(新課標(biāo))2018-2019學(xué)年高考物理 2.1-2.2 追尋守恒量 —— 能量 功學(xué)案.doc
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2.1 追尋守恒量 —— 能量 2.2 功 學(xué)習(xí)目標(biāo) 核心凝煉 1.理解動(dòng)能、勢(shì)能及能量的概念與意義。 1個(gè)定律——能量轉(zhuǎn)化與守恒定律 4個(gè)概念——?jiǎng)幽?、?shì)能、能量、功 1個(gè)表達(dá)式——W=Flcos α 2.理解功的概念和做功的兩個(gè)要素。 3.會(huì)利用公式W=Flcos α進(jìn)行有關(guān)運(yùn)算。 4.理解正功、負(fù)功的含義,能根據(jù)公式計(jì)算多個(gè)力所做的總功。 一、追尋守恒量——能量 [觀圖助學(xué)] 甲 乙 (1)如圖甲所示,射箭運(yùn)動(dòng)員正在參加射箭比賽。射箭過程中能量是怎樣轉(zhuǎn)化的? (2)如圖乙所示,在游樂場(chǎng)里,“過山車”運(yùn)動(dòng)過程中的能量是怎樣轉(zhuǎn)化的? 1.伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)探究 過程 將小球由斜面A上某位置由靜止釋放,小球運(yùn)動(dòng)到斜面B上 現(xiàn)象 小球在斜面B上速度變?yōu)?時(shí),即到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)的高度與它出發(fā)時(shí)的高度相同 結(jié)論 這一事實(shí)說明某個(gè)量是守恒的,在物理學(xué)上我們把這個(gè)量叫做能量或者能 2.動(dòng)能與勢(shì)能:(1)動(dòng)能:物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量。 (2)勢(shì)能:相互作用的物體憑借其位置而具有的能量。 (3)能量轉(zhuǎn)化:小球的動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化。 [理解概念] 判斷下列說法是否正確。 (1)伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了能量這個(gè)守恒量。(√) (2)在上述實(shí)驗(yàn)中,若有摩擦,則hA>hB。(√) (3)在上述實(shí)驗(yàn)中,若有摩擦,能量不再守恒。() 二、功 [觀圖助學(xué)] (1)舉重運(yùn)動(dòng)員把杠鈴舉高的過程中,運(yùn)動(dòng)員對(duì)杠鈴做功嗎?重力對(duì)杠鈴做功嗎?做什么功? (2)舉重運(yùn)動(dòng)員舉著杠鈴不動(dòng)(保持3秒即成功)的過程中,運(yùn)動(dòng)員對(duì)杠鈴做功嗎?重力對(duì)杠鈴做功嗎?做什么功? 1.概念:一個(gè)物體受到力的作用,并在力的方向上發(fā)生了一段位移,這個(gè)力就對(duì)物體做了功。 2.做功的兩個(gè)因素 3.公式 (1)力F與位移l同向時(shí),W=Fl。 (2)力F與位移l夾角為α?xí)r,W=Flcos__α。其中F、l、α分別為力的大小、位移的大小和力與位移方向的夾角。 4.單位:國(guó)際單位制中,功的單位是焦耳,符號(hào)是J。 5.正功和負(fù)功 α的取值 W的取值 含義 α= W=0 力F不做功 0≤α< W>0 力F對(duì)物體做正功 <α≤π W<0 力F對(duì)物體做負(fù)功(或說成物體克服力F做功) 6.總功的計(jì)算 (1)各個(gè)分力分別對(duì)物體所做功的代數(shù)和。 (2)幾個(gè)力的合力對(duì)物體所做的功。 [理解概念] 判斷下列說法是否正確。 (1)有力作用在物體上,并且物體也發(fā)生了位移時(shí),力對(duì)物體一定做了功。() (2)力對(duì)物體不做功,說明物體的位移一定為零。() (3)力F1做功10 J,F(xiàn)2做功-15 J,力F1比F2做功少。(√) (4)用力推汽車,雖然汽車沒動(dòng),但推車者累得滿頭大汗,所以說推車者對(duì)汽車做了功。() 對(duì)功的理解 [觀察探究] 如圖1所示,馬拉著小車(包括人)沿水平面勻速前進(jìn)了一段距離。 圖1 (1)小車(包括人)受到幾個(gè)力作用?每個(gè)力對(duì)小車做功嗎?是正功還是負(fù)功? (2)馬對(duì)小車做的功是否等于馬的拉力F(設(shè)F與水平方向的夾角為α)和小車的位移l的乘積? (3)拉力F一般分解為哪兩個(gè)分力?F做的功與哪個(gè)分力做的功相同? 答案 (1)小車(包括人)受4個(gè)力作用:重力、支持力、拉力、摩擦力,其中拉力做正功,摩擦力做負(fù)功,重力和支持力不做功。 (2)不等于。因?yàn)閃=Flcos α。 (3)拉力可以分解為沿水平方向和豎直方向的兩個(gè)分力。F做的功與水平方向分力做的功相同。 [探究歸納] 1.對(duì)功的理解 (1)兩個(gè)決定因素 ①作用在物體上的外力; ②物體在力的方向上的位移。 (2)功是力在空間上的積累效應(yīng),它總是與一個(gè)過程相聯(lián)系。因此,功是一個(gè)過程量。計(jì)算功時(shí),一定要明確是哪個(gè)力在哪一過程中對(duì)物體做的功。 2.對(duì)公式W=Flcos α的理解 (1)W=Flcos α可理解為功等于力F與沿力F方向的位移lcos α的乘積。 (2)W=Fcos αl,也可理解為功等于沿位移方向的分力Fcos α 與位移l的乘積。 (3)適用條件:公式W=Flcos α只適用于計(jì)算恒力做功,若是變力做功,此公式不再適用。 3.正功和負(fù)功的物理意義 功是標(biāo)量,只有大小沒有方向,功的正、負(fù)既不表示功有方向,也不表示功的數(shù)值大小。正功和負(fù)功只表示兩種相反的做功效果,功的正、負(fù)有如下含義: 意義 意義 動(dòng)力學(xué)角度 能量角度 正功 力對(duì)物體做正功,這個(gè)力對(duì)物體來說是動(dòng)力 力是對(duì)物體做正功,向物體提供能量,即受力物體獲得了能量 負(fù)功 力對(duì)物體做負(fù)功,這個(gè)力對(duì)物體來說是阻力,對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)起阻礙作用 物體克服外力做功,向外輸出能量(以消耗自身能量為代價(jià)),即負(fù)功表示物體失去了能量 說明 ①不能把負(fù)功的負(fù)號(hào)理解為力與位移方向相反,更不能錯(cuò)誤地認(rèn)為功是矢量,一個(gè)力對(duì)物體做了負(fù)功,常常說成物體克服這個(gè)力做了正功,即力F做負(fù)功等效于物體克服力F做了正功。做功的過程就是能量轉(zhuǎn)化的過程 ②比較做功多少時(shí),只比較功的絕對(duì)值,不看功的正、負(fù),例如-8 J的功要比5 J的功多 [試題案例] [例1] 如圖2所示,物體在力的作用下在水平面上發(fā)生一段位移l,試分別計(jì)算這四種情況下力F對(duì)物體所做的功。設(shè)在這四種情況下力F和位移l的大小都相同:F=10 N,l=1 m,角θ的大小如圖所示,分別說明每種情況下力F做功的正負(fù),并求出功。 圖2 解析 甲圖中力F做正功, W=Flcos (180-θ)=Flcos 30=5 J。 乙圖中力F做負(fù)功, W=Flcos (180-θ)=Flcos 150=-5 J。 丙圖中力F做正功, W=Flcos 30=5 J。 丁圖中力F做正功, W=Fl=10 J。 答案 見解析 正、負(fù)功的兩種判斷方法 (1)根據(jù)力F與位移l的夾角α進(jìn)行判斷 0≤α<時(shí),力對(duì)物體做正功;α=時(shí),力對(duì)物體不做功;<α≤π時(shí),力對(duì)物體做負(fù)功。此方法一般用于研究物體做直線運(yùn)動(dòng)的情況。 (2)根據(jù)力F與速度v的夾角α進(jìn)行判斷 0≤α<時(shí),力對(duì)物體做正功;α=時(shí),力對(duì)物體不做功;<α≤π時(shí),力對(duì)物體做負(fù)功。此方法一般用于研究物體做曲線運(yùn)動(dòng)的情況。 [針對(duì)訓(xùn)練1] (2018煙臺(tái)高一檢測(cè))如圖3所示,在向右做勻減速運(yùn)動(dòng)的車廂內(nèi),一人用力向前推車廂,該人與車廂始終保持相對(duì)靜止。則下列說法中正確的是( ) 圖3 A.人對(duì)車廂的推力不做功 B.人對(duì)車廂的推力做負(fù)功 C.車廂對(duì)人的作用力做正功 D.車廂對(duì)人的作用力做負(fù)功 解析 人對(duì)車廂的推力方向向右,與車廂的位移方向相同,人對(duì)車廂的推力做正功,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;人隨車廂一起向右減速,人運(yùn)動(dòng)的加速度方向向左,根據(jù)牛頓第二定律知車廂對(duì)人的水平作用力的方向向左,與車的位移方向相反,車廂對(duì)人的作用力做負(fù)功,選項(xiàng)D正確,C錯(cuò)誤。 答案 D 總功的求解思路 [觀察探究] 如圖4所示,坐在雪橇上的人與雪橇的總質(zhì)量為m,在與水平面成θ角的恒定拉力F作用下,沿水平地面向右移動(dòng)了一段距離l。 圖4 雪橇做勻加速運(yùn)動(dòng),合力做什么功?雪橇做勻減速運(yùn)動(dòng),合力做什么功?怎樣求合力的功? 答案 雪橇做勻加速運(yùn)動(dòng),合力做正功。雪橇做勻減速運(yùn)動(dòng),合力做負(fù)功。合力的功等于拉力F做的功與摩擦力做的功的代數(shù)和,或者等于拉力和摩擦力的合力做的功。 [探究歸納] 求合力做功的兩種方法 由合力與分力的等效替代關(guān)系知,合力與分力做功也是可以等效替代的,因此計(jì)算合力的功有兩種方法: (1)先求物體所受的合力,再根據(jù)公式W合=F合lcos α求合力的功。(此法適用于合力恒定的情況。) (2)先根據(jù)W=Flcos α,求每個(gè)分力做的功W1、W2…Wn,再根據(jù)W合=W1+W2+…+Wn,求合力的功,即合力做的功等于各個(gè)力做功的代數(shù)和。(此法適用于任何情況。) [試題案例] [例2] (2018洛陽(yáng)高一檢測(cè))一個(gè)質(zhì)量m=2 kg的物體,受到與水平方向成37角斜向上方的力F=10 N作用,在水平地面上移動(dòng)的距離l=2 m,物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.3,g取10 m/s2,求外力對(duì)物體所做的總功。(cos 37=0.8,sin 37=0.6) 圖5 解析 物體受到的摩擦力為 Ff=μFN=μ(mg-Fsin 37)=0.3(210-100.6) N=4.2 N 解法一:先求合力,再求總功 物體受到的合力為 F合=Fcos 37-Ff=100.8 N-4.2 N=3.8 N 所以W=F合l=3.82 J=7.6 J。 解法二:先求各力做的功,再求總功 拉力F對(duì)物體所做的功為 W1=Flcos 37=1020.8 J=16 J 摩擦力Ff對(duì)物體所做的功為 W2=Fflcos 180=-4.22 J=-8.4 J 由于重力、支持力對(duì)物體不做功,故外力對(duì)物體所做的總功W等于W1和W2的代數(shù)和 所以W=W1+W2=7.6 J。 答案 7.6 J 求合力功的兩種方法選擇 (1)如果物體處于平衡狀態(tài)或某一方向受力平衡(合力等于零),或者物體在某一方向上做勻變速直線運(yùn)動(dòng)(合力等于ma),先求合力再求功的方法更簡(jiǎn)捷。此法僅適用于幾個(gè)力同時(shí)作用于物體上,且合力恒定的情況。 (2)如果物體所受的力中有的不做功,有的做功且方便求得該力的功時(shí),選擇W合=W1+W2+…+Wn簡(jiǎn)單方便。此法既適用于幾個(gè)力同時(shí)作用,還適用于幾個(gè)力作用時(shí)間有先后的情況。 [針對(duì)訓(xùn)練2] 如圖6所示,質(zhì)量為m的物體靜止于傾角為α的斜面上,當(dāng)斜面體受力F作用后,物體隨斜面一起沿水平面勻速移動(dòng)距離l。 圖6 (1)求物體所受各力對(duì)物體做的功分別是多少? (2)斜面對(duì)物體做的功是多少? (3)合外力對(duì)物體做的功是多少? 解析 (1)物體做勻速直線運(yùn)動(dòng),在重力G、支持力FN和摩擦力Ff這三個(gè)力的作用下處于平衡狀態(tài),各力均為恒力,由物體受力分析圖可得各力的大小分別為 G=mg,F(xiàn)N=mgcos α,F(xiàn)f=mgsin α 物體的位移方向水平向右,與重力G的夾角為;與支持力FN的夾角為+α;與摩擦力Ff的夾角為α。 根據(jù)公式W=Flcos α可得 WG=Glcos =0 WFN=FNlcos(+α)=- WFf=Fflcos α=mgsin αlcos α=。 (2)斜面對(duì)物體的作用力FN與Ff的合力與G等大反向,所以斜面對(duì)物體做的功為0。 (3)因?yàn)槲矬w受力平衡,F(xiàn)合=0,故W總=0 或W總=WG+WFN+WFf=0+(-)+=0, 即合外力對(duì)物體做功為0。 答案 (1)見解析 (2)0 (3)0 變力做功的計(jì)算方法 【針對(duì)練習(xí)】 一物體所受的力F隨位移x變化的圖象如圖7所示,求在這一過程中,力F對(duì)物體做的功為( ) 圖7 A.3 J B.6 J C.7 J D.8 J 解析 力F對(duì)物體做的功等于x軸上方梯形“面積”所表示的正功與x軸下方三角形“面積”所表示的負(fù)功的代數(shù)和。 W1=(3+4)2 J=7 J W2=-(5-4)2 J=-1 J 所以力F對(duì)物體做的功為W=7 J-1 J=6 J。 故選項(xiàng)B正確。 答案 B 1.(功的理解)下面四幅圖是小新提包回家的情景,小新對(duì)提包的拉力沒有做功的是( ) 解析 根據(jù)功的概念及做功的兩個(gè)因素可知,只有同時(shí)滿足力及在力的方向上有位移兩個(gè)條件時(shí),力對(duì)物體才做功,A、C、D做功,B沒有做功,選項(xiàng)B正確。 答案 B 2.(功的公式的理解)有下列幾種運(yùn)動(dòng)情況: ①用水平推力F推一質(zhì)量為m的物體在光滑水平面上前進(jìn)位移l; ②用水平推力F推一質(zhì)量為2m的物體在粗糙水平面上前進(jìn)位移l; ③用與水平方向成60角斜向上的拉力F拉一質(zhì)量為m的物體在光滑水平地面上前進(jìn)位移2l; ④用與斜面平行的力F拉一質(zhì)量為3m的物體在光滑斜面上前進(jìn)位移l。 關(guān)于以上四種情況下力F做功的判斷,正確的是( ) A.②情況做功最多 B.①情況做功最少 C.④情況做功最少 D.四種情況做功一樣多 解析 由功的公式W=Flcos α知 第①種情況力F做功W1=Fl, 第②種情況力F做功W2=Fl, 第③種情況力F做功W3=F2lcos 60=Fl, 第④種情況力F做功W4=Fl。 可見四種情況力做功一樣多,選項(xiàng)D正確。 答案 D 3.(功的正負(fù)的判斷)如圖8所示,拖著舊橡膠輪胎跑步是身體耐力訓(xùn)練的一種有效方法。如果某受訓(xùn)者拖著輪胎在水平直道上跑了100 m,那么下列說法正確的是( ) 圖8 A.輪胎受到地面的摩擦力對(duì)輪胎做負(fù)功 B.輪胎受到的重力對(duì)輪胎做正功 C.輪胎受到的拉力對(duì)輪胎不做功 D.輪胎受到的地面的支持力對(duì)輪胎做正功 解析 根據(jù)力做功的條件,輪胎受到的重力和地面的支持力都與位移垂直,這兩個(gè)力均不做功,選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤;輪胎受到地面的摩擦力與位移反向,做負(fù)功,選項(xiàng)A正確;輪胎受到的拉力與位移夾角小于90,做正功,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。 答案 A 4.(總功的計(jì)算)如圖9所示,質(zhì)量m=50 kg的滑雪運(yùn)動(dòng)員從高度h=30 m的坡頂由靜止下滑,斜坡的傾角θ=37,滑雪板與雪面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.1。運(yùn)動(dòng)員滑至坡底的過程中,求: 圖9 (1)滑雪運(yùn)動(dòng)員所受的重力對(duì)他做的功; (2)各力對(duì)運(yùn)動(dòng)員做的總功是多少?(g取10 m/s2,sin 37=0.6,cos 37=0.8,裝備質(zhì)量不計(jì)) 解析 (1)重力做的功 WG=mgh=501030 J=1.5104 J (2)運(yùn)動(dòng)員所受合力: F合=mgsin 37-μmgcos 37=260 N 方向沿斜坡向下,沿合力方向位移x==50 m 合力做的功W合=F合x=26050 J=1.3104 J 答案 (1)1.5104 J (2)1.3104 J 合格性檢測(cè) 1.(多選)一個(gè)力對(duì)物體做了負(fù)功,則說明( ) A.這個(gè)力一定阻礙物體的運(yùn)動(dòng) B.這個(gè)力不一定阻礙物體的運(yùn)動(dòng) C.這個(gè)力與物體運(yùn)動(dòng)方向的夾角α<90 D.這個(gè)力與物體運(yùn)動(dòng)方向的夾角α>90 解析 由功的表達(dá)式W=Flcos α知,只有當(dāng)α>90時(shí),cos α<0,力對(duì)物體做負(fù)功,此力阻礙物體的運(yùn)動(dòng),故A、D正確。 答案 AD 2.用水平恒力F作用于質(zhì)量為M的物體,使之在光滑的水平面上沿力的方向移動(dòng)距離l,恒力做功為W1;再用該恒力作用于質(zhì)量為m(m- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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