8.1 功和功率--功的计算及机车启动（教学课件）【教学无忧】2022-2023学年高一物理同步精品备课（人教版2019必修第二册）

8.1 功与功率 人教版（2019）物理（必修第二册） 第八章 机械能守恒定律 老师： 授课时间： 1 课堂导入 【典例1】一个质量m＝150kg的雪橇，受到与水平方向成37°角的斜向上方的拉力F=500N，在水平地面上移动的距离为5m，物体与地面间的滑动摩擦力f＝100N，cos 37°＝ 0.8。求 （1）各个力对物体所做的功 （2）各个力对物体做功的代数和 （3）物体所受的合力 （4）合力对物体做的功 课堂导入 【解析】（1）拉力在水平方向的分力为 Fx ＝ Fcos 37° WF＝ Fx l ＝Fl cos 37°＝2 000J 阻力与运动方向相反:Wf ＝ f l cos180°＝－500J, WN＝Wmg＝0 （2）力对物体所做总的代数和， 即W ＝WF+Wf + WN+Wmg＝1500J （3）F合= Fx-f＝ 300N （4）W合＝ F合 l ＝300N×5m＝1500J V F N l F 你发现了什么？ 一、求总功的两种方法 W ＝ W1 ＋ W2 ＋ W3 ＋…… 方法1:由于功是标量所以这几个力对物体所做的总功等于各个力分别对物体所做功的代数和。 F1 v 乙 F2 F3 F4 方法2:根据功的公式W=FLcosα,其中F为物体所受的合外力; 二、变力做功的分析和计算 （1）化变力为恒力:力在全程是变力，但若通过转换研究的对象,有时可化为恒力做功，计算整个过程中变力做的功。 二、变力做功的分析和计算 【典例2】人在A点拉着绳通过一个光滑定滑轮以加速度a匀加速吊起质量为m的物体，如图所示，保持人手与滑轮间的竖直距离不变，大小为h,开始时绳与水平方向成 600 角，当人拉着绳由A点沿水平方向运动到B点时，绳与水平方向成300 角，求人对绳的拉力做了多少功？（不计摩擦） h 【分析】 二、变力做功的分析和计算 （2）平均值法：当力的方向不变，大小随位移按线性规律变化时，即F是位移l的线性函数，则平均力 ，由 求功。 二、变力做功的分析和计算 【典例3】如图所示，放在水平地面上的木块与一劲度系数k＝200 N/m的轻质弹簧相连，现用手水平拉弹簧，拉力的作用点移动x1＝0.2 m，木块开始运动，继续拉弹簧，木块缓慢移动了x2＝0.4 m，求上述过程中拉力所做的功． 二、变力做功的分析和计算 （3）微元法：当力的大小不变，力的方向时刻与速度同向(或反向)时，把物体的运动过程分为很多小段，这样每一小段可以看成直线，先求力在每一小段上的功，再求和即可。 二、变力做功的分析和计算 【典例4】用水平拉力拉着物块沿半径为R的水平圆轨道运动一周，如图所示，已知物块与轨道间的动摩擦因数为μ，物块质量为m，求此过程中摩擦力做的功。 Wf = – fΔs1+ （– fΔs2 ）+（– fΔs3 ）+（– fΔs4 ）+（– fΔs5）+…… = – f（ Δs1+Δs2+Δs3+Δs4 +Δs5+…… ） = – μmg2πR 解：摩擦力的方向时刻在变，是变力做功的问题，不能直接由功的公式计算，采用微元法解，将圆分成很多很多小段，在这些小段中，力可以看作恒力，于是： 二、变力做功的分析和计算 （4）用F－x图像求功 若已知F－x图像，则图像与x轴所围的面积表示功，如图所示，在位移x0内力F做的功 。 二、变力做功的分析和计算 【典例5】如图1所示，静止于光滑水平面上坐标原点处的小物块，在水平拉力F作用下，沿x轴方向运动，拉力F的大小随物块所在位置坐标x的变化关系如图2所示，图线为半圆。则小物块运动到x0处时F所做的总功为（　　） A．0 B． Fmx0 C． Fmx0 D． C 三、机车启动问题 机车在行驶的过程中，发动机的最大功率等于额定功率。 P=F v v 瞬时速度 功率 牵引力 三、机车启动问题 1.以恒定功率P额启动; 机车的启动方式有两种： 2.在恒定的牵引力F作用下匀加速启动。 三、机车启动问题 v t 0 1.以恒定功率P额启动 当F=F阻时， a＝0 ，v达到最大 保持 vm 匀速 v F＝ v P a＝ m F－F阻 ↑ → ↓ ↑ → → ↓ ↓ vm＝ F阻 P F阻 F牵 F阻 F牵 vm v—t 图象 加速阶段 的图象 匀速阶段 的图象 a减小的变加速运动 匀速运动 v0=0，P恒=P额 vm 三、机车启动问题 1.F为变力时，发动机做的功只能用 W=Pt 计算，不能用W =Fl 计算。 2.达到最大速度的本质条件是：a=0 vm v t 0 说明： 3.达到最大速度时，有 P额=F阻vm 1.以