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高中物理人教版 (2019)必修 第二册1 功与功率教课ppt课件
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这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册1 功与功率教课ppt课件,共60页。PPT课件主要包含了课前·基础认知,课堂·重难突破,素养·目标定位,随堂训练,素养•目标定位,目标素养,知识概览,一功的理解与计算,ABD,答案C等内容,欢迎下载使用。
一、功1.一个物体受到力的作用,并在力的方向上发生了一段 位移 ,我们就说这个力对物体做了 功 。 2.力F与位移l同向时,W= Fl 。 3.力F与位移l有夹角α时,W= Flcs α ,其中F、l、cs α分别表示 力的大小 、 位移的大小 、 力 与 位移 夹角的余弦。 4.各物理量的单位: F 的单位是N, l 的单位是m,W的单位是 N·m ,即 J 。
微思考 下面几幅图的人是否对物体做功。(1)举重运动员举着杠铃不动。(2)人在水平地面上匀速搬运一盆花。(3)人拉箱子沿水平地面向右运动一段位移。提示:(1)不做功。(2)不做功。(3)做功。
二、正功和负功1.功的正负。
2.多力功的计算。(1)方法一:几个力对物体做的总功等于各个力分别对物体做功的 代数和 ,即W总= W1+W2+W3+…+Wn 。 (2)方法二:求几个力的总功时,也可以先求这几个力的 合力 ,再应用功的定义式求合力做的功,即为总功,W合= F合·lcs α 。
微判断1 1.有力作用在物体上,并且物体也发生了位移时,力对物体一定做了功。( )2.用力推汽车,汽车没动,但推车者累得满头大汗,可以说推车者对汽车做功了。( )3.合力做的总功一定等于各个力做功的代数和。( )4.力F1做功10 J,力F2做功-15 J,力F1比力F2做功少。( )
三、功率1.概念:如果从开始计时到时刻t这段时间内,力做的功为W,则功W与完成这些功所用 时间t 之比叫作功率。
3.单位:在国际单位制中,功率的单位是 瓦特 ,简称瓦,符号是W。 4.意义:功率是标量,它是表示物体做功 快慢 的物理量。
5.功率与速度的关系式:P= Fv 当v是 瞬时速度 时,则表示瞬时功率;当v是 平均速度 时,则表示平均功率。 由功率速度关系式知,汽车、火车等交通工具和各种起重机械,当发动机的功率P一定时,牵引力F与速度v成 反比 ,要增大牵引力,就要 减小 速度。
微判断2 1.功率是描述力对物体做功快慢的物理量。( )2.力对物体做功越多,功率就越大。( )3.功率是标量,其大小等于力和速度大小的乘积。( )
重难归纳1.功的概念。(1)做功的两个条件:做功的力和物体在力的方向上发生的位移,两个条件缺一不可。(2)决定功大小的因素:由功的公式W=Flcs α可得,功的大小决定于做功的力的大小及受力物体在力的方向上发生的位移大小,与物体的质量大小、物体所处环境、物体的运动状态等因素无关。
(3)功是过程量,总是与一个具体的过程相对应,同时功与具体的某个力或某几个力相对应,通常我们说某个力或某几个力所做的功。
2.对功的公式的两点提醒。(1)公式中的F是恒力,即公式W=Flcs α并不是普遍适用的,它只适用于大小和方向均不变的恒力做功。如果F是变力,W=Flcs α就不适用了。(2)F与l必须具备同时性,即l必须是力F作用过程中物体的位移。如果力消失后物体继续运动,力所做的功就只跟力作用的那段位移有关,跟其余的位移无关。
3.正功与负功及不做功的判定。(1)根据力和位移方向间的夹角判定(多用于恒力做功)。①当F、l夹角为锐角时,F做正功。②当F、l夹角为钝角时,F做负功。③当F、l夹角为直角时,F不做功。(2)根据力和速度方向间的夹角判定(多用于曲线运动)。①当F、v夹角为锐角时,F做正功。②当F、v夹角为钝角时,F做负功。③当F、v夹角为直角时,F不做功。
4.正功、负功的物理意义。功的正负由力和位移(或速度)之间的夹角决定,所以功的正负不表示方向,而只能说明做功的力对物体来说是动力还是阻力。
5.多力做功的计算方法。方法一:根据功的公式W合=F合lcs α求功。方法二:根据力的作用效果W合=W1+W2+W3+…+Wn,求合力做的功。
提示:首先对人进行受力分析,人受到自身的重力、垂直梯面的支持力和沿倾斜梯面向上的静摩擦力,再根据力的方向与位移方向的夹角判定各力做正功还是负功。支持力方向与位移方向垂直,故支持力不做功,静摩擦力方向与位移方向同向,故静摩擦力做正功,重力方向与位移方向的夹角大于90°,故重力做负功。
典例剖析【例1】 一个质量为m=2 kg的物体,刚开始处于静止状态,后对它施加一与水平方向成37°角斜向上方的拉力F的作用,且F=10 N,物体在水平地面上移动的距离为s=2 m,与地面间的滑动摩擦力为Ff=4.2 N。求:(sin 37°=0.6,cs 37°=0.8)(1)各个力对物体所做的功;(2)合力对物体所做的功;(3)各个力对物体所做的功的代数和。答案:(1)WF=16 J,Wf=-8.4 J,WG=0,W支=0 (2)7.6 J (3)7.6 J
解析:(1)物体的受力情况如图所示,根据功的计算公式可得各个力对物体所做的功分别为WF=Fscs 37°=10×2×0.8 J=16 JWf=Ffscs 180°=4.2×2×(-1) J=-8.4 JWG=0W支=0。
(2)物体所受的合力为F合=Fcs 37°-Ff=10×0.8 N-4.2 N=3.8 N故合力所做的功为W合=F合scs 0°=3.8×2×1 J=7.6 J。(3)物体所受的各个力所做的功的代数和为W总=WF+Wf+WG+W支=16 J+(-8.4 J)+0+0=7.6 J。
特别提醒 计算恒力做功要注意的三个问题(1)计算功时一定要明确是哪个力对哪个物体在哪段位移过程中做的功。(2)先分析物体受力,画出物体受力的方向,明确是哪几个力做功。(3)其次确定力与物体位移的夹角大小,再判断力做功的正负。
学以致用1.(多选)如图所示,一个质量为m=2.0 kg的物体放在倾角为α=37°的固定斜面上,现用F=30 N、平行于斜面的力拉物体使其由静止开始沿斜面向上运动。已知物体与斜面之间的动摩擦因数μ=0.50,斜面足够长,g取10 m/s2,sin 37°=0.60,cs 37°=0.80。物体运动2 s后,关于各力做功情况,下列说法正确的是( )A.重力做功为-120 JB.摩擦力做功为-80 JC.拉力做功为100 JD.物体所受的合力做功为100 J
二 功率的理解和计算
2.额定功率与实际功率的比较。
提示:两者对货物做的功都等于克服货物重力做的功,由于将相同的货物运往相同高度的山顶,两者做相同的功,而用缆车运送货物所用时间远小于挑山工的用时,根据功率定义知缆车做功的功率远大于挑山工做功的功率。
典例剖析【例2】 如图所示,质量为m=2 kg的木块在倾角θ=37°的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,cs 37°=0.8,g取10 m/s2,求:(1)前2 s内重力的平均功率;(2)2 s末重力的瞬时功率。答案:(1)24 W (2)48 W
(2)木块在2 s末的速度v=at=2×2 m/s=4 m/s2 s末重力的瞬时功率P=mgvcs (90°-θ)=mgvsin θ=2×10×4×0.6 W=48 W。
误区警示 计算功率应该注意的问题(1)首先应该明确所求的功率是平均功率还是瞬时功率,计算平均功率与瞬时功率选择的公式不同。(2)求平均功率时,应明确是哪一段时间内的平均功率;求瞬时功率时,应明确是哪一时刻的瞬时功率。(3)应该明确是哪一个力对物体做功的功率,是动力还是阻力,是恒力还是变力等,尤其注意力的方向与速度方向不在同一直线的情况。不同情况应选择不同的公式。
学以致用2.(多选)将三个光滑的平板倾斜固定,三个平板顶端到底端的高度相等,三个平板AC、AD、AE与水平面间的夹角分别为θ1、θ2、θ3,如图所示。现将三个完全相同的小球同时由最高点A沿三个平板无初速度释放,经一段时间到达平板的底端,
则下列说法正确的是( )A.重力对三个小球所做的功相同B.沿倾角为θ3的AE平板下滑的小球所受重力的平均功率最大C.三个小球到达底端时的瞬时速度大小相同D.沿倾角为θ3的AE平板下滑的小球到达平板底端时重力的瞬时功率最小答案:ACD
三 机车启动的两种方式
重难归纳机车两种启动方式的比较
现在汽车变速装置有手动变速和自动变速,手动变速是通过挡杆改变变速箱中齿轮的转速比。当汽车由水平路段进入上坡路段行驶时,在保证汽车的输出功率不变的情况下,常把挡杆变到低速挡位置,这样做的目的是什么?提示:由功率公式P=Fv可知,在功率一定的情况下,当速度减小时,汽车的牵引力就会增大,此时更容易上坡,故换低速挡,目的是增大牵引力。
典例剖析【例3】 在平直路面上运动的汽车的额定功率为60 kW,若其总质量为5 t,在水平路面上所受的阻力为5×103 N。(1)求汽车所能达到的最大速度。(2)若汽车以0.5 m/s2的加速度由静止开始做匀加速运动,则这一过程能维持多长时间?(3)若汽车以额定功率启动,则汽车车速v'=2 m/s时其加速度为多大?答案:(1)12 m/s (2)16 s (3)5 m/s2
误区警示 用公式P=Fv处理机车启动问题时应注意的问题(1)公式P=Fv中的F指的是机车的牵引力,而不是合力。(2)只有机车匀速运动时,牵引力F的大小才等于它受到的阻力F阻的大小,P=F阻vmax才成立。(3)机车以恒定加速度启动时,匀加速运动结束时的速度并没有达到最终匀速运动的速度vmax。
重难归纳1.“微元法”求变力做功。将物体的位移分割成许多小段,因小段很小,每一小段上作用在物体上的力可以视为恒力,这样就将变力做功转化为在无数多个无穷小的位移上的恒力所做功的代数和,此法适用于求解大小不变、方向始终与运动方向相同或相反的变力做功。
四 变力做功求解方法
2.“图像法”求变力做功。在F-x图像中,图线与x轴所围“面积”的代数和就表示力F在这段位移内所做的功,且位于x轴上方的“面积”为正功,位于x轴下方的“面积”为负功,但此方法只适用于便于求图线与x轴所围面积的情况(如三角形、矩形等规则的几何图形)。3.“转化法”求变力做功。通过转换研究的对象,可将变力做功转化为恒力做功,用W=Flcs α求解。
4.“平均力”求变力做功。
长度为l、总质量为m的长木板,以速度v从光滑水平面滑上动摩擦因数为μ的等高水平面,若长木板能顺利进入粗糙等高水平面,设重力加速度为g,那么如何求解长木板恰好离开光滑水平面前,克服摩擦力做的功?提示:长木板完全进入等高粗糙水平面的位移为l,长木板受到的摩擦力随进入粗糙水平面的位移线性变化,则摩擦力的
典例剖析【例4】质量为2 kg的物体做直线运动,沿此直线作用于物体的外力F与位移x的关系如图所示,如何求解物体运动x=8 m的过程中,力F对物体所做的功?答案:14 J解析:F-x图像与x轴围成的面积表示外力F在这段位移内所做的功,由题图可知W=(2×2+4×4-3×2) J=14 J。
误区警示 注意x轴上方的面积表示力做正功,下方的面积表示力做负功。
学以致用4.如图所示,某人用恒力F通过轴光滑的定滑轮把静止在水平面上的物体(可视为质点)从位置A拉到位置B,物体的质量为m,定滑轮(可视为质点)离水平地面的高度为h,物体在水平位置A、B时细绳与水平方向的夹角分别为θ1和θ2,求绳的拉力对物体做的功。
1.如图所示,一个物体放在水平面上,在与竖直方向成θ角的斜向下的推力F的作用下沿平面移动了距离s,若物体的质量为m,物体与地面之间的摩擦力大小为Ff,则在此过程中( )A.摩擦力做的功为Ffscs θB.力F做的功为Fscs θC.力F做的功为Fssin θD.重力做的功为mgs答案:C
解析:摩擦力做功Wf=-Ffs,选项A错误;力F做功为Fscs (90°-θ)=Fssin θ,选项B错误,C正确;重力与位移相互垂直,故重力不做功,选项D错误。
2.质量为1 kg的物体从某一高度自由下落,设5 s内物体未着地,则该物体下落5 s内重力做功的平均功率是(g取10 m/s2)( )A.50 WB.100 WC.250 WD.500 W答案:C
3.如图所示,人站在台阶式自动扶梯上,随扶梯匀速向下运动,下列说法正确的是( )A.人所受的重力做正功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,垂直于接触面向上的支持力,根据W=Flcs θ可知,重力对人做正功,支持力对人做负功,故选项A正确,B、D错误。人对梯面的压力向下,做正功,选项C错误。
4.如图所示,某个力F=10 N作用在半径为R=1 m的转盘的边缘上,力F的大小保持不变,但方向保持在任何时刻均与作用点的切线一致,则转动一周这个力F做的总功为( )A.0B.20π JC.10 JD.10π J答案:B
解析:利用微元法求解力F所做的功,可将圆周分成无限多小段,对每一小段,可以认为F与位移方向相同,而位移大小与对应弧长相同,则力F的总功为力F在各小段所做功的代数和,即WF=F·2πR=20π J,选项B正确。
5.为缓解能源紧张压力、减少环境污染,汽车制造商纷纷推出小排量经济实用型轿车。某公司研制开发了某型号小汽车,发动机的额定功率为24 kW,汽车连同驾乘人员总质量为m=2 000 kg,在水平路面上行驶时受到恒定的阻力是800 N。(1)汽车在额定功率下匀速行驶的速度是多少?(2)汽车在额定功率下行驶,速度为20 m/s时的加速度是多少?(3)在同样阻力的作用下,如果行驶速度只有15 m/s,则发动机输出的实际功率是多少?
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