解析:
恒力的功是指F所做的功,根据功的定义,力F所做的功只与F的大小及在力F的方向上发生的位移大小积有关,不需考虑其它力的影响。
因两次的力相同,位移相同,所以功相等,选C。
(2)合外力的功的求法:
方法1:
先求出合外力F,再利用W=Fscosθ求出合外力的功。
方法2:
先求出各个分力的功,再利用合外力的功等于物体所受各力功的代数和出合外力的功。
【例题2】在水平粗糙地面上,使同一物体由静止开始做匀加速直线运动,第一次是斜上拉力,第二次是斜下推力,两次力的作用线与水平的夹角相同,力的大小也相同,位移大小也相同,则:
A.力F对物体做的功相同,合力对物体做的总功也相同;
B.力F对物体做的功相同,合力对物体做的总功不相同;
C.力F对物体做的功不相同,合力对物体做的总功相同;
D.力F对物体做的功不相同,合力对物体做的总功也不相同。
解析:
正确答案是B。
根据恒力做功公式W=Fscosθ,由于F、S、θ都相同,故力F做功相同。
求合力功时,先进行受力分析,受力图如图4所示,下面用两种方法求合力的功。
方法一:
由于斜上拉和斜下推而造成物体对地面的压力不同,从而滑动摩擦力f=μN的大小不同,因而合力F合=F.cosθ-f不同,由W合=F合S.cosθ知W合不相同。
方法二:
因重力和支持力不做功,只有F和f做功,而F做功相同,但摩擦力做功Wf=-fscosθ因f不同而不同,由W合=WF+Wf知W合不相同。
(3)求变力功的方法是:
把物体通过各个小段所做的功加在一起,就等于变力在整个过程所做的功。
【例题3】以一定的初速度竖直向上抛出一个小球,小球上升的最大高度为h,空气阻力的大小恒为f,则从抛出至回到原出发点的过程中,空气阻力对小球做的功为:
A.零;B.-fh;C.-2fh;D.-4fh.
解析:
先让学生在课堂上计算,然后对学生的解答过程进行评讲(学生可能出现的错误是错选A,原因是他们认为整个过程的位移为零,由公式W=Fscosθ,得W=0。
)
正确的分析是:
物体在上升和下降过程,空气阻力大小不变方向改变,但都是阻碍物体运动,亦即上升过程和下降过程都是做负功,所以全过程空气阻力对物体做功:
Wf=-fh-fh=-2fh.
练习1.放在水平桌面上的质量为m的物体,用一个水平恒力F推它t秒钟,但物体始终静止,
那么在这段时间内()
A.F的冲量为零B.F做功为零
C.合力对物体的冲量为零D.合力对物体做的功为零
练习2.关于功的概念,下列说法中正确的是()
A.力对物体做功多,说明物体的位移一定大
B.力对物体做功少,说明物体的受力一定小
C.力对物体不做功,说明物体一定无位移
D.功的大小是由力的大小和物体在力的方向上的位移的大小确定的
练习3.大小相等的水平拉力分别作用于原来静止、质量分别为m1和m2的物体A、B上,使A沿光滑水平面运动了位移s,使B沿粗糙水平面运动了同样的位移,则拉力F对A、B做的功W1和W2相比较()
A.W1>W2B.W1<W2C.W1=W2D.无法比较
练习4.第一次用水平恒力F作用在物体上,使物体在光滑水平面上移动距离s,F做功为W1;
第二次用同样大小的力F沿斜面方向作用于物体上,使物体沿粗糙斜面移动的距离也是s,F做功为W2,那么()
A.W1=W2B.W1>W2
C.W1<W2D.无法判断W1和W2的关系
作业:
质量为m的物体静止在倾角为θ的斜面上,现在使斜面体向右匀速移动距离L,如图所示,有哪几个力对物体做功?
各做了多少功?
外力对物体做的总功为多少?
第三节动能势能
一、知识与技能:
1、知道做功的过程就是物体能量的转化过程。
知道功是能量转化的量度。
2、正确理解动能的概念,会用动能的定义式进行计算.
3、理解重力势能的概念和相对性,会用重力势能的定义式进行计算.
4、理解重力势能的变化和重力做功的关系.知道重力做功与路径无关.
5、了解弹性势能.
二、过程与方法:
1、让学生推导重力做功与重力势能的变化关系,学会如何把科学规律用简洁的语言表达出来,学会科学的表达方法。
2、引导学生观察被举高的重物所具有的重力势能与形变的物体所具有的能量之间有何相同之处,体会类比法是物理学研究中常用的一种方法。
三、情感态度与价值观:
1、通过讨论交流的形式,培养学生的合作精神和积极参与的意识。
2、运用辩证唯物主义的观点和科学的态度,从功能角度探索、研究、发现自然规律,并运用它服务人类。
四、重点难点:
1、重力势能以及重力势能的变化与重力做功的关系.
五、教学过程
(一)引入新课
(二)进行新课
一.动能
(1)定义:
在物理学中用
这个量表示物体的动能,动能的符号为Ek=
.
(2)单位:
1kg.m2/s2=1N.m=1J.
(3)动能是标量,只有大小,没有方向。
(4)动能是一个状态量,是针对某物体在某时刻而言。
因此,动能表达式中的v只能是瞬时速度。
二.重力势能
(1)定义:
由于物体被举高而具有的能量。
(2)重力势能的计算式:
EP=mgh.
即物体的重力势能等于物体的重量和它的高度的乘积。
(3)重力势能是标量,其单位与功的单位相同,在国际单位中都是焦耳(J)
2.对EP=mgh的理解:
(1)式中h应为物体重心的高度。
(2)重力势能具有相对性,是相对于选取的参考面而言的。
因此在计算重力势能时,应该明确选取零势面。
(3)重力势能可正可负,在零势面上方重力势能为正值,在零势面下方重力势能为负值。
(4)选取不同的零势面,物体的势能值是不同的,但势能的变化量不会因零势面的不同而不同。
三.重力势能的大小与什么因素有关呢?
WG=mgΔh=mgh1-mgh2
我们可以看出WG等于mgh这个量的变化。
在物理学中就用这个物理量表示物体的重力势能。
重力势能用EP来表示。
3.重力势能的变化和重力做功的关系
重力做功WG=Fssinθ=mgh1-mgh2
由此发现重力做功与路径无关,只跟初末位置高度有关,物体减少的重力势能仍等于重力所做的功。
4.重力做功的特点:
重力所做的功只跟初始位置的高度和末位置的高度有关,跟物体的运动路径无关。
5.弹性势能:
发生弹性形变的物体,在恢复原状时能够对外界做功,我们把物体因发生弹性形变而具有的势能叫弹性势能。
【例题2】沿着高度相同,坡度不同,粗糙程度也不同的斜面向上拉同一物体到顶端,以下说法中正确的是:
A.沿着坡度小、长度大的斜面上升克服重力做的功多;
B.沿长度大、粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功多;
C.沿长度大、粗糙程度小的斜面上升克服重力做的功多;
D.上述几种情况重力做功同样多。
学生先做,老师再评讲。
正确答案为D。
(三)课堂小结:
1.重力势能:
由于物体被举高而具有的能量;重力势能的计算式:
EP=mgh.,即物体的重力势能等于物体的重量和它的高度的乘积;重力势能是标量,其单位与功的单位相同,在国际单位中都是焦耳。
2.重力做功的特点:
重力所做的功只跟初始位置的高度和末位置的高度有关,跟物体的运动路径无关。
3.弹性势能:
发生弹性形变的物体,在恢复原状时能够对外界做功,我们把物体因发生弹性形变而具有的势能叫弹性势能。
(四)课外作业:
把练习(4)、(5)题做在作业本上。
第四节重力势能习题课
一、知识与技能:
1.能正确计算物体或物体系的重力势能.
2.会用重力势能的变化求重力的功。
3.复习动能定理,培养学生灵活运用动能定理解决实际问题的能力。
二、过程与方法:
1、让学生推导重力做功与重力势能的变化关系,学会如何把科学规律用简洁的语言表达出来,学会科学的表达方法。
2、引导学生观察被举高的重物所具有的重力势能与形变的物体所具有的能量之间有何相同之处,体会类比法是物理学研究中常用的一种方法。
三、情感态度与价值观:
1、通过讨论交流的形式,培养学生的合作精神和积极参与的意识。
2、运用辩证唯物主义的观点和科学的态度,从功能角度探索、研究、发现自然规律,并运用它服务人类。
四、重点难点:
1.能正确计算物体或物体系的重力势能.
2.会用重力势能的变化求重力的功。
五、教学方法:
练习、讨论
六、教学过程:
(一)复习提问
(二)进行新课
【例题1】盘在地面上的一根不均匀的金属链重G=30N,长L=1m,从一端缓慢提起至另一端恰好离开地面时需做功10J,金属链重力势能增加J,此时金属链重心位置距地面m.如果改从另一端缓慢提起至金属链恰好离地面需做功。
解析:
从一端缓慢提起至另一端恰好离开地面时需做功10J,金属链重力势能增加ΔEP=Gh1=10J,此时金属链重心位置距地面h1=0.33m.如果改从另一端缓慢提起至金属链恰好离地面需做功W2=G(L-h1)=20J.
【例题2】如图1所示,一个人通过定滑轮匀速地拉起质量为m的物体,当人沿水平地面从A点走到B点时,位移为S,绳子方向与竖直方向成α角,
原先绳子方向竖直,不计阻力,则人拉物体所做的功为多少?
解析:
由于人拉绳的力的方向不确定,不能用功的定义式
来计算人所做的功,须通过动能定律来计算人所做的功。
而重力
的功根据重力做功的特点可得:
WG=mgh=mg
).
由动能定律可得:
W-WG=0-0
所以人所做的功为:
。
【例题3】以20m/s的初速度,从地面竖直向上抛出一物体,它上升的最大高度是18m。
如果物体在运动过程中所受阻力的大小不变,则物体在离地面多高处,物体的动能与重力势能相等。
(g=10m/s2)(以地面为零势点)
解析:
以物体为研究对象,画出运动草图2,设物体上升到h高处动能与重力势能相等
此过程中,重力阻力做功,据动能定理有:
物体上升的最大高度为H
由式①,②,③解得h=9.5m
设物体下落过程中经过距地面h′处动能等于重力势能,运动草图如图3所示。
据动能定理有:
解得h′=8.5m
注意:
在此较复杂的问题中,应注意不要出现漏解。
比较好的方法就是逐段分析法。
本题很容易漏解,要求学生仔细审题,问物体离地面多高处,物体动能与重力势相等,一般人首先是将问题变形为上升过程中什么位置动能与重力势能相等。
而实际下落过程也有一处动能与重力势能相等。
【例题4】有一质量为m,边长为a的正方体与地面之间的摩擦因素μ=0.3。
为使它水平移动距离a,可以采用将它翻倒或向前匀速平推两种方法。
则:
()
A.将它翻倒比平推前进做的功少。
B.将它翻倒比平推前进做的功多。
C.两种情况做功一样多。
D.翻倒时不做功。
解析:
物体被平推着匀速前进,推力与摩擦力相平衡。
翻倒则要克服物体重力做功。
匀速平推时:
F=f=μmg,因而物体被平推着前进,外力对物体所做的功为:
W1=Fa=μmga=0.3mga.
将物体推导前进a,如图4所示。
在翻倒过程中,立方体将绕其中一条棱(如A)转动。
仅在使其对角线AC转到竖直过程中(以后,稍有一倾侧,立方体会在重力作用下翻倒)这个过程中外力所做的功,就是使立方体的重心O升高所增加的重力势能,所以外力做功为:
W2=ΔEP=mg(
.
因而推着物体匀速前进比翻倒前进相同距离所做的功多。
(三)课堂小结:
1.由于重力做功与路径无关,只与始末两点位置的高度差有关,因此,在计算重力做功就
不需要考虑过程,只看始末位置。
这使重力功的计算变得简便。
2.重力势能的变化只与重力做功有关,与其它外做功情况无关。
因此在计算重力势能的变
化时只看重力做功的多少即可。
第五节探究外力做功与物体动能变化的关系
一、知识与技能:
1、知道外力对物体做功可以改变物体的动能。
2、正确理解动能定理。
知道动能定理的适用条件,会用动能定理进行计算.
3、会用实验方法来探究物理定律或规律。
4、会推导动能定理。
5、会用动能定理解决力学问题,知道用动能定理解题的步骤.
二、过程与方法:
1、通过探究外力对物体做功与物体动能的变体关系,经历探究的主要环节;通过实验设计、观察实验现象、记录和处理实验数据;通过分析、比较、归纳得出实验结果;通过理论分析、推导与认证,得到外力做功与物体动能变化的关系,体会科学探究的方法。
.
2、通过理论分析与认证的过程,使学生受到理性思维的训练。
三、情感态度与价值观:
1、通过实验探究,培养学生探究意识和实践能力。
2、经历讨论与交流,培养学生的语言表达能力和团结协作精神。
四、重点难点:
1、正确理解动能定理是本节课的重点。
2、推导动能定理是本课的难点。
3、会用动能定理解决力学问题是本节课的能力培养点。
五、教学过程:
(一).复习引入:
上节课我们学习了功和能关系。
运动的物体具有动能,而做功又可以改变物体的动能,如离站加速行驶的汽车。
那么做功和物体的变化又有什么定量关系?
(二).新课教学:
1.动能定理推导:
设质量为m的物体,初速度为v1,在与运动方向相同的恒力F的作用下发生一段位移s,速度增加至v2,如图1所示。
在这个过程中,力F所做的功W=Fs。
根据牛顿第二定律有F=ma,由匀加速运动的公式
,有
由此可得:
板书:
W=FS=ma.
=
Ek2=
表示物体的末动能,Ek1=
表示物体的初动能。
板书:
W=Ek2-Ek1说明外力对物体所做的总功等于物体动能的变化-----此即动能定理。
2.对动能定理的理解:
(1)动能定适用于物体的直线运动;适用于恒力做功,也适用于变力做功,力可以是各种性质的力,既可以同时作用,也可以分段作用。
只要求出在作用过程中各力做功的多少和正负即可。
这些正是动能定理解题的优越性所在。
(2)若物体运动的过程中包含几个不同过程,应用动能定理,可以分段考虑,也可以全过程为一整体来处理。
板书:
3.动能定理解题的基本思路:
(1)选取研究对象,明确它的运动过程。
(2)分析研究对象的受力情况和各力做功情况,然后求各个外力做功的代数和。
(3)明确物体在过程始末状态的动能EK1和EK2。
(4)列出动能定理的方程W和=EK2-EK1。
课本例题1:
(三).课堂练习:
优化设计例题2:
一物体以初速v0竖直上抛,落回原处速度为v1,空气阻力不能忽略且大小不变,求物体上升的最大高度。
解析:
本题必须分为上升和下降两个过程进行研究,而且要注意重力和阻力的功的不同特点,设上升的最大高度为h,空气阻力大小为f,则:
上升过程:
-mgh-fh=0-
下降过程:
mgh-fh=
由上述二式解得:
.
(四).课堂小结:
1.动能定理:
外力对物体所做的总功等于物体动能的变化。
即W总=
2.动能定理解题的基本思路:
(1)选取研究对象,明确它的运动过程。
(2)分析研究对象的受力情况和各力做功情况,然后求各个外力做功的代数和。
(3)明确物体在过程始末状态的动能EK1和EK2。
(4)列出动能定理的方程W和=EK2-EK1。
(五).作业:
第六节动能动能定理习题课
一、知识与技能:
通过适量的课堂练习,使学生进一步掌握动能定理的应用,学会用动能定理分析、解决实际问题的方法,提高解决问题的能力。
二、过程与方法:
1、通过探究外力对物体做功与物体动能的变体关系,经历探究的主要环节;通过实验设计、观察实验现象、记录和处理实验数据;通过分析、比较、归纳得出实验结果;通过理论分析、推导与认证,得到外力做功与物体动能变化的关系,体会科学探究的方法。
.
2、通过理论分析与认证的过程,使学生受到理性思维的训练。
三、情感态度与价值观:
1、通过实验探究,培养学生探究意识和实践能力。
2、经历讨论与交流,培养学生的语言表达能力和团结协作精神。
四、重点难点:
会用动能定理解决力学问题
熟练应用动能定理解决力学问题是本节课的重点。
五、教学方法:
练习、讨论
六、教具
多媒体设备
七、教学过程:
(一)复习提问,引入新课
步骤①确定研究对象——明确要对哪个物体使用动能定理
步骤②对研究对象进行受力分析和过程分析——明确哪些力能做功,正功还是负功;经历了一个怎样的运动过程,初末状态是怎样的。
步骤③求出合外力对物体所作的总功,明确写出初末状态的动能
步骤④根据动能定理列方程求解
(二)进行新课:
【例题1】某消防队员从一平台上跳下,下落2m后双脚触地,接着他用双腿弯曲的方法缓冲,使自身重心又降下0.5m,在着地过程中地面对它双脚的平均作用力为()
A.自身重力的8倍B.自身重力的10倍
C.自身重力的2倍D.自身重力的5倍
(先让学生自己做一做,然后老师再给予点拔)
解析:
由动能定理得,mg(h1+h2)-Fh2=0,解得,F=5mg。
故选项D正确。
【例题2】质量为m的小球用长度为L的轻绳系住,在竖直平面内做圆周运动,运动过程中小球受空气阻力作用.已知小球经过最低点时轻绳受的拉力为7mg,经过半周小球恰好能通过最高点,则此过程中小球克服空气阻力做的功为()
A.mgL/4B.mgL/3C.mgL/2D.mgL
解析:
由牛顿运动定律得,小球经过最低点时7mg-mg=mv12/L,小球恰好能通过最高点,则mg=mv22/L,由动能定理得,mv12/2-mv22/2=mg2L-Wf,解以上各式得,Wf=mgL/2,故选项C正确。
【例题3】如图所示,用细绳通过光滑的定滑轮用恒定的拉力F拉动光滑水平面上的物体,A、B、C是运动路线上的三点,且AB=BC,则物体在A、B、C三点速度关系为()
A.vB-vA=vC-vBB.vB-vA>vC-vBC.vB-vA<vC-vBD.vC=2vB
解析:
物块从A到B和从B到C,F做功分别为W1、W2,由动能定理得,W1=mvB2/2-mvA2/2,W2=mvC2/2-mvB2/2,由题意可得,W1>W2,即得vB2-vA2>vC2-vA2,即(vB-vA)(vB+vA)>(vC-vB)(vC+vB),因为(vB+vA)>(vC+vB),所以vB-vA>vC-vB故选项B正确。
(三)巩固练习:
1.在平直公路上,汽车由静止开始做匀加速运动,当速度达到vm后立即关闭发动机直到停止,v-t图象如图1—16—1所示.设汽车的牵引力为F,摩擦力为Ff,全过程中牵引力做功W1,克服摩擦力做功W2,则()
A.F∶Ff=1∶3B.F∶Ff=4∶1
C.W1∶W2=1∶1D.W1∶W2=1∶3
2.质量为m=2kg的物体,在水平面上以v1=6m/s的速度匀速向西运动,若有一个F=8N、
方向向北的恒力作用于物体,在t=2s内物体的动能增加了()
A.28JB.64JC.32JD.36J
3.如图所示,在倾角为30°的斜面上,沿水平方向抛出一小球,抛出时小球动能为6J,则小球落回斜面时的动能为_______J.
第七节动能定理与功能关系专题
一、知识与技能:
1.多过程运动中动能定理的应用;
2.变力做功过程中的能量分析;
3.复合场中带电粒子的运动的能量分析。
二、过程与方法:
1、通过探究外力对物体做功与物体动能的变体关系,经历探究的主要环节;通过实验设计、观察实验现象、记录和处理实验数据;通过分析、比较、归纳得出实验结果;通过理论分析、推导与认证,得到外力做功与物体动能变化的关系,体会科学探究的方法。
.
2、通过理论分析与认证的过程,使学生受到理性思维的训练。
三、情感态度与价值观:
1、通过实验探究,培养学生探究