第12课 功-【帮课堂】2021-2022学年高一物理同步精品讲义（沪科版2020必修第二册）

第12课 功 ( 目标导航 ) 1、了解自然界中存在的守恒量—能量的概念,知道什么是物体的动能,什么是物体的势能 2、知道功的概念及做功的两个要素 3、掌握功的量度、公式及单位,并能计算有关的实际问题 4、知道功是标量,知道正功和负功的区别 5、理解合外力做功、变力做功的计算方法 ( 知识精讲 ) 问题1:起重机竖直匀速提升重物时,起重机对重物施加力吗?方向如何? 问题2:这个力做功吗?如何计算? 问题3:当起重机水平方向匀速移动重物时,起重机对重物施加力吗?这个力做功了吗? 知识点01 功的理解 一、能量 1.伽利略斜面实验研究。实验现象:让静止的小球沿一个斜面滚下,小球将滚上另一个对接斜面,没有摩擦时,hA=hB,如图所示。 (1)过程:将小球由斜面A上某位置由静止释放,小球运动到斜面B上. (2)现象:小球在斜面B上速度变为0(即到达最高点)时的高度与它出发时的高度相同. (3)结论:这一事实说明某个量是守恒的,在物理学上我们把这个量叫作能量或者能。 2.能量概念 (1)动能:物体由于运动而具有的能量。 (2)势能:相互作用的物体凭借其位置而具有的能量。 (3)能的转化:在伽利略的理想斜面实验中,小球的势能和动能可相互转化。 (4)能量是一个状态量,是标量,和物体所处的某一状态对应。 二、功 1、定义:一个物体受到力的作用,并且在这个力的方向上发生了一段位移,就说这个力对物体做了功。 2、做功的两个必要因素:力和物体在力的方向上的位移 3、公式:W=Fcos(为F与的夹角).其中F、、分别为力的大小、位移的大小力与位移方向的夹角。 4、单位:国际单位制中,功的单位是焦耳,符号是J。 5、意义:功是能转化的量度,反映力对空间的积累效果。 6、说明 (1)公式只适用于恒力做功,位移是指力的作用点通过位移 (2)要分清“谁做功,对谁做功”。即:哪个力对哪个物体做功。 (3)做功过程是能量转化过程,做功越多,能量转化得越多,因而功是能量转化的量度。能量是标量,相应功也是标量。功是描述力在空间位移上累积作用的物理量。功是能量转化的量度,功是标量。 (4)功大小只与F、、这三个量有关.与物体是否还受其他力、物体运动的速度、加速度等其他因素无关。 【典例1】 关于功,下列说法中正确的是( ) A.力和位移都是矢量,所以功也是矢量 B.功只有大小而无方向,所以功是标量 C.功的大小仅由力决定,力越大,做功越多 D.功的大小仅由位移决定,位移越大,做功越多 【解析】力和位移都是矢量,但是功是标量,选项A错误;功只有大小而无方向,所以功是标量,选项B正确;功的大小由力、位移以及力和位移的夹角决定,力越大,做功不一定越多,位移越大,做功不一定越多,选项CD错误 【答案】B 【典例2】 ( F 2 F 1 θ θ m 2 m 1 )如图所示,质量分别为m1和m2的两个物体,m1<m2,在大小相等的两个力F1和F2的作用下沿水平方向向右移动了相同的距离。若F1所做的功为W1,F2所做的功为W2,则 ( ) A. W1>W2 B. W1<W2 C. W1=W2 D. 条件不足,无法确定 【解析】由题意可得F1和F2是恒力,物体移动的位移相同,并且力与位移的夹角相等,所以由功的公式可知,它们对物体做的功是相同的。 【答案】C 【即学即练1】 下面列举的哪几种情况下所做的功是零( ) A.卫星做匀速圆周运动,地球引力对卫星做的功 B.平抛运动中,重力对物体做的功 C.举重运动员,扛着杠铃在头上的上方停留10s,运动员对杠铃做的功 D.木块在粗糙水平面上滑动,支持力对木块做的功 【解析】A.卫星做匀速圆周运动,地球引力与卫星的运动方向垂直,所以对卫星做功为零,A不符合题意; B.平抛运动中重力与运动方向的夹角小于90度,所以重力做正功,即不为零,B符合题意; C.举重运动员,扛着杠铃在头上的上方停留10s的过程中,没有发生位移,所以做功为零,C不符合题意; D.木块在粗糙水平面上滑动,支持力与运动方向垂直,即支撑力对木块不做功,即为零,D不符合题意。 【答案】B 【即学即练2】 如图所示的拖轮胎跑是一种体能训练活动。某次训练中,轮胎的质量为5kg,与轮胎连接的拖绳与地面夹角为37°,轮胎与地面动摩擦因数是0.8。若运动员拖着轮胎以5m/s的速度匀速前进,则10s内运动员对轮胎做的功最接近的是(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2)( ) A.500J B.750J C.1250J D.2000J 【解析】对轮胎受力分析,如图,由平衡条件得: 得 代入数据解得: 10s内轮胎的位移为 10s内运动员对轮胎做功: 【答案】C 知识点02 正功和负功的判别和合力计算 一、力对物体做正功和负功的条件 由W=Fcos可知 (1)当0≤<时