F一定对物体做正功，故选项D正确．
计算几个力的总功，通常有以下两种不同的处理方法：(1)先求物体所受的合外力，再根据公式W合＝F合lcsα求合外力的功．(2)先根据W＝Flcsα，求每个力做的功W1、W2、…Wn，再根据W合＝W1＋W2＋…＋Wn，求合力的功．
特别提醒：(1)求功时对物体进行受力分析是基础性的环节，要区分某个力的功与合力的功．由两种方法计算出的总功是相等的．(2)求总功时不遵守矢量运算法则,因功是标量．
如图7－1－4所示，利用斜面从货车上提货，每包货物的质量m＝20 kg，斜面倾角α＝37°，斜面的长度l＝2 m，货物与斜面间的动摩擦因数μ＝0.2，求货物从斜面顶端滑到底端的过程中所受合外力做的功．(取g＝10 m/s2)图7－1－4
【精讲精析】 斜面上的货物受到重力G、斜面支持力FN和摩擦力Ff共三个力的作用，如图7－1－5所示．图7－1－5
法一：先求出各个力所做的功，再求总功．重力G做的功为W1＝mglsin37°＝20×10×2×0.6 J＝240 J支持力FN对货物没有做功，W2＝0摩擦力Ff对货物做负功为W3＝(μmgcs37°)lcs180°＝－0.2×20×10×0.8×2 J＝－64 J合外力做的总功为W＝W1＋W2＋W3＝(240＋0－64) J＝176 J.
法二：先求货物所受的合外力,再求合外力的功.合外力做的功为W＝F合l＝(mgsin37°－μmgcs37°)l＝(20×10×0.6－0.2×20×10×0.8)×2 J＝176 J.【答案】 176 J
【方法总结】 求合力做功时方法的选择：(1)若物体做匀变速直线运动，即合力是恒力，先求合力(F合＝ma)再求功较简捷；(2)如果已知物体所受的力之中有的不做功，有的做功且方便求得该力的功(如重力的功)时，选择W合＝W1＋W2＋…＋Wn简单方便．
变式训练2.一质量为1 kg的物体被人用手匀加速向上托高1 m，加速度大小为2 m/s2，下列说法正确的是(g取10 m/s2)( )A．重力对物体做正功10 JB．手对物体做功12 JC．合力对物体做功22 JD．合力对物体做功2 J
解析：选BD.重力对物体做功WG＝－mgh＝－10 J，故A错；手对物体的作用力F＝m(g＋a)＝12 N，做功为：WF＝F·h＝12 J，B对；合力F合＝ma＝2 N,做功W合＝F合·h＝2 J,C错，D对．
1.静摩擦力做功的特点(1)静摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功．例：当物体在倾斜的传送带上随传送带一起向上运动时,静摩擦力做正功；若随传送带向下运动则静摩擦力做负功；在粗糙的水平圆盘上的物体随圆盘做圆周运动时，静摩擦力提供向心力，不做功．
(2)一对互为作用力和反作用力的静摩擦力所做的功的总和等于零．因为物体之间相对静止，没有相对滑动，故两个物体的位移相同．这对静摩擦力与位移的夹角互补,cs α互为相反数,所以这对静摩擦力做的功也互为相反数，即总和等于零．
2.滑动摩擦力做功的特点图7－1－6(1)滑动摩擦力可以做正功,也可以做负功，还可以不做功.如图7－1－6所示,当将物体轻轻放在运动的传送带上时,滑动摩擦力做正功;当传送带不动,物体冲上传送带时,滑动摩擦力做负功;当物体在地面上滑动时,地面受到的摩擦力不做功．
(2)相互摩擦的系统内，一对滑动摩擦力所做的总功为负值．由于物体之间有相对滑动，故两个物体的对地位移并不相等，互为作用力、反作用力的滑动摩擦力做功的总和不为零．
如图7－1－7所示，木块原来静止在光滑水平面上，子弹以一定的速度从左端打进木块，当子弹与木块速度恰好相等时，子弹的位移为l1、木块的位移为l2.设木块与子弹间的摩擦力为Ff，则摩擦力对木块所做的功为多少？摩擦力对子弹所做的功为多少？一对摩擦力做功的代数和是多少？
【精讲精析】 子弹所受的摩擦力向左，与子弹运动的方向相反，因此，摩擦力对子弹所做的功W1＝－Ffl1；木块所受的摩擦力向右，因此,摩擦力对木块所做的功为W2＝Ffl2；一对摩擦力做功的代数和为W＝W1＋W2＝Ff(l2－l1)．【答案】 Ffl2 －Ffl1 Ff(l2－l1)
【方法总结】 由牛顿第三定律可知，子弹与木块间相互作用的滑动摩擦力大小相等、方向相反，但由于两物体的位移不同，因此两个力做功的代数和并不为零．
变式训练3.(2012·衡水中学高一检测)如图7－1－8所示，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( )图7－1－8
A．A、B都克服摩擦力做功B．摩擦力对A不做功C．摩擦力对B做负功D．摩擦力对A、B都不做功解析：选BC.对A、B受力分析如图所示，物体A在Ff2作用下没有位移,所以摩擦力对A不做功,故B正确；对物体B，Ff1与位移夹角为180°，做负功，故C正确，A、D错误．
作用力、反作用力做功的关系分析1.作用力与反作用力的特点：大小相等、方向相反，但作用在不同物体上．2.作用力、反作用力作用下物体的运动特点：可能向相反方向运动,也可能向相同方向运动,也可能一个运动而另一个静止,还可能两物体都静止.
3.由W＝Flcsα可以判断，作用力与反作用力的功的特点是：没有必然关系，即不一定是一正一负，绝对值也不一定相等．
[经典案例] 关于两物体间的作用力和反作用力的做功情况，下列说法正确的是( )A．作用力做功，反作用力一定做功B．作用力做正功，反作用力一定做负功C．作用力和反作用力可能都做负功D．作用力和反作用力做的功一定大小相等，且两者代数和为0
