粤教版 (2019)第一节 功集体备课ppt课件
展开①物理观念:能理解功、功率、动能、重力势能及机械能守恒定律的内涵,定性了解弹性势能;能用动能定理和机械能守恒定律分析解释生产、生活中的相关现象,解决一些相关的实际问题;能体会守恒观念对认识物理规律的重要性.具有初步的与功和机械能相关的能量观念.
②科学思维:能在熟悉的问题情境中运用机械能守恒定律解决问题时建构物理模型,会分析机械能守恒的条件;能从机械能守恒的角度分析动力学问题,通过推理,获得结论;能用与机械能守恒定律等相关的证据说明结论;能从不同视角解决动力学问题.③科学探究:能完成“验证机械能守恒定律”等物理实验.能提出实验中可能出现的物理问题;能在他人帮助下设计实验方案,获取数据;能分析数据、验证机械能守恒定律;能反思实验过程,尝试减少实验误差;能撰写比较完整的实验报告,在报告中能呈现实验表格及数据分析过程,尝试对实验数据进行讨论交流.
④科学态度与责任:通过对机械能守恒定律的验证,认识科学规律的建立需要实验证据的检验;有较强的学习和研究物理的兴趣;能发现机械能守恒定律对日常生活的影响.
本章重点①功、 功率、动能、势能的概念;②动能定理、机械能守恒定律两个重要规律.本章难点①动能定理的应用;②机械能守恒定律的应用;③实验:验证机械能守恒定律.
2.正功和负功功有正、负之分,但功是________(填“标量”或“矢量”),功的正、负只表示是动力做功还是阻力做功.3.正功和负功的判断
4.总功的计算(1)W合=____________(α为F合与位移s的夹角).(2)W合=W1+W2+…+Wn(即总功为各个分力所做功的________).
物体受力的同时又有位移发生,那么力一定做功吗?【答案】不一定,还要看力与位移是否垂直.
如图所示,在大小和方向都相同的力F1和F2的作用下,物体m1和m2沿水平方向移动了相同的距离.已知质量m1
2.合力做功的求法(1)先求各力做功,再求代数和:W总=W1+W2+…+Wn,式中W1、W2、…、Wn分别表示为F1、F2、…、Fn对物体所做的功.(2)先根据力的合成法则求合力,再求合力的功:W总=F合l cs α,公式中F合为n个力F1、F2、…、Fn的合力,l为物体的位移,α为F合与位移l的夹角,仅适用于受力恒定的情况.
例1 如图所示,人站在台阶式自动扶梯上,随扶梯匀速向上运动,下列说法正确的是( )A.人所受的重力做负功B.人所受的重力不做功C.人对梯面的压力不做功D.梯面对人的支持力不做功【答案】A
【解析】对人受力分析,受到竖直向下的重力和梯面对人垂直于接触面向上的支持力, 根据W=Fs cs θ可知,重力做负功,支持力做正功,根据牛顿第三定律可知,人对梯面的压力竖直向下,人对梯面的压力做负功,A正确,B、C、D错误.
变式1 (2023年肇庆一中期中)某校高三年级的体育生积极进行体育学科的高考备考,体育生在体育训练中拖着旧橡胶轮胎跑步是身体耐力训练的一种有效方法(如图).如果体育生拖着轮胎在水平直道上跑了200 m,那么下列说法正确的是( )A.摩擦力对轮胎做了负功B.重力对轮胎做了正功C.拉力对轮胎不做功D.支持力对轮胎做了正功【答案】A
【解析】轮胎受到地面的摩擦力方向水平向左,而位移水平向右,两者夹角为180°,则轮胎受到地面的摩擦力对轮胎做负功,故A正确;轮胎受到的重力方向竖直向下,而轮胎的位移水平向右,则轮胎在竖直方向上没有发生位移,重力不做功,故B错误;设拉力与水平方向的夹角为α,由于α是锐角,所以轮胎受到的拉力对轮胎做正功,故C错误;轮胎受到地面的支持力竖直向上,而轮胎的位移水平向右,则轮胎在竖直方向上没有发生位移,支持力不做功,故D错误.
1.求恒力做功时,要先对物体进行受力分析,求出力的大小和方向,然后再应用功的公式求解.2.求合力的功时,可以先求合力再求功,也可以先求各力做的功,再求各力做功的代数和.
2.图像法变力做的功W可用F-s图线与s轴所围成的面积表示.s轴上方的面积表示力对物体做正功的多少,s轴下方的面积表示力对物体做的负功.
3.分段法(或微元法)当力的大小不变,力的方向时刻与速度同向(或反向)时,把物体的运动过程分为很多小段,这样每一小段可以看成直线,先求力在每一小段上的功,再求和,总功W=Fs路或W=-Fs路.4.等效替换法若判断出某一变力做功和某一恒力做功相等,则可以求出恒力做的功来替代变力做的功.
例2 一列火车质量为1.0×105 kg,从静止开始运动,其阻力为车重的0.05倍,其牵引力的大小与火车前进的距离是线性关系,且F=103x+f0(f0是火车所受的阻力).当此火车前进100 m时,牵引力所做的功是多少?(g取10 m/s2)【答案】1×107 J
变式2 如图所示,某人用力F转动半径为R的磨盘,力F的大小不变,且力的方向始终与力的作用点的切线一致,则在转动一周的过程中,力F做功为( )A.0B.F(2πR)C.FRD.-F(2πR)【答案】B
【解析】在转动磨盘一周的过程中,力F的方向时刻变化,但每一瞬时力F总是与该瞬时的速度同向(切线方向),即转盘转过的每段极小位移Δs1,Δs2,Δs3,…,都与当时的力F方向同向,因而在转动一周过程中,力F做的功应等于在各极小位移段所做功的代数和,即W=FΔs1+FΔs2+FΔs3+FΔs4+…+FΔsn=F(Δs1+Δs2+Δs3+Δs4+…+Δsn)=F×2πR,所以B正确.
从量度能量变化的观点看,做了多少功,就有多少能量发生了转化;反之,能量转化了多少,可以用功的多少来衡量.W=Fs cs α是计算功的公式,同时也是可以看成能量转化的度量式,所以,能量的变化与做功相联系,从能量转化观点看,功是能量转化的度量,做功的过程就是能量转化的过程.
探究做功与能量变化的关系
例3 (多选)(2023年潮州期末)将一可以视为质点的质量为m的铁块放在一长为L、质量为M的长木板的最左端,整个装置放在光滑的水平面上,现给铁块一水平向右的初速度,当铁块运动到长木板的最右端时,长木板沿水平方向前进的距离为x(x>L),如图所示.已知铁块与长木板之间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g.下列说法正确的是( )
A.摩擦力对长木板所做的功为μmg(x+L)B.摩擦力对长木板所做的功为μmgxC.系统因摩擦力做功转化的内能为μmgLD.摩擦力对长木板所做的功为μmg(x-L)【答案】BC 【解析】根据功的定义,摩擦力对长木板所做的功等于摩擦力与木板对地面位移的乘积,即W=μmgx,故B正确,A、D错误;系统因摩擦力做功转化的内能为μmgL,C正确.
变式3 如图所示,滑雪者由静止开始沿斜坡从A点自由滑下,然后在水平面上前进至B点停下.已知斜坡、水平面与滑雪板之间的动摩擦因数均为μ,滑雪者(包括滑雪板)的质量为m,A、B两点间的水平距离为L.在滑雪者经过AB段的过程中,因摩擦力所做功转化为内能的大小为( )A.大于μmgLB.小于μmgLC.等于μmgLD.以上三种情况都有可能
【答案】C 【解析】设水平部分的长度为x1,斜坡的长度为x2,斜坡与水平面的夹角为θ,则下滑的过程中摩擦力做功为W=μmgx1+μmg cs θ·x2=μmg(x1+x2cs θ)=μmgL.
科学思维——传送带做功模型分析如图所示,将工件放在传送带上,传送带匀速运动,由于工件受摩擦力作用而被传递到末端.若工件和传送带相对静止,则涉及静摩擦力做功,若工件和传送带有相对滑动,则涉及滑动摩擦力做功.
例4 (多选)(2023年常德一中校考)传送带在工农业生产和日常生活中都有广泛的应用,例如在港口用传送带装卸货物,在机场用传送带装卸行李等,为人们的生活带来了很多的便利.如图甲所示为一传送带输送货物的简化模型,长为L的传送带与水平面间的夹角为θ,传送带以速度v0逆时针匀速转动.在传送带的上端轻轻放置一个质量为m的小物块,小物块与传送带之间的动摩擦因数为μ(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力),重力加速度为g.图乙为小物块运动的v-t图像.根据以上信息可以判断出( )
A.小物块开始运动时的加速度为gsin θ+μgcs θB.小物块与传送带之间的动摩擦因数μ
例5 某快递公司分拣邮件的水平传输装置示意图如图所示,皮带在电动机的带动下保持v=1 m/s的恒定速度向右运动,现将一质量m=2 kg的邮件轻放在皮带上,邮件和皮带间的动摩擦因数μ=0.5.设皮带足够长,g取10 m/s2,在邮件与皮带发生相对滑动的过程中,求:(1)邮件滑动的时间t.(2)邮件对地的位移大小x.(3)邮件与皮带间的摩擦力对皮带做的功W.
【答案】(1)0.2 s (2)0.1 m (3)-2 J【解析】(1)设邮件放到皮带上与皮带发生相对滑动的过程中受到的滑动摩擦力为F,则F=μmg.根据牛顿第二定律,有F=ma.又v=at,解得t=0.2 s.
(3)邮件与皮带发生相对滑动的过程中,设皮带相对地面的位移为s,则s=vt.摩擦力对皮带做的功W=-Fs,代入数据,得W=-2 J.
1.(2023年中山二中月考)滑板运动是青少年喜爱的一项运动,一块滑板由板面、滑板支架和四个轮子等部分组成.如图,一位练习者踩着滑板在水平地面上向右减速滑行,若练习者的脚受到的摩擦力为f1,脚对滑板的摩擦力为f2,下列说法正确的是( )A.f1做正功,f2做负功B.f1做负功,f2做正功C.f1、f2均做正功D.因为是静摩擦力,f1、f2都不做功【答案】B
【解析】由题意可知练习者和滑板一起向右减速滑行,即加速度方向向左,由牛顿第二定律可知,练习者的脚受到的摩擦力f1方向向左,由牛顿第三定律可知,滑板受到脚的摩擦力f2方向向右,人和滑板一起向右运动,故练习者的脚受到的摩擦力f1做负功,脚对滑板的摩擦力f2做正功,A、C、D错误,B正确.
2.(2023年广州番禺区期末)引体向上是《国家学生体质健康标准》中规定的男生测试项目之一.如图所示,引体向上分为两个过程:身体从最低点升到最高点的“上引”过程,身体从最高点回到最低点的“下放”过程.某同学在30 s内连续做了10个完整的引体向上,已知该同学质量约为60 kg,g取10 m/s2则( )A.“上引”过程重力对人做正功B.“下放”过程重力对人做负功C.在30 s内重力对人做的总功约为3 000 JD.在30 s内克服重力做功3 000 J
【答案】D 【解析】“上引”过程,重力向下,位移向上,则重力对人做负功,A错误;“下放”过程,重力向下,位移向下,则重力对人做正功,B错误;在30 s内人回到原来的位置,重力的位移为零,则重力对人做的总功为零,C错误;“上引”过程,人的重心大约上升h=0.5 m,则在30 s内克服重力做功W=10mgh=10×60×10×0.5 J=3 000 J,D正确.
3.如图所示,摆球质量为m,悬线的长为L,把悬线拉到水平位置后放手.设在摆球从A点运动到B点的过程中空气阻力f的大小不变,则下列说法正确的是( )A.重力做功为mgLB.悬线拉力做负功C.空气阻力做功为-fLD.空气阻力f做功为-πfL【答案】A
4.(多选)(2023年东莞阶段检测)如图所示,三个固定的斜面底边长度都相等,斜面倾角分别为30°、45°、60°,斜面的表面情况都一样.完全相同的物体(可视为质点)A、B、C分别从三斜面的顶部滑到底部的过程中( )
A.三者所受摩擦力fA>fB>fCB.三者克服摩擦力所做的功WA>WB>WCC.三者克服摩擦力所做的功WA
斜面对物体的摩擦力所做的功Wf=Ffx sin θ=300 J,B错误;物体重力做的功WG=- mgx=-800 J,则物体克服重力做功800 J,C错误;合外力对物体做的功W合=WN+Wf+WG=400 J,D正确.
6.如图所示,质量m=50 kg的滑雪运动员从高度h=30 m的坡顶由静止下滑,斜坡的倾角θ=37°,滑雪板与雪面之间的动摩擦因数μ=0.1.在运动员滑至坡底的过程中,求:(g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,装备质量不计)(1)滑雪运动员所受重力做的功.(2)各力对运动员做的总功.
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