2019年高中物理第七章第12节追寻守恒量__能量功讲义含解析新人教版必修220190531226.wps
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1、追寻守恒量能量 功 一、追寻守恒量 1伽利略的实验探究 如图所示: 过程 让小球从斜面 A滚落,它会继续滚上斜面 B 无论斜面 B比斜面 A陡些或缓些,小球的速度最后总会在斜面上的某点变为 0 ,这 现象 点距斜面底端的竖直高度与它出发时的高度相同 结论 这一事实说明某个量是守恒的,在物理学中我们把这个量叫做能量或能 2.势能:相互作用的物体凭借其位置而具有的能量。 3动能:物体由于运动而具有的能量。 4势能和动能的转化:从伽利略的斜面实验可以看出,势能和动能可以相互转化。小球 从斜面上某一高度滚落至斜面底端的过程中势能转化为动能;小球从斜面底端沿斜面升高时, 动能又转化为势能,若忽略空气阻力
2、和摩擦,在动能与势能转化过程中能量是守恒的。 说明 伽利略的理想斜面实验虽然是想象中的实验,但它是建立在可靠的事实基础之上的。这类 理想实验以可靠的事实为基础,经过抽象思维,抓住主要因素,忽略次要因素,从而更深刻地 揭示了自然规律。采用理想实验说明问题是物理学的一种常用方法,理想实验在物理学的发展 中起着重要的作用。 选一选 在伽利略的斜面实验中,小球停下来的高度为 h1,与它出发时的高度 h2相同,这一事实 “说明 某个量是守恒的”,下面说法中正确的是( ) A小球在运动的过程中速度是守恒的 B小球在运动的过程中高度是守恒的 C小球在运动的过程中动能是守恒的 D小球在运动的过程中能量是守恒的
3、 解析:选 D 伽利略的斜面实验中,小球的速度、高度、动能都随时间变化,而能量恒定 不变,故 D 正确。 二、功、功的正负 1 1. 功的概念:物体受到力的作用,并在力的方向上发生了一段位移,这个力就对物体做 了功。 2做功的两个必备条件 (1)物体受力的作用。 (2)物体在力的方向上发生位移。 3公式 (1)力 F与位移 l同向时,WFl。 (2)力 F与位移 l夹角为 时,WFlcos 。 其中 F、l、 分别为力的大小、位移的大小和力与位移方向的夹角。 4正功和负功 由公式 WFlcos 可知,力对物体做正功还是做负功,由 F的方向与位移 l的方向间的 夹角 决定,具体情况见下表: 夹角
4、 cos 功 W 说明 00 W0 力 F对物体做正功 2 cos 0 W0 力 F对物体不做功 2 cos 90,故摩擦力做负功,C 正确;合力为零,合力不 做功,B 正确。 总功指物体受到的所有力对物体做功的总和,由合力与分力的等效替代关系知,合力与分 4 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 合F 合 lcos 求合力做的功。 (2)先根据 WFlcos ,求每个分力做的功 W1、W2、Wn,再根据 W 合W1W2 Wn,求合力做的功。即合力做的功等于各个分力做功的代数和。 典型例题 例 2.如图所示,一个质量 m2 kg的物体,
5、受到与水平方向成 37角斜向上方的力 F110 N 作用,在水平地面上移动的距离 l2m,物体与地面间的滑动摩擦力 F24.2 N,求外力对物 体所做的总功。(cos 370.8,sin 370.6) 解析 方法一:拉力 F1对物体所做的功 W1F1lcos 371020.8 J16 J 摩擦力 F2对物体所做的功 W2F2lcos 1804.22 J8.4 J 重力、支持力与位移方向的夹角均为 90,对物体所做功为 W30 外力对物体所做的总功 W 等于 W1、W2和 W3的代数和 所以 WW1W2W37.6 J 方法二:物体受到的合力 F 合F1cos 37F2100.8 N4.2 N3.
6、8 N 所以外力对物体所做的总功 WF 合 l3.82 J7.6 J 答案 7.6 J 点评 求合力做功的方法的选择 (1)如果物体处于平衡状态或某一方向受力平衡时,或者物体在某一方向上做匀变速直线 运动时(合力等于 ma),先求合力再求功的方法更简捷。 (2)如果已知物体所受的力之中有的不做功,有的做功且方便求得该力的功(如重力的功) 时,选择 W 合W1W2Wn 简单方便。 即时巩固 2(2016海南高一检测)如图所示,质量为 m 的物体静止在倾角为 的斜面上,物体与 斜面的动摩擦因数为 ,现使斜面水平向左匀速移动距离 l。试求(重力加速度为 g): 5 (1)摩擦力对物体做的功(物体与斜
7、面相对静止); (2)斜面对物体的弹力做的功; (3)重力对物体做的功; (4)斜面对物体做的功;各力对物体所做的总功。 解析:物体受力情况如图所示, 物体受到重力 mg、摩擦力 Ff和支持力 FN的作用。物体相对斜面静止,物体相对地面水平 向左匀速移动距离 l,这些力均是恒力,故可用 WFlcos 计算各力做的功。 根据物体的平衡条件,可得 Ffmgsin ,FNmgcos (1)WfFflcos (180)mglsin cos (2)WNFNlcos (90)mglcos sin (3)WGmglcos 900 (4)斜面对物体做的功 W 斜为斜面对物体施的力做功的代数和 W 斜WfWN0
8、 各个力对物体所做的总功等于各个力做功的代数和,即 W 总WfWNWG0 答案:(1)mglsin cos (2)mglcos sin (3)0 (4)0 0 摩擦力(静摩擦力或滑动摩擦力)有可能做负功或者正功,甚至不做功,举例如下: 做功情况 例证 做 滑动摩 如图甲所示,物体在力 F 作用下向右运动,地面对它的滑动摩擦力做 负 擦力 负功 功 静摩擦 如图乙所示,物体 A、B 在力 F 作用下一起向右加速运动(A、B 相对静 力 止),物体 B 对 A 的静摩擦力做负功 6 做 滑动摩 如图乙所示,物体 A、B 在力 F 作用下一起向右加速运动(A、B 相对滑 正 擦力 动),物体 A 对
9、 B 的滑动摩擦力做正功 功 静摩擦 如图乙所示,物体 A、B 在力 F 作用下一起向右加速运动(A、B 相对静 力 止),物体 A 对 B 的静摩擦力做正功 不 滑动摩 如图甲所示,物体 A 在力 F 作用下向右运动,由于地面静止,位移为 做 擦力 零,地面受到的滑动摩擦力对地面不做功 功 静摩擦 如图甲所示,物体 A 在力 F 作用下仍静止在地面上时,地面对它的静 力 摩擦力不做功 典型例题 例 3.质量为 M 的木板放在光滑的水平面上,一个质量为 m 的滑块以某一速度沿木板表面 从 A 点滑至 B 点,在木板上前进了 L,而木板前进了 l,如图所示。若滑块与木板间的动摩擦 因数为 ,重力
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