第1章 功和机械能 章末素养提升-（课件PPT+Word教案）【步步高】2024-2025学年高一物理必修第二册教师用书（鲁科版2019）

DIYIZHANG 第1章 章末素养提升 1 物理 观念 功 功 定义：如果作用于某物体的恒力大小为F，该物体沿力的方向的位移大小为s，则F与s的_____称为机械功，简称功 公式：W=____ 单位：_____，符号为____ 再现 素养知识 乘积 Fs 焦耳 J 物理 观念 功 正功和负功 由W=Fscos α可知 (1)当0°≤α<90°时，W____0，力对物体做_____ (2)当90°<α≤180°时，W____0，力对物体做_____，或称物体_____这个力做功 (3)当α=90°时，W=____，力对物体_______ 总功 (1)总功等于各个力分别对物体做功的_______ (2)几个力的_____对物体做的功 正功 > < 负功 克服 0 不做功 代数和 合力 物理 观念 功率 意义：表示做功_____的物理量 单位：瓦特，简称瓦，符号是____ 计算公式：P=，P=Fvcos α 动能 定义：物理学中把物体因_____而具有的能量称为动能 表达式：Ek=_______ 单位：_____，符号为____ 动能 定理 内容：合外力对物体所做的功等于物体动能的_______ 表达式：W=________ 快慢 W 运动 mv2 焦耳 J 变化量 Ek2-Ek1 物理 观念 重力势能 定义：物理学中，把物体因为处于___________而具有的能量称为重力势能，常用Ep表示 表达式：Ep=______ 单位：_____，符号为____ 弹性势能 物理学中，把物体因为发生_________而具有的能量称为弹性势能 一定的高度 mgh 焦耳 J 弹性形变 物理 观念 机械能 运动的物体往往既有动能又有势能，物体的动能与重力势能、弹性势能之和称为机械能，E=Ep+Ek 机械能守 恒定律 内容：在只有______或______这类力做功的情况下，物体系统的动能与势能相互转化，而机械能的总量_________ 表达式：Ek2+Ep2=________ 重力 弹力 保持不变 Ek1+Ep1 物理 观念 功能关系 几种典型的 功能关系 重力做功对应重力势能改变，WG=-ΔEp重力 弹力做功对应弹性势能改变，W弹=-ΔEp弹力 合外力做功对应动能改变，W合=ΔEk 除重力、系统内弹力以外的其他力做功对应机械能改变，W=ΔE 摩擦力做 功与热量 的关系　 作用于系统的滑动摩擦力和物体间相对滑动的距离的乘积，在数值上等于相对滑动过程产生的内能。即Q=fs相对，其中f必须是滑动摩擦力，s相对必须是两个接触面间相对滑动的距离(或相对路程) 物理 观念 能量守 恒定律 能量既不会_________，也不会_________，它只能从一种形式_____为另一种形式，或者从一个物体_____到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量_________ 凭空产生 凭空消失 转化 转移 保持不变 科学 思维 物理 模型 掌握机车启动的两种方式；体会微元法在探究重力做功中的应用；利用动能定理解决动力学问题和变力做功问题；会判断不同物理模型中机械能是否守恒 演绎 推理 通过重力做功与重力势能变化关系，猜想重力势能的影响因素，推导重力势能表达式；利用功的公式、牛顿第二定律和运动学公式推导动能定理；利用能量转化和守恒的观点解释生活现象，分析解决物理问题 科学 探究 经历问题情境，体验科学知识对生活的影响；根据功和能的关系，推导出重力势能的表达式，通过实验探究弹簧弹力做功得出弹性势能的影响因素；在动能定理建立过程中，培养学生从特殊到一般、从低级到高级的探究思路；进一步固化实验是检验理论正确性的依据这一科学思想，并在探究过程中体会实验验证方法；探究机械能守恒定律的适用条件和限制，设计实验验证机械能守恒定律 科学 态度 与责任　 通过探究过程体会物理学的逻辑之美和方法之美，体会数理的巧妙结合，激发学生求知欲和学习兴趣，享受成功的乐趣。从生活中的有关物理现象得出物理结论，激发和培养学生探索自然规律的兴趣；能够意识到科学的社会意义和责任，注重科学实践中的安全和环境保护。通过同伴合作交流学会正确评价他人和自己，增强人际交往的能力。利用动能定理、机械能守恒定律等物理知识分析解决生活实例，培养学生的探究意识和实践能力；通过实验操作、数据处理及误差分析，培养学生实事求是和严谨细致的科学态度 　关于物理概念，下列说法正确的是 A.由W=Fscos α可知，作用在物体上的力越大，物体位移越大，这个力做 功越多 B.由P=可知，力在单位时间做功越多，其功率越大 C.由Ep=mgh可知，放在地面上的物体，它具有的重力势能一定为零 D.由弹性势能Ep=可知，弹簧变长时，它的弹性势能一定增大 例1 √ 提能 综合训练 由W=Fscos α可知，作用在物体上的力越大，物体位移越大，这个力做功不一定越多，还与力和位移的夹角有关，选项A错误； 由P=可知，力在单位时间做功越多，其功率越大，选项B正确； 放在地面上的物体，如果以地面为零势能参考平面，它具有的重力势能才为零，选项C错误； 由Ep=可知，在弹性限度内弹簧的形变量越大，弹性势能越大，而当弹簧处于压缩状态变长时，它的弹性势能减小，选项D错误。 　(多选)(2023·福建厦门一中高一期中)如图所示，在地面上以速度v0抛出质量为m的物体，抛出后物体落到比地面低h的海平面上。若以地面为零势能面，而且不计空气阻力，重力加速度为g，则下列说法正确的是 A.物体到海平面时的重力势能为mgh B.重力对物体做功为mgh C.物体在海平面上的动能为m D.物体在海平面上的机械能为m 例2 √ √ 以地面为零势能面，海平面低于地面h，所以物 体在海平面上时的重力势能为-mgh，故A错误； 重力做功与路径无关，只与始、末位置的高度 差有关，抛出点与海平面的高度差为h，并且重 力做正功，所以从地面到海平面重力对物体做的功为mgh，故B正确； 从抛出到到达海平面过程中，由动能定理得mgh=mv2-m mv2=m+mgh，故C错误； 物体在海平面时的机械能E=Ek+Ep=m+mgh-mgh=m，故D正确。 　(多选)(2023·南平市高一阶段练习)如图所示，倾角θ=30°的光滑斜面固定在水平地面上，长为L、质量为m、粗细和质量分布均匀的软绳置于斜面上，其上端与斜面顶端齐平。用轻质细线将物块与软绳连接，物块的质量也为m，物块由静止释放后向下运动，直到软绳刚好全部离开斜面(此时物块未到达地面)，重力加速度为g，在此过程中 A.物块重力做的功等于软绳和物块动能的增加量 B.物块重力势能的减少量大于软绳机械能的增加量 C.软绳重力势能共减少了mgL D.软绳刚好全部离开斜面时的速度为 例3 √ √ 物块下降的高度为h=L，物块重力做功为W=mgL， 所以物块重力势能减少了ΔEp=mgL，物块减少的 重力势能转化为软绳增加的机械能和物块本身的 动能，故A错误，B正确； 物块未释放时，软绳的重心离斜面顶端的高度为h1=sin 30°=，软绳刚好全部离开斜面时，软绳的重心离斜面顶端的高度h2=，则软绳重力势能共减少mg(-)=mgL，故C错误； 根据机械能守恒定律有mgL+mgL=(m+m)v2，可得v=，故D正确。 　(多选)(2023·杭州市期末)如图所示，倾角为θ的传送带顺时针匀速转动，把一质量为m的物块(可视为质点)轻放到传送带底端，物块从底端开始，先做匀加速运动一段时间后做匀速运动到达顶端，两段运动时间相等，则下列说法正确的是 A.两过程中物块运动的位移之比为1∶2 B.两过程中传送带对物块的摩擦力做功之比为1∶2 C.全过程中物块动能增加量等于物块与传送带由于摩擦生成的热量 D.全过程中传送带对物块所做的功等于物块机械能的增量 例4 √ √ 设传送带的速度为v，物块做匀加速运动的时间 为t，物块做匀加速运动时位移为s1=t=，物 块做匀速运动时s2=vt，则两过程中物块运动的位 移之比为s1∶s2=1∶2，故A正确； 由题意可得，匀加速阶段，摩擦力所做的功为W1=μmgs1cos θ，匀速运动阶段，摩擦力所做的功为W2=mgs2sin θ，则=·，由于缺少相关数据，无法计算摩擦力所做功之比，故B错误； 对物块由动能定理可得ΔEk=μmgs1cos θ-mgs1sin θ， 传送带摩擦生热为Q=μmgΔscos θ=μmgcos θ(vt-s1) =μmgs1cos θ，即ΔEk<Q，故C错误； 由题意可得，整个过程除了重力做功外，只有传送带对物块做功，由功能关系可得，传送带对物块所做的功等于物块机械能的增量，故D正确。 　(2023·宁德市期中)如图甲所示，质量m=4 kg的物体静止在光滑的水平面上，t=0时刻，物体受到一个变力F作用，t=1 s时，撤去力F，之后某时刻物体滑上倾角为37°的粗糙斜面；已知物体从开始运动的初位置到斜面最高点的v-t图像如图乙所示，不计空气阻力及连接处的能量损失，g取10 m/s2，sin 37°=0.6，cos 37°=0.8，求： (1)变力F做的功及其平均功率； 例5 答案　200 J　200 W　 由题图乙知物体1 s末的速度 v1=10 m/s 根据动能定理得：WF=m-0 解得WF=200 J 变力F的平均功率P==200 W (2)物体从斜面底端滑到最高点过程中克服摩擦力做的功； 答案　80 J　 由v-t图像可知，物体沿斜面上升的最大距离为s=×1×10 m=5 m 物体到达斜面底端时的速度v2=10 m/s 到达斜面最高点的速度为零，根据动能定理得 -mgssin 37°-W克f=0-m 解得W克f=80 J (3)物体返回斜面底端时的速度大小。 答案　2 m/s 设物体返回斜面底端时的速度为v3，在物体从斜面底端上升到斜面最高点再返回斜面底端的过程中，根据动能定理得 -2W克f=m-m 解得v3=2 m/s。 BENKEJIESHU 本课结束 $$ 章末素养提升 物理观念 功 功 定义：如果作用于某物体的恒力大小为F，该物体沿力的方向的位移大小为s，则F与s的乘积称为机械功，简称功 公式：W=Fs 单位：焦耳，符号为J 正功和负功 由W=Fscos α可知 (1)当0°≤α<90°时，W>0，力对物体做正功 (2)当90°<α≤180°时，W<0，力对物体做负功，或称物体克服这个力做功 (3)当α=90°时，W=0，力对物体不做功 总功 (1)总功等于各个力分别对物体做功的代数和 (2)几个力的合力对物体做的功 功率 意义：表示做功快慢的物理量 单位：瓦特，简称瓦，符号是W 计算公式：P=，P=Fvcos α 动能 定义：物理学中把物体因运动而具有的能量称为动能 表达式：Ek=mv2 单位：焦耳，符号为J 动能定理 内容：合外力对物体所做的功等于物体动能的变化量 表达式：W=Ek2-Ek1 重力势能 定义：物理学中，把物体因为处于一定的高度而具有的能量称为重力势能，常用Ep表示 表达式：Ep=mgh 单位：焦耳，符号为J 弹性势能 物理学中，把物体因为发生弹性形变而具有的能量称为弹性势能 机械能 运动的物体往往既有动能又有势能，物体的动能与重力势能、弹性势能之和称为机械能，E=Ep+Ek 机械能守 恒定律 内容：在只有重力或弹力这类力做功的情况下，物体系统的动能与势能相互转化，而机械能的总量保持不变 表达式：Ek2+Ep2=Ek1+Ep1 功能关系 几种典型的 功能关系 重力做功对应重力势能改变，WG=-ΔEp重力 弹力做功对应弹性势能改变，W弹=-ΔEp弹力 合外力做功对应动能改变，W合=ΔEk 除重力、系统内弹力以外的其他力做功对应机械能改变，W=ΔE 摩擦力做 功与热量 的关系　 作用于系统的滑动摩擦力和物体间相对滑动的距离的乘积，在数值上等于相对滑动过程产生的内能。即Q=fs相对，其中f必须是滑动摩擦力，s相对必须是两个接触面间相对滑动的距离(或相对路程) 能量守 恒定律 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变 科学 思维 物理模型 掌握机车启动的两种方式；体会微元法在探究重力做功中的应用；利用动能定理解决动力学问题和变力做功问题；会判断不同物理模型中机械能是否守恒 演绎推理 通过重力做功与重力势能变化关系，猜想重力势能的影响因素，推导重力势能表达式；利用功的公式、牛顿第二定律和运动学公式推导动能定理；利用能量转化和守恒的观点解释生活现象，分析解决物理问题 科学 探究 经历问题情境，体验科学知识对生活的影响；根据功和能的关系，推导出重力势能的表达式，通过实验探究弹簧弹力做功得出弹性势能的影响因素；在动能定理建立过程中，培养学生从特殊到一般、从低级到高级的探究思路；进一步固化实验是检验理论正确性的依据这一科学思想，并在探究过程中体会实验验证方法；探究机械能守恒定律的适用条件和限制，设计实验验证机械能守恒定律 科学 态度 与责 任　 通过探究过程体会物理学的逻辑之美和方法之美，体会数理的巧妙结合，激发学生求知欲和学习兴趣，享受成功的乐趣。从生活中的有关物理现象得出物理结论，激发和培养学生探索自然规律的兴趣；能够意识到科学的社会意义和责任，注重科学实践中的安全和环境保护。通过同伴合作交流学会正确评价他人和自己，增强人际交往的能力。利用动能定理、机械能守恒定律等物理知识分析解决生活实例，培养学生的探究意识和实践能力；通过实验操作、数据处理及误差分析，培养学生实事求是和严谨细致的科学态度 例1　关于物理概念，下列说法正确的是(　　) A.由W=Fscos α可知，作用在物体上的力越大，物体位移越大，这个力做功越多 B.由P=可知，力在单位时间做功越多，其功率越大 C.由Ep=mgh可知，放在地面上的物体，它具有的重力势能一定为零 D.由弹性势能Ep=可知，弹簧变长时，它的弹性势能一定增大 答案　B 解析　由W=Fscos α可知，作用在物体上的力越大，物体位移越大，这个力做功不一定越多，还与力和位移的夹角有关，选项A错误；由P=可知，力在单位时间做功越多，其功率越大，选项B正确；放在地面上的物体，如果以地面为零势能参考平面，它具有的重力势能才为零，选项C错误；由Ep=可知，在弹性限度内弹簧的形变量越大，弹性势能越大，而当弹簧处于压缩状态变长时，它的弹性势能减小，选项D错误。 例2　(多选)(2023·福建厦门一中高一期中)如图所示，在地面上以速度v0抛出质量为m的物体，抛出后物体落到比地面低h的海平面上。若以地面为零势能面，而且不计空气阻力，重力加速度为g，则下列说法正确的是(　　) A.物体到海平面时的重力势能为mgh B.重力对物体做功为mgh C.物体在海平面上的动能为m D.物体在海平面上的机械能为m 答案　BD 解析　以地面为零势能面，海平面低于地面h，所以物体在海平面上时的重力势能为-mgh，故A错误；重力做功与路径无关，只与始、末位置的高度差有关，抛出点与海平面的高度差为h，并且重力做正功，所以从地面到海平面重力对物体做的功为mgh，故B正确；从抛出到到达海平面过程中，由动能定理得mgh=mv2-m，物体到达海平面时的动能mv2=m+mgh，故C错误；物体在海平面时的机械能E=Ek+Ep=m+mgh-mgh=m，故D正确。 例3　(多选)(2023·南平市高一阶段练习)如图所示，倾角θ=30°的光滑斜面固定在水平地面上，长为L、质量为m、粗细和质量分布均匀的软绳置于斜面上，其上端与斜面顶端齐平。用轻质细线将物块与软绳连接，物块的质量也为m，物块由静止释放后向下运动，直到软绳刚好全部离开斜面(此时物块未到达地面)，重力加速度为g，在此过程中(　　) A.物块重力做的功等于软绳和物块动能的增加量 B.物块重力势能的减少量大于软绳机械能的增加量 C.软绳重力势能共减少了mgL D.软绳刚好全部离开斜面时的速度为 答案　BD 解析　物块下降的高度为h=L，物块重力做功为W=mgL，所以物块重力势能减少了ΔEp=mgL，物块减少的重力势能转化为软绳增加的机械能和物块本身的动能，故A错误，B正确；物块未释放时，软绳的重心离斜面顶端的高度为h1=sin 30°=，软绳刚好全部离开斜面时，软绳的重心离斜面顶端的高度h2=，则软绳重力势能共减少mg(-)=mgL，故C错误；根据机械能守恒定律有mgL+mgL=(m+m)v2，可得v=，故D正确。 例4　(多选)(2023·杭州市期末)如图所示，倾角为θ的传送带顺时针匀速转动，把一质量为m的物块(可视为质点)轻放到传送带底端，物块从底端开始，先做匀加速运动一段时间后做匀速运动到达顶端，两段运动时间相等，则下列说法正确的是(　　) A.两过程中物块运动的位移之比为1∶2 B.两过程中传送带对物块的摩擦力做功之比为1∶2 C.全过程中物块动能增加量等于物块与传送带由于摩擦生成的热量 D.全过程中传送带对物块所做的功等于物块机械能的增量 答案　AD 解析　设传送带的速度为v，物块做匀加速运动的时间为t，物块做匀加速运动时位移为s1=t=，物块做匀速运动时s2=vt，则两过程中物块运动的位移之比为s1∶s2=1∶2，故A正确；由题意可得，匀加速阶段，摩擦力所做的功为W1=μmgs1cos θ，匀速运动阶段，摩擦力所做的功为W2=mgs2sin θ，则=·，由于缺少相关数据，无法计算摩擦力所做功之比，故B错误；对物块由动能定理可得ΔEk=μmgs1cos θ-mgs1sin θ，传送带摩擦生热为Q=μmgΔscos θ=μmgcos θ(vt-s1)=μmgs1cos θ，即ΔEk<Q，故C错误；由题意可得，整个过程除了重力做功外，只有传送带对物块做功，由功能关系可得，传送带对物块所做的功等于物块机械能的增量，故D正确。 例5　(2023·宁德市期中)如图甲所示，质量m=4 kg的物体静止在光滑的水平面上，t=0时刻，物体受到一个变力F作用，t=1 s时，撤去力F，之后某时刻物体滑上倾角为37°的粗糙斜面；已知物体从开始运动的初位置到斜面最高点的v-t图像如图乙所示，不计空气阻力及连接处的能量损失，g取10 m/s2，sin 37°=0.6，cos 37°=0.8，求： (1)变力F做的功及其平均功率； (2)物体从斜面底端滑到最高点过程中克服摩擦力做的功； (3)物体返回斜面底端时的速度大小。 答案　(1)200 J　200 W　(2)80 J　(3)2 m/s 解析　(1)由题图乙知物体1 s末的速度 v1=10 m/s 根据动能定理得：WF=m-0 解得WF=200 J 变力F的平均功率P==200 W (2)由v-t图像可知，物体沿斜面上升的最大距离为s=×1×10 m=5 m 物体到达斜面底端时的速度v2=10 m/s 到达斜面最高点的速度为零，根据动能定理得 -mgssin 37°-W克f=0-m 解得W克f=80 J (3)设物体返回斜面底端时的速度为v3，在物体从斜面底端上升到斜面最高点再返回斜面底端的过程中，根据动能定理得 -2W克f=m-m 解得v3=2 m/s。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$