1、第四章 机械能和能源,(教师参考) 一、课程标准 1.内容标准 (1)举例说明功是能量转化的量度,理解功和功率.关心生活和生产中常见机械功率的大小及其意义. (2)通过实验,探究恒力做功与物体动能变化的关系.理解动能和动能定理.用动能定理解释生活和生产中的现象. (3)理解重力势能.知道重力势能的变化与重力做功的关系. (4)通过实验验证机械能守恒定律.理解机械能守恒定律.用机械能守恒定律分析生活和生产中的有关问题.,(5)了解自然界中存在多种形式的能量.知道能量守恒是最基本、最普遍的自然规律之一. (6)通过能量守恒以及能量转化和转移的方向性,认识提高效率的重要性.了解能源与人类生存和社会发
2、展的关系,知道可持续发展的重大意义. 2.活动建议 (1)设计实验,测量人在某种运动中的功率. (2)通过查找资料、访问有关部门,收集汽车刹车距离与车速关系的数据,尝试用动能定理进行解释. 二、高考内容及要求 1.功和功率.() 2.动能和动能定理.(),3.重力做功与重力势能.() 4.功能关系、机械能守恒定律及其应用.() 5.实验:探究动能定理 6.实验:验证机械能守恒定律 三、教学建议 1.本章通过对功、功率、动能、势能、机械能等概念的学习,对功能关系的讨论,完成对能量概念更深入的认识.本章是高中阶段物理学习的基础内容之一,它既是力学问题的基础和综合,也是学习其他物理学知识的重要基础.
3、 2.课时安排建议 (1)功 1课时 (2)功率 1课时,(3)势能 1课时 (4)动能 动能定理 2课时 (5)机械能守恒定律 2课时 (6)能源的开发与利用 1课时 实验一 探究合外力做功和动能变化的关系 1课时 实验二 验证机械能守恒定律 1课时 3.教学中应注意的问题 (1)教学过程中,善于应用实例,体会功、功率概念的形成过程. (2)教学过程中应结合实例,让学生领悟重力势能的存在及重力做功的特点. (3)机械能守恒定律的教学过程中,要从理论推导及守恒条件两个方面理解定律的内容及运用.,第1节 功,自主学习,随堂演练,要点探究,自主学习感悟新知,(教师参考) 目标导航重点:功概念的理解
4、与计算 难点:正、负功的理解,情境链接 如图所示,(甲)图中起重机正在吊起重物;(乙)图中运动员正在拉开弓弦准备射箭;(丙)图中运动员正举着杠铃坚持不动,上述三个过程中起重机、运动员做功了吗?信息 1.起重机做功. 2.射箭运动员做功. 3.举重运动员不做功.,教材梳理,一、做功与能量的变化 1.功:如果物体受到力的作用,并在力的方向上发生了 ,我们就说力对物体做了功. 2.做功与能量的变化 做功总是与 的变化密切相关,做功的过程就是 变化的过程. 二、功的计算公式 1.大小:功等于力的大小、位移的大小、力和位移夹角的 这三者的乘积. 2.计算公式:W= cos . 3.单位:在国际单位制中,
5、功的单位是 ,简称焦,符号是J.1 J=1 Nm.,位移,能量,能量,余弦,Fx,焦耳,想一想 有力作用在物体上,这个力一定对物体做功吗?物体发生了一段位移,一定有力对物体做功吗?试举例说明.答案:均不一定. 如图所示,人提着水桶沿水平方向运动,时间久了,胳膊酸了,但水桶的重力及人对水桶的作用力均沿竖直方向,水桶在竖直方向上没有位移发生,因此重力和人对水桶的拉力均不做功.,三、功的正负 合力的功 1.功的正负 (1)当00,则W0,即力对物体做 功. (2)当=90时,cos =0,则W=0,即力对物体 . (3)当90180时,cos 0,则W0,即力对物体做 功或物体克服这个力做功. 2.
6、合力的功 当物体在多个力共同作用下发生一定位移时,合力对物体所做的功等于各分力对物体所做功的 . 议一议 -3 J的功小于2 J的功,对吗? 答案:不对,功是标量,负号不表示大小,只表示力做功的方向,-3 J的功大于2J的功.,正,不做功,负,代数和,思考判断,1.公式W=Fx中的x是物体运动的路程.( ) 2.物体只要受力且运动,该力就一定做功.( ) 3.力F1做功10 J,F2做功-15 J,力F1比F2做功多.( ) 4.总功就是所有外力做功的代数和.( ) 5.功有正负,说明功是矢量,因此总功是所有外力做功的矢量和.( ),答案:1. 2. 3. 4. 5.,要点探究突破核心,要点一
7、,【问题导学】 如图所示,人拉着小车沿水平面匀速前进了一段距离. (1)小车受几个力作用?每个力都做功吗?对小车做功的力中,哪些力做正功,哪些力做负功? (2)拉力F一般分解为哪两个分力?F做的功与哪个分力做的功相同?,对功的理解,答案:(1)受4个力作用,拉力做正功,摩擦力做负功,重力、支持力不做功. (2)F分解为竖直向上和水平向左两个分力,F与水平分力做功相同.,【要点归纳】 1.“做功”的有关说法 (1)力对物体做了功(功的定义). (2)物体克服某个力做功是指这个力对物体做负功,这里的“物体”是指受力物体. 2.正功和负功的判定及其意义 (1)正功和负功的判定,(2)正、负功的意义,
8、特别提示 (1)公式W=Fxcos 仅适用于恒力做功. (2)功是过程量,功是力在空间的积累,计算功时,一定要明确是哪个力在哪段位移上对物体做的功. (3)功是标量,功的正负既不表示方向,也不表示大小,它表示所作用的力是动力做功还是阻力做功. (4)力对物体做功与物体的运动状态无关,与物体是否受其他力无关.,【典例1】 质量为m的物体静止在倾角为的粗糙斜面上,斜面沿水平方向向右匀速移动了距离x,如图所示,物体相对斜面静止.则下列说法中不正确的是( ) A.重力对物体做正功 B.合力对物体做功为零 C.摩擦力对物体做负功 D.支持力对物体做正功,A,思路点拨 (1)重力的方向与物体位移方向垂直.
9、 (2)摩擦力方向与物体位移方向的夹角大于90. (3)支持力方向与物体位移方向的夹角小于90.,解析:物体的受力及位移如图所示.重力垂直于位移,故它不做功,A错误;合力为零,合力不做功,B正确;摩擦力f与位移l的夹角90,故摩擦力做负功,C正确;支持力FN与位移l的夹角90,故支持力做正功,D正确.,规律方法 做功正负的判断方法 (1)根据力和位移方向间的夹角判断:此法常用于恒力做功的判断. (2)根据力和瞬时速度方向间的夹角判断:此法常用于判断质点做曲线运动时变力的功,夹角为锐角时做正功,夹角为钝角时做负功,夹角为直角时不做功.,(教师备用) 例1-1:如图所示,小球位于光滑的斜面上,斜面
10、位于光滑的水平地面上.从地面上看,在小球沿斜面下滑的过程中,斜面对小球的作用力( ) A.垂直于接触面,做功为零 B.垂直于接触面,做负功 C.不垂直于接触面,做功为零 D.不垂直于接触面,做功不为零,B,解析:弹力的方向总是垂直于接触面.小球沿斜面下滑的同时,斜面会向左运动,如图所示,小球的初始位置为A,末位置为B,位移与FN并不垂直,夹角为钝角,因此FN做负功,故B正确.,针对训练1-1 (2018云南玉溪高一期中)(多选)质量为m的物体,在水平力F作用下,在粗糙的水平面上运动,下列哪些说法正确( ) 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
11、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,ACD,解析:物体做加速直线运动时,F一定大于摩擦力且与其方向相反,但一定与运动方向相同,所以一定做正功,故选项A正确;物体做减速直线运动时,F的方向可能与运动方向相同(小于摩擦力),也可能与运动的方向相反,故F可能做正功也可能做负功,故选项B错误,C正确;物体做匀速直线运动时,F一定与摩擦力大小相等方向相反,但一定与运动方向相同,所以一定对物体做正功,故选项D正确.,要点二,功的计算,【问题导学】 如果物体所受的各个力对物体做功都不为零,那么合力对物体做功一定不为零吗? 答案:不一定.
12、【要点归纳】 1.对功的计算公式中力和位移的理解 (1)若将位移x沿力的方向和垂直力的方向分解,如图(甲)所示,这时功等于力与位移在力的方向上的分量x=xcos 的乘积,即W=Fxcos .,(2)若将力F沿位移方向和垂直位移方向分解,如图(乙)所示,这时功等于力在位移方向上的分量Fcos 与位移的乘积,即W=Fcos x.注意:位移x一般是指物体的位移,其实质是指力的作用点的位移(此点对滑轮问题尤为重要). 2.功的计算方法 (1)恒力的功 W=Fxcos 中的F是恒力,求恒力做功只要找出F,x,即可.,(2)合力的功(总功) 先求出合力,再根据W=F合xcos 计算总功.应是合外力方向与位
13、移方向的夹角.适用于合力恒定的过程. W总=W1+W2+即总功等于各个外力做功的代数和,应特别注意各个力做功的正、负.适用于任何过程. (3)变力做功,力F在全程是变力,但在每一个阶段是恒力,可以先计算每个阶段的功,再求和. 对应路程计算的功及图像法. a.如果力的大小不变,只有方向变化,可以直接用力的大小乘以路程计算力的功. b.如图,在F-x图像中,图线与x轴围成的面积,为F在这段位移上做的功.,【典例2】(2018山东临沂高一检测)如图所示,质量为m=2 kg的物体静止在水平地面上,受到与水平地面夹角为=37、大小F=10 N的拉力作用,物体移动了x=2 m,物体与地面间的动摩擦因数=0
14、.3,sin 37=0.6,cos 37=0.8,g取10 m/s2.求: (1)拉力F所做的功W1;,思路点拨 (1)先对物体进行受力分析,分析物体所受的各个力的大小和方向;(2)求各力所做的功时,要分清楚是哪个力在哪段位移上做功. 解析:(1)对物体进行受力分析,如图所示. W1=Fxcos =1020.8 J=16 J. 答案:(1)16 J,(2)摩擦力f所做的功W2; (3)重力G所做的功W3; (4)弹力N所做的功W4; (5)合力F合所做的功W.,解析:(2)N=G-Fsin =20 N-100.6 N=14 N f=N=0.314 N=4.2 N W2=fxcos 180=-4
15、.22 J=-8.4 J. (3)W3=Gxcos 90=0. (4)W4=Nxcos 90=0. (5)W=W1+W2+W3+W4=7.6 J也可由合力求总功F合=Fcos -f=100.8 N-4.2 N=3.8 N F合与x方向相同,所以W=F合x=3.82 J=7.6 J. 答案:(2)-8.4 J (3)0 (4)0 (5)7.6 J,方法总结 两种求合力做功方法的选取原则 (1)如果物体处于平衡状态或某一方向受力平衡时(合力为零),或者物体在某一方向上做匀变速直线运动时(合力等于ma),用先求合力再求功的方法更简便. (2)如果已知物体在运动过程中受力变化,所受的力中有的不做功,有
16、的做功且方便求得该力做的功(如重力做的功)时,应选择W合=W1+W2+.,(教师备用) 例2-1: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.设在摆球运动过程中空气阻力F阻的大小不变,求摆球从A运动到竖直位置B时,重力mg、绳的拉力T、空气阻力F阻各做了多少功?,针对训练2-1如图所示,在光滑水平面上,物体受两个相互垂直的大小分别为F1=3 N和F2=4 N的恒力,其合力在水平方向上,从静止开始运动10 m,求:(1)F1和F2分别对物体做的功是多少?代数和为多大?,答案:(1)18 J 32 J 50 J,(2)F1和F2合力为多大?合力做功是多少?,答案:(2)5 N
17、50 J,随堂演练检测效果,1.(2018北京朝阳高一期中)如图所示,用同样大小的力F沿平行于接触面的方向拉同一物体,在甲(光滑水平面)、乙(粗糙水平面)、丙(光滑斜面)、丁(粗糙斜面)上通过同样的距离,则拉力F的做功情况是( ) A.甲中做功最少 B.乙中做功最多 C.做功一样多 D.无法比较,解析:同样的力F拉同一物体沿力F的方向通过同样的距离,根据功的定义式W=Fx,可知拉力F做的功相同,与其他因素无关,故选项C正确.,C,2.物体受到两个互相垂直的作用力而运动,已知力F1做功6 J,物体克服力F2做功8 J,则力F1,F2的合力对物体做功( ) A.14 J B.10 J C.2 J
18、D.-2 J,解析:合力做功等于各力做功的代数和,即6 J-8 J=-2 J,故D正确.,D,3.质量为m的小物块在倾角为的斜面上处于静止状态,如图所示.若斜面体和小物块一起以速度v沿水平方向向右做匀速直线运动,通过一段位移l.斜面体对物块的摩擦力和支持力的做功情况是( )A.摩擦力做正功,支持力做正功 B.摩擦力做正功,支持力做负功 C.摩擦力做负功,支持力做正功 D.摩擦力做负功,支持力不做功,B,解析:物体受力情况如图所示,物体受到重力mg、摩擦力f和支持力N的作用.物体相对斜面静止,物体相对地面水平向右匀速移动距离l,这些力均是恒力,故可用W=Flcos 计算各力的功.Wf=flcos
19、0,WN=Nlcos(90 +)0,所以选项B正确.,4.如图所示,某人用300 N的水平推力,把一个质量为50 kg的木箱沿水平路面加速推动10 m,后来又把它匀速举高2 m,这个人对木箱共做功多少?(g取10 N/kg),解析:整个做功过程分为两个阶段:在水平路面上用力F1=300 N,位移x1= 10 m;在竖直方向上用力F2,位移x2=2 m,全过程中做功为这两个阶段中做功之和.沿水平路面推行时,人对木箱做功为W1=F1x1=30010 J=3103 J.匀速举高时,人对木箱的拉力F2=mg,人对木箱做功为W2=F2x2=50102 J =1103 J.所以全过程中人对木箱做的总功为W=W1+W2=4103 J. 答案:4103 J,(教师参考) 课堂小结,点击进入 分层巩固提升能力,谢谢观赏！,
