第1章 第1节 机械功（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中物理必修第二册（鲁科版2019）

第1章　功和机械能 第1节　机械功 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 栏目索引 课前 自主学习 课堂 互动探究 课前 自主学习 恒力 位移大小为s 力 位移 Fs cos α 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 正负 焦耳 1 N 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 × √ × × 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 正功 不做功 负功 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 代数和 W1＋W2＋W3＋… 合力 F合s cos α √ √ × 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 课堂 互动探究 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 返回导航 物理　必修 第二册 （L） 第1章　功和机械能 谢谢观看！ 核心素养 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1.理解机械功的概念，知道做功的两个要素． 2．明确功是标量，知道W＝Fs cos α的适用范围，会用功的公式进行计算． 3．理解正功、负功的概念，会根据公式计算多个力的总功． 初步理解化变力为恒力、处理变力做功的思想方法． 能从物理学的角度正确描述和解释自然现象，在学习、理解功的概念和计算功的数值的过程中，培养科学、严谨的研究态度． 知识点一 机械功的含义 1.功 ❶的含义：如果作用于某物体的______大小为F，该物体沿力的方向运动的__________________，则F与s的乘积称为机械功，简称功． 2．做功的两个必要因素❷ (1)作用在物体上的___． (2)物体在力的方向上发生______． 3．功的公式：W＝____________________❸． 4．功是标量：只有大小，没有方向，但有______❹之分． 5．功的单位 (1)功的国际单位是______，简称焦，符号是J. (2)1 J等于________的力使物体在力的方向上发生1 m的位移时所做的功 ❺． 1．物体只要受力的作用，力对物体一定做功． ( ) 2．在水平地面上滚动的足球，重力对足球不做功. ( ) 3．只有在力和位移方向相同时，力才对物体做功. ( ) 4．功有正、负值，所以功是矢量．( ) 知识点二 机械功的计算 1.正功和负功 ❻ α的取值 W的取值 含义 0≤α＜ eq \f(π,2) W＞0 力F对物体做______ α＝ eq \f(π,2) W＝0 力F_________ eq \f(π,2) ＜α≤π W＜0 力F对物体做______(或说成物体克服力F做功) ❼ 2.总功的计算 (1)方法一：几个力对物体做的总功，等于各个力分别对物体做功的_________，即W总＝__________________________________． (2)方法二：求几个力的总功时，也可以先求这几个力的______，再应用功的定义式求合力做的功，即W总＝_______________________． 1．力促使物体运动时做正功，阻碍物体运动时做负功． ( ) 2．总功就是所有外力做功的代数和．( ) 3．合力做的总功一定比各个分力做的功大． ( ) 批注❶功是描述力在空间位移上积累作用的物理量，是过程量，反映了物体受力并运动的效果． 批注❷力和物体在力的方向上发生的位移，这两个因素对做功而言，缺一不可．其中力是指在位移方向上的力，位移是指在力的方向上的位移． 批注❸(1)定义式中的F应为恒力． (2)s表示物体沿力的方向运动的位移大小． (3)α是力F与位移s方向之间的夹角． (4)计算功时，一定要明确哪个力对物体做了功． (5)做功的数值与物体的运动状态是匀速还是变速无关，只取决于F、s及两者方向的夹角α. 批注❹功的正、负不表示方向，也不表示多少． 批注❺1 J＝1 N×1 m＝1 N·m 功的计算时，各量要求统一采用国际单位制． 批注❻功的正、负并不表示功的方向，而且也不是数量上的正与负．我们既不能说“正功与负功的方向相反”，也不能说“正功大于负功”，它们仅表示相反的做功效果． 批注❼某力对物体做负功与“物体克服某力做功(取绝对值)”意义等同． 探究点一　功的理解和正、负功的判断　(能量观念之形成) ►情境探究 以上A、B、C、D四种情况，哪种情况下人没有对物体做功？ 提示：根据功的定义可知，力对物体是否做功关键是看力及力的方向上的位移，上述情景中，A情况下在力的方向上没有位移，人对墙没做功． ►探究归纳 1．力对物体是否做了功，只与力和力的方向上物体发生位移这两个因素有关，与其他因素诸如物体运动的快慢、运动的性质、物体质量等无关，与物体是否受其他力无关． 2．功是一个过程量，总是与一个具体的过程相对应，同时功与具体的某个力或某几个力相对应，通常我们说某个力或某几个力所做的功． 3．正功、负功的物理意义 功的正、负由力和位移之间的夹角决定，所以功的正、负不表示方向，而只能说明做功的力对物体来说是动力还是阻力． 4．功的正负的判断 判断一个力对物体是否做功，做正功还是负功，常用的方法有以下两种： (1)根据力F与位移s的夹角α进行判断 0≤α＜ eq \f(π,2) 时，力对物体做正功；α＝ eq \f(π,2) 时，力对物体不做功； eq \f(π,2) ＜α≤π时，力对物体做负功．此方法一般用于研究物体做直线运动的情况． (2)根据力F与速度v的夹角α进行判断 0≤α＜ eq \f(π,2) 时，力对物体做正功；α＝ eq \f(π,2) 时，力对物体不做功； eq \f(π,2) ＜α≤π时，力对物体做负功．此方法一般用于研究物体做曲线运动的情况． ►对点例练 (2021·泊头市第一中学高一月考)如图所示，电梯与水平地面成θ角，一人站在电梯上，电梯从静止开始匀加速上升，到达一定速度后再匀速上升．若以FN表示水平梯板对人的支持力，G为人受到的重力，F为电梯对人的静摩擦力，则下列结论正确的是(　　) A．加速过程中F≠0，F、FN、G都做功 B．加速过程中F≠0，FN不做功 C．加速过程中F＝0，FN、G都做功 D．匀速过程中F＝0，FN、G都不做功 A　解析：ABC．加速过程中，人的加速度斜向上，将加速度分解到水平和竖直方向得ax＝a cos θ，方向水平向右 ay＝a sin θ，方向竖直向上， 水平方向受静摩擦力作用F＝ma＝ma cos θ 水平向右，竖直方向上有位移，所以重力和支持力都做功，在水平方向上有位移，则摩擦力也做功，故A正确，BC错误； D．匀速过程中，人受力平衡，水平方向无相对运动趋势则不受摩擦力，但在竖直方向上有位移，所以重力和支持力都做功，故D错误． [训练1](2021·陕西宝鸡市·高一期末)如图所示，用恒力F将质量为m的物体沿固定斜面由底端匀速拉至顶端，则对这一过程下列说法中错误的是(　　) A．拉力F对物体做正功 B．物体克服重力做功 C．支持力对物体可能不做功　　 D．摩擦力一定对物体做负功 C　解析：A．拉力F的方向和物体位移方向相同，做正功，A正确； B．物体由底端上升至顶端，重力的方向和物体位移方向夹角为钝角，做负功，物体克服重力做功，B正确； C．支持力的方向垂直斜面向上，始终垂直于位移方向，则支持力始终不做功，C错误； D．物体相对斜面向上运动，则受到斜面的摩擦力方向沿斜面向下，与物体的位移方向相反，做负功，D正确． 力做正功还是负功的判断方法 (1)看力F与位移s的夹角α： α＜90°，力做正功，90°＜α≤180°，力做负功． (2)看力F与速度v的夹角α： 0≤α＜90°，力做正功，90°＜α≤180°，力做负功． 探究点二　功的计算　(科学思维之提升) ►情境探究 如图所示，坐在雪橇上的人与雪橇的总质量为m，在与水平面成θ角的恒定拉力F作用下，沿水平地面向右移动了一段距离l. 雪橇做匀加速运动，合力做什么功？雪橇做匀减速运动，合力做什么功？ 提示：雪橇做匀加速运动，合力做正功；雪橇做匀减速运动，合力做负功． ►探究归纳 1．单个恒力做功：直接用公式W＝Fs cos α计算． (1)公式中的F是恒力，即公式W＝Fs cos α只适用于大小和方向均不变的恒力做功． (2)F与s必须具备同时性，即s必须是力F作用过程中物体的位移． (3)表达式W＝F·s cos α的物理意义是功等于力F与沿力F方向的位移的乘积；公式也可以表达为W＝F cos α·s，表达的物理意义是功等于沿位移方向的力与位移的乘积． 2．几个力的总功的求法 由合力与分力的等效替代关系知，合力与分力做功也是可以等效替代的，因此计算总功的方法有两种： (1)先求物体所受的合力，再根据公式W总＝F合s cos α求合力的功． (2)先根据W＝Fs cos α，求每个分力做的功W1、W2、…、Wn，再根据W总＝W1＋W2＋…＋Wn，求合力的功．即合力做的功等于各个力做功的代数和． ►对点例练 (2021·横县中学高一月考)如图所示，一位质量m＝50 kg的滑雪运动员从高度h＝15 m的斜坡顶端自由滑下(初速度为零).斜坡的倾角θ＝37°，滑雪板与雪面间动摩擦因数μ＝0.2.则运动员滑至坡底的过程中： (1)重力和摩擦力所做的功分别是多少？ (2)合力做了多少功？(不计空气阻力，g取10m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8) 解析：(1)重力做的功为WG＝mgh 代入数据得WG＝7 500 J 摩擦力做功为Wf＝－μmg cos θ· eq \f(h,sin θ) 代入数据得Wf＝－2 000 J (2)物体受重力、摩擦力、支持力，支持力不做功，所以合力做功为W合＝WG＋Wf＝7 500 J－2 000 J＝5 500 J (1)7 500 J　－2 000 J　(2)5 500 J [训练2](多选)(2021·海原县第一中学高一月考)如图所示，将一个大小为50N与水平方向成60°角的力F作用在一个质量为6 kg的物体上，物体沿水平地面匀速前进了8 m，g＝10 m/s2，下面关于物体所受各力做功说法正确的是(　　) A．力F对物体做功为200 J B．摩擦力对物体做功为200 J C．重力做功为480 J D．合力做功为0 AD　解析：A．据功的定义式W＝Fl cos θ 得拉力F做的功W1＝50×8×cos 60° J＝200 J 故A正确； B．由于物体匀速前进，所以摩擦力等于F在水平方向上的分力有f＝F cos 60°＝50 N×cos 60°＝25 N 则摩擦力做的功 W2＝－fl＝－25×8 J＝－200 J 故B错误； C．滑块沿水平方向运动，所以重力做功为0，故C错误； D．整个过程中拉力与摩擦力做功，总功为 W＝W1＋W2＝200 J－200 J＝0 J 故D正确． 功虽然有正、负之分，但它是标量．所以在利用公式W＝Fs cos α计算功时，F与s都只带绝对值，W的正、负由cos α决定．计算总功两种方法的选取，①物体处于平衡状态，或某一方向平衡，或做匀变速直线运动时，用W总＝F合s cos α更简捷．②物体运动过程中受力变化或有些力不做功，应选取W总＝W1＋W2＋…＋Wn. 探究点三　解决实际问题　(科学态度与责任) [训练3](生活情境)(2021·江苏扬州市·高一期末)“人工智能”已进入千家万户，用无人机运送货物成为现实．如图所示是无人机送货时的情景，下列情况中无人机对货物不做功的是(　　) A．无人机吊着货物悬停在空中 B．无人机吊着货物竖直加速上升 C．无人机吊着货物竖直匀速上升 D．无人机吊着货物竖直匀速下降 A　解析：A．无人机吊着货物悬停在空中，货物没有位移，无人机对货物不做功，A正确； BCD．无人机吊着货物竖直加速上升、匀速上升、匀速下降，货物均有位移，在位移方向上也有力作用，无人机对货物做功，BCD错误． [训练4](生活情境)(2021·天津南开区·南开中学高一期末)图甲为一女士站在台阶式自动扶梯上匀速上楼(忽略扶梯对手的作用)，图乙为一男士站在履带式自动扶梯上匀速上楼，两人相对扶梯均静止．下列关于做功的判断中正确的是(　　) A．图甲中支持力对人做正功 B．图甲中摩擦力对人做负功 C．图乙中支持力对人做正功 D．图乙中摩擦力对人做负功 A　解析：AB．题图甲中，人匀速上楼，不受摩擦力，摩擦力不做功，支持力向上，与速度方向的夹角为锐角，则支持力做正功，故A正确，B错误； CD．题图乙中，支持力与速度方向垂直，支持力不做功，摩擦力方向与速度方向相同，做正功，故CD错误． [训练5]( 生活情境)(2021·山西太原市·高一期末)项目化学习中，同学们制作并成功发射了水火箭．假设水火箭发射后始终在竖直方向上运动．在水火箭向下喷水时，可认为火箭做的是加速度a＝5 m/s2的匀加速直线运动．已知从火箭开始喷水到喷水结束经历的时间为4.0 s，水火箭壳体的质量m＝1.2 kg，取g＝10 m/s2，求： (1)喷水结束时火箭的高度； (2)从发射到喷完水的过程中，火箭壳体克服重力做的功． 解析：(1)喷水结束时火箭的高度为 h＝ eq \f(1,2) at2＝ eq \f(1,2) ×5×4.02 m＝40 m (2)从发射到喷完水的过程中，火箭壳体克服重力做的功 W＝mgh＝1.2×10×40 J＝480 J (1)40 m　(2)480 J [训练6](体育情境)(2021·安徽阜阳市·高一期末)如图，一质量为m的运动员在水平地面上做俯卧撑，运动过程中可将她的身体视为一根直棒，已知运动员的重心在c点，过c点作地面的垂线，垂足为O，O点与脚、两手连线中点间的距离Oa＝L1、Ob＝L2.若她肩部每次上升的距离均为h，重力加速度大小为g，则在缓慢上升过程中运动员的重力做功为(　　) A． eq \f(1,2) mgh　　　　　　　　　 B．－ eq \f(L1,L1＋L2) mgh C．－ eq \f(L2,L1＋L2) mgh D． eq \f(L2,2L1＋L2) mgh B　解析：设在运动员完成一个俯卧撑的过程中，重心上升的高度为d，由几何关系可得 eq \f(d,h) ＝ eq \f(L1,L1＋L2) 该过程中运动员的重力做的功W＝－mgd 解得W＝－ eq \f(L1,L1＋L2) mgh，故选B． $$