8.1 功和功率 课件 -2024-2025学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

nullnullnullnullnullnull 教师： 日期： 月 日 8.1 功和功率 物理雾里悟理 如果物体在力的作用下能量发生了变化，这个力一定对物体做了功 物理雾里悟理 知识回顾 功的定义：如果一个物体受到力的作用，并且在这个力的方向上通过一段位移 ，我们就说这个力对物体做了功。 F l F （1）作用在物体上的力 （2）物体在力的方向上通过的位移 做功的两个条件： 回顾初中时所学知识，功的定义和条件是什么？ （缺一不可） 能量的转化方式：做功 能量的转移方式：热传递 物理雾里悟理 问题: 起重机竖直匀速提升重物，重力大小为G，提升高度为h，则重力做功为多少？ 如果运动的方向与力的方向不一致，如何求拉力做的功？ 物理雾里悟理 一、功 根据力的合成与分解，将F分解为沿位移方向和垂直位移方向。 沿位移方向 垂直位移方向 ∴拉力做的功W等于F1做的功 物理雾里悟理 1、定义：力对物体所做的功，等于力的大小、位移的大小、力与位移夹角的余弦这三者的乘积。 2、公式： 3、功的单位：在国际单位制中，功的单位是焦耳，符号是J，1J=1N*m 辨认力的方向与位移方向的夹角 答案：α 答案：π- α 答案： α 答案：π- α 一、功 ① 功是过程量，对应一段时间或位移是力对空间的积累效果；故计算功时一定要指明是哪个力在哪个过程对物体做的功。 说明 ②公式W = Fl cosα只适用于计算恒力的功，l是物体的位移（以地面为参考系），不是路程。 Ｆ m M l 物理雾里悟理 1、当α＝0°时 cosα＝ 1 ， 2、当α＝90°时，W＝0、力对物体不做功 3、当α＜ 90°时， cosα＞0，W ＞ 0 力对物体做正功 该力为物体前进的动力 4、当90°＜ α ≤ 180°时， cosα＜ 0，W ＜ 0 力对物体做负功 该力成为物体前进的阻力 往往说成“物体克服某力做功” 二、正功和负功 功：力乘以在力的方向上的位移，方向相同为正功，方向相反为负功 物理雾里悟理 例1：如下图所示，当人用硬杆把船撑离岸边的过程中， 下列各力是否做功？如果做功，是正功还是负功？ ①杆对岸的力　②杆对手的力　③脚对船的力　④船对脚的力 答案：①因岸与杆的接触点不动，故杆对岸不做功；②因手不动，杆对手不做功；③因船在脚的作用下发生了位移，故脚对船做功，脚对船的力与船的位移方向相同，做正功；④船对脚也做功，船对脚的力与脚的位移方向相反，所以做负功. 二、正功和负功 物理雾里悟理 1、判断如图所示的 4 种情况中外力 F 对物体做功的正、负 2、根据对前面 4 种情况的分析、比较, 归纳为: ①在只有一个力做功的情况下, 如果这个力对物体做正功,那么 物体的速度________; 如果这个力对物体做负功,那么 物体的速度________。 3、有些同学认为,功有正、负, 应该是矢量;有些同学认为,功 的正、负并不表示方向,而是 表示做功的效果。你怎样认为? 与同学站立式讨论这个问题。 二、正功和负功 增大 减小 物理雾里悟理 特别提醒： 1、功是标量，遵从代数运算法则，它的正负仅表示力对物体做功还是物体克服该力做功 2、功的正负不表示方向，正功表示是动力对物体做功，负功表示是阻力对物体做功．一个力对物体做负功，往往说成物体克服这个力做功(取绝对值)，这两种说法意义等同． 3、谨记：功是能量转化的形式，正负功表示能量转化的方向！ 正负功的物理意义 物理雾里悟理 例2： 如图甲为一女士站立在台阶式自动扶梯上正在匀速上楼，如图乙为一男士站立在履带式自动扶梯上正在匀速上楼。下列关于两人受到的力做功判断正确的是（　　） A．甲图中支持力对人做正功 B．乙图中支持力对人做正功 C．甲图中摩擦力对人做负功 D．乙图中摩擦力对人做负功 A 甲图中，人不受摩擦力，支持力做正功。 G f FN G 乙图中，支持力不做功，摩擦力做正功。 物理雾里悟理 三、总功（两种求解思路） 　　求解物体在几个力的共同作用下发生一段位移时，这几个力对物体所做的总功可以用以下两种方法来求解。 1、分别求出每个力所做的功，然后求出所有功的代数和。即：W总=W1+W2+……+Wn 2、先求出物体所受的合力(矢量和)，然后再求出合力的功，即：W总=F合S cosα 物理雾里悟理 例3： 一个质量为150kg的 雪橇，受到与水平方向 成 37°角斜向上方的拉 力，大小为500 N，在水平地面上移动的距离为 5 m。地面对雪橇的阻力为 100 N， cos 37°＝ 0.8。求各力对雪橇做的总功。 解：拉力在水平方向的分力为Fx＝Fcos 37°， 它所做的功为W1＝Fxl＝Flcos37°＝500×5×0.8J＝2000J 阻力与运动方向相反，两者夹角为 180°，它所做的功为W2＝ F阻lcos 180°＝－100×5 J＝－500 J 力对物体所做的总功为二者的代数和，即 W＝W1＋W2＝2000 J－500J＝1500 J 力对雪橇所做的总功是1500J。 物理雾里悟理 1、关于功的概念，下列说法正确的是(　　) A．物体受力越大，位移越大，力对物体做功越多 B．合力做的功等于各分力做功的矢量和 C．摩擦力可以对物体做正功 D．功有正负，但正负不表示方向，而表示大小 C 巩固练习： 物理雾里悟理 2、质量为m的物体，静止在倾角为θ斜面上，斜面沿水平方向向右匀速移动了距离L，如图所示。已知斜面运动过程中物体相对斜面始终静止，重力加速度为g，则下列说法正确的是（　　） A．合力对物体做功为零 B．重力对物体做功为mgLtan θ C．物体克服摩擦力做功为mgLsinθ D．支持力对物体做功mgLsin θ A 巩固练习： 物理雾里悟理 3、一辆正沿平直路面行驶的车厢内，一个面向车前进方向站立的人对车厢壁施加水平推力F，在车前进s的过程中，下列说法正确是( ) A．当车匀速前进时，人对车做的总功为正功 B．当车减速前进时，人对车做的总功为负功 C．当车加速前进时，人对车做的总功为负功 D．不管车如何运动，人对车做的总功都为零 C 巩固练习： 物理雾里悟理 做同样的功 谁更快 物理雾里悟理 17 如何比较做功的快慢？ F M F M 甲 1、这两个起重机对货物做的功有什么关系？ 相同 2、这两个起重机哪一个做功的快？ 乙比甲快 3、你又是怎么比较它们做功快慢的？ 做功相同，时间越短，做功越快 乙 物理雾里悟理 四、功率 1、物理意义：是表示力对物体做功快慢的物理量。 2、定义：功W跟完成这些功所用时间t的比值 3、公式： 4、功率是标量：功率表示做功过程中能量转化的快慢。 5、功率的单位：瓦特（W） 技术上常用单位： kW 比值定义法 此处算出来的是平均功率还是瞬时功率？ 物理雾里悟理 功率的另一种表达式：瞬时功率 W＝Flcosα P＝ t W P＝Fvcosα P＝ t Flcosα v F α v1 v2 F α v F2 F1 P＝vFcosα P＝Fvcosα v＝ t l 物理雾里悟理 例4：某人用同一水平力F先后两次拉同一物体，第一次使此物体沿光滑水平面前进s距离，第二次使此物体沿粗糙水平也前进s距离，若先后两次拉力做的功为W1和W2，拉力做功的功率是P1和P2，则( ) A.W1=W2，P1=P2 B.W1=W2，P1＞P2 C.W1＞W2，P1＞P2 D.W1＞W2，P1=P2 B 例5：从空中以40m/s的初速度平抛一重为10N的物体的物体在空中运动3s落地，不计空气阻力，取g=10m/s2，则物体落地时，重力的瞬时功率为( ) A.400W B.300W C.500W D.700W B 物理雾里悟理 （1）额定功率：是指机器正常工作（即额定转速下）时的最大输出功率，也就是机器铭牌上的标称值。 （额定功率是动力机器重要的性能指标,一个动力机器的额定功率是一定的） （2）实际功率：是指机器在工作中实际输出的功率。 （3）机器不一定在额定功率下工作，机器正常工作时实际功率总是小于或等于额定功率，机器只能在短暂时间内实际功率略大于额定功率，但不允许长时间超过额定功率。 五、额定功率和实际功率 物理雾里悟理 课堂小结 1.做功的条件 物体在力的方向上移动的位移 2.功的计算： W = F l cosα 3.功是标量，但有正负。正负只表示做功的力的效果,功的正负 不表示方向，也不表示大小。 4.总功等于各个力对物体所做功的代数和。 2.定义式： 1.物理意义：表示做功快慢的物理量 3.计算式：P = F v cosα 一般用于求平均功率 4.单位：国际单位—— 瓦特 （W） 一般用于求瞬时功率 功 率 功 功和功率 作用在物体上的力 物理雾里悟理 物理量 P额：额定功率 P实： 实际功率 F： 牵引力 v： 瞬时速度 f： 阻力 补充：机车的两种启动方式（板书讲解） 物理雾里悟理 24 ① 以恒定功率启动 加速度逐渐减小的变加速运动 匀速直线运动 物理雾里悟理 25 对关键时刻和关键位置进行图像分析： vm v t 0 P t 0 功率恒定不变 物理雾里悟理 26 ② 恒定加速度启动 当P= P额时，功率不再变化 加速度逐渐减小的变加速运动 匀速直线运动 匀加速直线运动 物理雾里悟理 27 v t 0 vm P t 0 功率先增大后不变 对关键时刻和关键位置进行图像分析： 物理雾里悟理 28 例6：汽车发动机的额定功率为60KW，汽车的质量为5t，汽车在水平路面上行驶时，阻力是车重的0.1倍，g=10m/s2。 （1）汽车保持额定功率不变从静止启动后， ①汽车所能达到的最大速度是多大？ ②当汽车的加速度为2m/s2时速度多大？ ③当汽车的速度为6m/s时加速度多大？ （2）若汽车从静止开始，保持以0.5m/s2的加速度做匀加速直线运动，这一过程能维持多长时间？ 补充：机车的两种启动方式（板书讲解） 物理雾里悟理 1. 汽车发动机的额定功率为60KW，汽车的质量为5t，汽车在水平路面上行驶时，阻力是车重的0.1倍，g=10m/s2。汽车保持额定功率不变从静止启动后: ①汽车所能达到的最大速度是多大？ ②当汽车的速度为5m/s时加速度多大？ ③当汽车的加速度为2m/s2时速度多大？ ② v=5m/s时，F=P/v=12000N，根据牛顿第二定律得a=(F-f )/m=1.4m/s2； ③ 加速度 a=2m/s2时，牵引力F=ma+f=15000N，此时v=P/F=4m/s。 ① 阻力 f=0.1×mg=5000N，速度最大时，F=f，此时速度v=P/F=12m/s； 练一练： 物理雾里悟理 30 2. 一个起重机允许输出的最大功率为2.1×103W，把质量为100kg的物体从静止开始以0.5m/s2的加速度竖直吊起，不考虑空气阻力。求： ① 物体上升过程中的最大速度； ② 起重机在第2秒末的输出功率； ③ 物体做匀加速运动的时间。 ① 速度最大时，F=mg=5000N，此时的速度为v=P/F=2.1m/s； ② 第2秒的速度v=1m/s，根据牛顿第二定律得F=ma+f=1050N，P=Fv=1050W； ③ 牵引力F=ma+f=1050N，匀加速的最大速度 v=P/F=2m/s，时间t=v/a=4s。 练一练： 物理雾里悟理 31 $$