8.1-功和功率-课件(共48张ppt)

第1节功和功率学习目标一、功和功的公式1．功的定义一个物体受到力的作用，并在发生了一段，我们就说这个力对物体做了功．2．做功的因素(1)力；(2)物体在上发生的位移．力的方向上位移力的方向3．功的公式(1)力F与位移l同向时：W＝.(2)力F与位移l有夹角α时：W＝，其中F、l、cosα分别表示、、．(3)各物理量的单位：的单位是N，的单位是m，W的单位是，即.FlFlcosα力的大小位移的大小力与位移夹角的余弦FlN·mJ二、功率1．定义力对物体所做的与完成这些功所用的比值．2．定义式P＝.Wt功W时间t3．单位在国际单位制中，功率的单位是，简称瓦，用符号W表示．4．意义功率是标量，它是表示物体做功的物理量．瓦特快慢三、功率与速度1．功率与速度的关系式P＝(F与v方向相同)．2．推导功率定义式：P＝功的计算式：W＝位移：l＝vt―→P＝FvWtFlFv3．应用由功率速度关系式知，汽车、火车等交通工具和各种起重机械，当发动机的功率P一定时，牵引力F与速度v成，要增大牵引力，就要速度．反比减小4.功率两个公式的理解定义式P＝Wt计算式P＝Fv适用条件适用于任何情况下功率的计算适用于F与v同向的情况应用求某个过程中的平均功率．当时间t→0时，可由定义式求瞬时功率若v表示物体在时间t内的平均速度，则功率P表示力F在时间t内的平均功率；若v表示物体在某一时刻的瞬时速度，则功率P表示力F在该时刻的瞬时功率公式理解功率可以用P＝Wt来表示，但功率并不由W、t决定P一定时，F与v成反比；v一定时，F与P成正比；F一定时，v与P成正比相关性由公式W=Flcosα可以看出力对物体做功，只与F、l、α有关，与物体的运动状态及物体是否还受其他作用力等因素均无关同时性计算时应注意F与l必须具有同时性，即l必须是力F作用过程中物体发生的位移同一性同一客观运动，相对于不同的参考系，位移l是不同的，在中学物理中规定，计算功都以地面为参考系，即l应理解为“受力质点的对地位移”适用性明确公式W=Flcosα适用于计算恒力做功，若是变力做功，要视具体情况而定四、功的公式W=Flcosα的理解五、正功、负功、合力的功1．正功和负功α的取值W的取值含义α＝π2W＝0力F0≤α＜π2W0力F对物体做π2＜α≤πW0力F对物体做(或说成物体克服力F做功)＞＜负功正功不做功疑问释疑实例正功、负功方向相反？功是标量，但有正功、负功之分，功的正、负既不表示大小，也不表示方向，只表示两种相反的做功效果（1）-10J的功和+1J的功哪个大？答：-10J的功大于+1J的功。（2）-10J的功和+1J的功中“+”“-”的含义是什么？答：“+”表示动力对物体做功，“-”表示阻力对物体做功，“+”“-”与功的大小无关正功大于负功？功的正（+）、负（-），不表示大小，而表示做功的性质，即为动力功还是阻力功，与大小无关六、关于正、负功的两个疑问七、判断力做功正、负的方法1.根据力F和物体位移l方向的夹角α判断——常用于恒力做功的情形．2.根据力与物体瞬时速度方向的夹角θ判断——常用于曲线运动的情形．如图所示：①若夹角θ是锐角，力做正功．②若夹角θ是钝角，力做负功．③若夹角θ是直角，力不做功．八、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合＝F合lcosα求合力的功．(2)先根据W＝Flcosα，求每个分力做的功W1、W2…Wn，再根据W合＝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．122FF九、变力功求解1.图象法：如图所示，当力F和位移l的方向在一条直线上时，变力的功W可用F-l图线与l轴所包围的面积表示。l轴上方的面积表示力对物体做正功的多少，l轴下方的面积表示力对物体做负功的多少。2.平均值法：当力的方向不变，大小随位移按线性规律变化时，可先求出力对位移的平均值F=，再用W=Flcosα计算功，如弹簧弹力做功。3.变力功求解主要应用动能定理（后学习）。在图甲中，光滑水平地面上放着一辆平板车B，车上放一物体A。用力F拉动车上的物体A，B与A一起以相同的加速度前进，且A与B间无相对滑动，则静摩擦力f对A做负功，f的反作用力f′对B做正功（如图乙所示）。十、摩擦力的功1.静摩擦力做功又如放在匀速转动的圆盘上随同圆盘M一起转动的物体A，它所需的向心力由静摩擦力f提供，静摩擦力f的方向在任一时刻都与速度方向垂直，所以静摩擦力f不做功，如图所示。结论：静摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功。2.滑动摩擦力做功如图所示，光滑水平地面上放一木板A，其上放一物体B，物体B用细绳固定在竖直墙壁上。现用力F将A从B下面拉出，则B、A间的滑动摩擦力对B不做功，对A做负功。如图所示，水平传送带以速度v向右运动，把木块A轻放在传送带上，木块A相对传送带向左滑动（相对地面向右运动），木块A受滑动摩擦力向右，传送带对木块A的滑动摩擦力对木块做正功。结论：滑动摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功。十一、一对相互作用力做功的特点1.作用力与反作用力的特点：大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。作用力与反作用力作用在不同物体上。2.作用力、反作用力作用下的物体运动的特点：可能向相反方向运动，也可能向同一方向运动，也可能一个运动，而另一个静止，还可能两物体都静止。3.由W=Flcosα不难判断，作用力做的功与反作用力做的功，没有必然的关系，可能相等，也可能不等；可能同为正功或负功，也可能一正一负，还可能一个为零，另一个不为零。汽车在行驶的过程中，发动机的最大功率等于额定功率。P=Fv汽车功率汽车的牵引力汽车的瞬时速度汽车加速运动的情况有两种：1、以额定功率P额启动;2、在恒定的牵引力F作用下匀加速启动。十二、汽车的启动瞬时速度V↑牵引力F↓加速度a↓结论：在额定功率下，当汽车做匀速运动时，速度最大。fPvafFm额牵0以额定功率P额启动Ffam阻牵PFv额牵加速度a一定速度vv=at牵引力不变达到最大速度vm功率PPP额，继续匀加速PFvVFa保持P额继续加速达到P额时Ff以恒定的牵引力F启动2、当F=f时速度最大1、先匀加速再变加速最后匀速vt01vmv1ta2t0～t1阶段，机车匀加速Ffmav增大P增大t1时刻，机车达额定功率1mPvvfmat1～t2阶段，机车以额定功率继续加速，同情况1v增大，F减小，一直到a=0当汽车发动机的功率一定时，根据P=Fv知，牵引力与速度成反比，所以通过减小速度来增大牵引力，使汽车能顺利上坡。1、汽车上坡时，司机一般要“换挡”减小车速，使汽车以较小的速度爬坡，为什么呢？请用今天所学的知识加以解释。2、汽车上坡时，若不减小车速，司机应采取什么措施？为什么？加大油门，增大输出功率，来获得较大的牵引力。联系实际学以致用常考题型题1［多选］下列说法中正确的是（）A.功是矢量，正、负表示方向B.功是标量，正、负表示外力对物体做功还是物体克服外力做功C.功和能的单位都是焦耳，功和能可以相互转化D.力做功总是在某过程中完成的，所以功是一个过程量题组一对功的理解【解析】A错，B对：功有正、负之分，但功是标量，功的正、负表示动力做功还是阻力做功；C错：通过做功可以使一种形式的能转化为另一种形式的能，但不能说功转化为能或能转化为功；D对：力做功过程与时间或位移对应，所以功是一个过程量。BD【解题依据】（1）功是过程量，力做功时，必定跟一段时间或一段位移对应。（2）功是标量，功的正、负不表示功有方向，也不表示功的大小。正功和负功只表示力对物体的两种不同的作用效果。（3）功是能量转化的量度，力对物体做正功，物体能量增加；力对物体做负功，物体能量减少。题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.功的多少是由力的大小和物体在力的方向上的位移的大小确定的D题3［多选］如图7-2-1所示，质量为m的物体置于倾角为θ的斜面上，物体与斜面间的动摩擦因数为μ，在外力作用下，斜面体以加速度a沿水平方向向左做匀加速运动，运动中物体与斜面体相对静止。则关于物体，下列说法中正确的是（）A.支持力一定做正功B.重力一定不做功C.摩擦力可能不做功D.摩擦力一定做负功【解析】A、B对：由W=Flcosα可知，支持力方向垂直斜面向上，与位移方向的夹角小于90°，支持力一定做正功；重力与位移方向的夹角等于90°，重力一定不做功。C对，D错：摩擦力的大小、方向不确定，当加速度agtanθ时，摩擦力Ff沿斜面向上，摩擦力做负功；当加速度agtanθ时，摩擦力Ff沿斜面向下，摩擦力做正功；当加速度a=gtanθ时，摩擦力不存在，不做功。题组二是否做功及做功正负的判断ABC题4［2019•山东临沂高一期末］如图所示，用轻绳拴一物体，以加速度a向下做减速运动。关于物体所受力的做功情况，下列说法正确的是（）A.重力做正功，拉力做负功，合力做正功B.重力做正功，拉力做负功，合力做负功C.重力做正功，拉力做正功，合力做正功D.重力做负功，拉力做负功，合力做负功B【注意】（1）公式W=Flcosα只适用于计算恒力的功。（2）公式中的W、F、l各量具有同时性、对应性，l是物体相对地面的位移，力对哪个物体做功，l就是哪个物体的对地位移。题组三恒力的功、合力的功题5［2019·石家庄高一检测］静止在水平地面上的物体，同时受到水平面内两个互相垂直的力F1、F2的作用，由静止开始运动了2m，已知F1=6N，F2=8N，则（）A.F1做功12JB.F2做功16JC.F1、F2合力做功为28JD.F1、F2合力做功为20J【解析】A、B错：物体由静止沿F1、F2的合力方向运动，位移为2m，因为位移的方向应与合力的方向一致，由平行四边形定则知，合力与F1夹角为53°，所以WF1=F1lcos53°=7.2J，WF2=F2lcos37°=12.8J。C错，D对：F1、F2的合力F合=2212FF=10N，W总=F合l=20J，或W总=WF1+WF2=7.2J+12.8J=20J。D题6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6kg的物体上，物体沿水平地面匀速前进了8m，g取10m/s2，下列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400JB.摩擦力对物体做功为200JC.重力做功为480JD.合力做功为0解析：WF=Flcos60°=200JWf=-fl=-Fcos60°·l=-200JWG=0W合=WF+Wf+WG=0D合力的功（总功）的求法方法一：先求各力的合力，然后计算合力所做的功，该方法适用于合力不变的情况，各力作用于同一过程。方法二：先分别计算每个力做的功，再求各力做功的代数和，该方法应用范围更广，适用于多过程。用此法时注意判断各个力做功的正、负，求和时不能丢掉正负号。题7［2019·河南周口中英文学校高一检测］用水平恒力F作用于质量为m的物体，使之在光滑的水平面上沿力的方向移动距离l，恒力F做功为W1；再用该恒力作用在质量为2m的物体上，使之在粗糙的水平面上移动同样的距离l，恒力F做功为W2。则两次恒力做功的关系是（）A.W1W2B.W1W2C.W1=W2D.无法判断提示：根据W=Flcosα可知，两种情况下F、l、α均相同，故W相同。易误警示：此题容易受摩擦力做功的干扰，错误地认为有摩擦力时做的功多。C题组四变力做功题8用铁锤将一铁钉击入墙壁，设墙壁对铁钉的阻力与铁钉进入墙壁内的深度成正比。在铁锤第一次击打铁钉时，能把铁钉击入墙壁内1cm。问铁锤第二次击打铁钉时，能将铁钉击入的深度为多少？（设铁锤每次做功相等）【解】解法一（平均力法）：铁锤每次做的功都用来克服摩擦阻力，但摩擦阻力不是恒力，其大小与铁钉进入墙壁的深度成正比，即F=kx，而摩擦阻力可用平均阻力来代替。如图所示，第一次铁钉进入墙壁的深