2018-2019學(xué)年高考物理 主題二 機(jī)械能及其守恒定律 2.1 功學(xué)案 粵教版.doc

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2.1功學(xué)習(xí)目標(biāo)核心提煉1.知道功的概念及做功的兩個(gè)必要因素。1個(gè)概念功的概念1個(gè)公式WFscos 2個(gè)方法正功、負(fù)功的判斷方法、多個(gè)力對物體做的總功計(jì)算方法2.知道WFscos 的使用條件，會用它進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。3.理解正功、負(fù)功的含義，會求多個(gè)力對物體做的總功。一、功觀圖助學(xué)(1)舉重運(yùn)動員把杠鈴舉高的過程中，運(yùn)動員對杠鈴做功嗎？重力對杠鈴做功嗎？做什么功？(2)舉重運(yùn)動員舉著杠鈴不動(保持3秒即成功)的過程中，運(yùn)動員對杠鈴做功嗎？重力對杠鈴做功嗎？做什么功？1.功的定義：力對物體做的功等于力的大小、位移的大小以及力和位移夾角的余弦的乘積。2.功的公式：WFscos_，其中F、s、分別為力的大小、位移的大小、力與位移方向的夾角。3.單位：國際單位制中，功的單位是焦耳，簡稱焦，符號是J。理解概念判斷下列說法是否正確。(1)公式WFscos 中的s是物體運(yùn)動的路程。()(2)物體只要受力且運(yùn)動，該力就一定做功。()(3)在水平地面上滾動的小球，重力不做功。()二、正功和負(fù)功觀圖助學(xué)如圖所示，工人推著一小車前進(jìn)，若小車重1 000 N，水平力恒為300 N，阻力恒為100 N，在水平推力和阻力作用下，小車水平位移為1 m，則：推動小車的過程中，推力和阻力各做多少功？推力和阻力做的總功能不能用平行四邊形定則來求？若不能應(yīng)該怎么求？兩力所做的總功為多少？1.力對物體做正功和負(fù)功的判斷由WFscos 可知(1)當(dāng)00，力對物體做正功；(2)當(dāng)時(shí)，W0，力對物體做負(fù)功，或稱物體克服這個(gè)力做功；(3)當(dāng)時(shí)，W0，力對物體不做功。2.總功的計(jì)算幾個(gè)力對一個(gè)物體做功的代數(shù)和，等于這幾個(gè)力的合力對這個(gè)物體所做的功。理解概念判斷下列說法是否正確。(1)摩擦力一定做負(fù)功。()(2)功有正負(fù)之分，所以功是矢量。()(3)一個(gè)力對物體做了負(fù)功，則說明這個(gè)力一定阻礙物體的運(yùn)動。()對功的理解觀察探究1.觀察圖1，分析圖中的哪個(gè)人對物體做了功？圖1答案小川拉著重物上升的過程，小川對重物做了功，其他三人都沒有做功。2.如圖2所示，物體在與水平方向夾角為的力F的作用下前進(jìn)了s，則力F對物體做的功如何表示？圖2答案如圖把力F沿水平方向和豎直方向進(jìn)行正交分解，物體在豎直方向上沒有發(fā)生位移，豎直方向的分力沒有對物體做功，水平方向的分力Fcos 所做的功為Fscos ，所以力F對物體所做的功為Fscos 。探究歸納對公式WFscos 的理解1.力F對物體做的功，只與F、s、有關(guān)，與物體的運(yùn)動狀態(tài)及物體是否還受其他作用力等因素?zé)o關(guān)。2.計(jì)算力F做功時(shí)要特別注意，F(xiàn)與s必須具有同時(shí)性，即s必須是力F作用過程中物體發(fā)生的位移。3.功是標(biāo)量，沒有方向，但是有正負(fù)。4.公式WFscos 適用于計(jì)算恒力做功，若是變力，此公式不再適用。試題案例例1 如圖3所示，坐在雪橇上的人與雪橇的總質(zhì)量為m，在與水平面成角的恒定拉力F作用下，沿水平地面向右移動了一段距離s。已知雪橇與地面間的動摩擦因數(shù)為，則雪橇受到的()圖3A.支持力做功為mgsB.重力做功為mgsC.拉力做功為Fscos D.滑動摩擦力做功為mgs解析支持力和重力與位移垂直，不做功，A、B錯(cuò)誤；拉力和摩擦力做功分別為W1Fscos ，W2(mgFsin )s，C正確，D錯(cuò)誤。答案C計(jì)算恒力做功要注意(1)某力對物體做功只跟這個(gè)力和物體的位移以及力與位移間的夾角有關(guān)，跟物體是否還受其他力的作用無關(guān)。(2)計(jì)算功時(shí)一定要明確在哪段過程中對哪個(gè)物體做的功。針對訓(xùn)練1 如圖4所示，質(zhì)量為m2 kg的物體靜止在水平地面上，受到與水平地面夾角為37、大小F10 N的拉力作用，物體移動了s2 m，物體與地面間的動摩擦因數(shù)0.3，sin 370.6，cos 370.8，g取10 m/s2。求：圖4(1)拉力F所做的功W1；(2)摩擦力f所做的功W2；(3)重力G所做的功W3；(4)彈力N所做的功W4；(5)合力F合所做的功W。解析(1)對物體進(jìn)行受力分析，如圖所示。W1Fscos 1020.8 J16 J(2)NGFsin 20 N100.6 N14 NfN0.314 N4.2 NW2fscos 1804.22 J8.4 J(3)W3Gscos 900(4)W4Nscos 900(5)WW1W2W3W47.6 J也可由合力求總功F合Fcos f100.8 N4.2 N3.8 NF合與s方向相同，所以WF合s3.82 J7.6 J答案(1)16 J(2)8.4 J(3)0(4)0(5)7.6 J正負(fù)功的判斷及總功的求解思路觀察探究某物體在力F作用下水平向右運(yùn)動的位移為s，拉力的方向分別如圖5甲、乙所示，分別求兩種情況下拉力對物體做的功。圖5答案FsFs探究歸納1.正、負(fù)功的意義功是標(biāo)量，只有正、負(fù)，沒有方向，功的正負(fù)不表示大小，只表示能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向，即動力對物體做正功，使物體獲得能量，阻力對物體做負(fù)功，使物體失去能量。2.判斷力是否做功及做功正負(fù)的方法(1)根據(jù)力F的方向與位移s的方向間的夾角常用于恒力做功的情形。(2)根據(jù)力F的方向與速度v的方向間的夾角常用于曲線運(yùn)動的情形。若為銳角則做正功，若為直角則不做功，若為鈍角則做負(fù)功。3.幾個(gè)力對物體做功的計(jì)算當(dāng)物體在多個(gè)力的共同作用下發(fā)生一段位移時(shí)，合力對物體所做的功等于各分力對物體做功的代數(shù)和。故計(jì)算合力的功有以下兩種方法：(1)先由WFscos 計(jì)算各個(gè)力對物體所做的功W1、W2、W3然后求所有力做功的代數(shù)和，即W合W1W2W3。(2)先由力的合成或根據(jù)牛頓第二定律求出合力F合，然后由W合F合scos 計(jì)算總功，此時(shí)為F合的方向與s的方向間的夾角。注意：當(dāng)在一個(gè)過程中，幾個(gè)力作用的位移不相同時(shí)，只能用方法(1)。試題案例例2 (2018臺山高一檢測)(多選)質(zhì)量為m的物體，靜止在傾角為的斜面上，斜面沿水平方向向右勻速移動了距離s，如圖6所示。物體相對斜面靜止，則下列說法正確的是()圖6A.重力對物體m做正功B.合力對物體m做功為零C.摩擦力對物體m做負(fù)功D.支持力對物體m做正功解析物體的受力和位移如圖所示。支持力N與位移s的夾角W2 B.W1WB B.WAWBC.WAWB D.無法確定解析設(shè)斜面AD、BD與水平面CD所成夾角分別為、，根據(jù)功的公式，得WAmgsADcos mgsCD，WBmgsBDcos mgsCD，選項(xiàng)B正確。答案B等級性檢測8.(多選)如圖5所示，重球P用一根不可伸長的細(xì)線拴住，線的另一端固定在O點(diǎn)，Q為一楔形木塊，P與Q的粗糙斜面接觸，當(dāng)用水平力F向左推Q時(shí)，Q沿光滑的水平面勻速向左移動一小段距離，在此過程中，下列說法正確的是()圖5A.摩擦力對P不做功B.摩擦力對P做正功C.F對Q做的功和P對Q做的功的絕對值不相等D.F對Q做的功和P對Q做的功的絕對值相等解析Q對P的摩擦力沿斜面向左下方，向左移動時(shí)P位移方向與摩擦力方向成銳角，摩擦力對P做正功，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；由于Q勻速向左移動，故合外力為0，對Q的功為0，故F對Q做的功和P對Q做的功的絕對值相等，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D正確。答案BD9.(多選)如圖6所示，在皮帶傳送裝置中，皮帶把物體P勻速傳送至高處，在此過程中，下述說法正確的是()圖6A.摩擦力對物體做正功 B.支持力對物體做正功C.重力對物體做負(fù)功 D.合外力對物體做正功解析摩擦力方向平行皮帶向上，與物體運(yùn)動方向相同，故摩擦力做正功，A正確；支持力始終垂直于速度方向，不做功，B錯(cuò)誤；重力對物體做負(fù)功，C正確；合外力為零，不做功，D錯(cuò)誤。答案AC10.(多選)質(zhì)量為2 kg的物體，放在動摩擦因數(shù)0.1的水平面上，在水平拉力的作用下，由靜止開始運(yùn)動，水平拉力做的功W和物體發(fā)生的位移s之間的關(guān)系如圖7所示，取g10 m/s2，則()圖7A.此物體在AB段做勻加速直線運(yùn)動B.此物體在AB段做勻速直線運(yùn)動C.此物體在OA段做勻加速直線運(yùn)動D.此物體在OA段做勻速直線運(yùn)動解析物體在水平面上運(yùn)動，水平拉力與物體運(yùn)動方向相同，物體受到的滑動摩擦力大小fmg2 N，物體在OA段受到的水平拉力大小等于F1 N5 N，可見，水平拉力大于摩擦力，則物體在OA段做勻加速直線運(yùn)動。物體在AB段受到的水平拉力大小等于F2 N2 N，水平拉力等于摩擦力，則物體在AB段做勻速直線運(yùn)動，選項(xiàng)B、C正確。答案BC11.如圖8所示，用沿斜面向上、大小為800 N的力F，將質(zhì)量為100 kg的物體沿傾角為37的固定斜面由底端勻速地拉到頂端，斜面長L5 m，物體與斜面間的動摩擦因數(shù)為0.25，g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8。求這一過程中：圖8(1)物體的重力所做的功；(2)摩擦力所做的功；(3)物體所受各力的合力所做的功。解析物體受力情況如圖所示(1)WGmgLsin 3 000 J(2)fNmgcos WffLmgLcos 1 000 J(3)解法一WFFL4 000 JWWFWGWf0解法二物體做勻速運(yùn)動，F(xiàn)合0故W0。答案(1)3 000 J(2)1 000J(3)012.(2018韶關(guān)高一檢測)一物體放在水平地面上，如圖9甲所示，已知物體所受水平拉力F隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示，物體相應(yīng)的速度v隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖丙所示。求：圖9(1)06 s時(shí)間內(nèi)物體的位移；(2)010 s時(shí)間內(nèi)物體克服摩擦力所做的功。解析(1)由題圖丙可知06 s時(shí)間內(nèi)物體的位移為s3 m6 m。(2)由題圖丙可知，在68 s時(shí)間內(nèi)，物體做勻速運(yùn)動，于是有摩擦力f2 N。010 s時(shí)間內(nèi)物體的總位移為s3 m15 m。物體克服摩擦力所做的功Wfs215 J30 J。答案(1)6 m(2)30 J