2020版高中物理 第七章 机械能守恒定律 1 追寻守恒量——能量 2 功课件 新人教版必修2

第七章机械能守恒定律1.追寻守恒量——能量2.功1.伽利略的实验探究:如图所示。过程让小球从斜面A上滚落,它会继续滚上斜面B现象无论斜面B比斜面A陡些或坡一些,小球的速度最后总会在斜面上的某点变为0,这一点距斜面底端的高度与它出发时的高度_____结论这一事实说明某个量是_____的,在物理学中我们把这个量叫作能量或能相同守恒2.能量概念:(1)动能:物体由于_____而具有的能量。(2)势能:相互作用的物体凭借其_____而具有的能量。(3)能的转化:在伽利略的理想斜面实验中,小球的_____和_____可相互转化。运动位置势能动能3.功的概念和公式:任务驱动举重运动员将杠铃举起并举着杠铃在头顶上方停留3s,在两个过程中运动员对杠铃做功吗?提示:运动员举起杠铃的过程中做功,举着杠铃在头顶上方停留3s不做功。概念物体受到力的作用,并在_________上发生了位移,这个力就对物体做了功必要因素(1)力(2)物体在力的方向上发生了_____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=________符号含义F、l、α分别表示力的大小、位移的大小、_________的夹角符号单位功的单位是牛·米,即_____,符号__力的方向位移FlFlcosα力与位移焦耳J4.正功和负功:任务驱动功是标量且有正负,功的正负表示大小吗?提示:功的正负不表示大小。(1)当α=时,cosα=0,W__0。这表示当力F的方向与位移l的方向垂直时,力F_______。(2)当α时,cosα0,W0。这表示力F对物体做_____。(3)当α≤π时,cosα0,W0。这表示力F对物体做_____。往往说成“物体_____力F做功”。=不做功正功负功克服2225.总功:当一个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,等于各个力分别对物体所做功的_______,可以证明,它也就是这几个力的_____对物体所做的功。代数和合力主题一追寻守恒量——能量【问题探究】探究点“守恒量”的寻找如图所示,在没有空气阻力和摩擦力时(实际很小),从斜面A上由静止释放小球,会发现无论θ角怎样变化,小球最后总能到达斜面B上与释放点等高的位置。根据图所示情境分析什么是守恒量。提示:通过小球从斜面A滚上斜面B的多次重复性实验,看到了“小球最后总能到达斜面B上与释放点等高的位置”的现象,分析这个现象得出“有一个量是守恒的”这一结论,从而确定这个守恒量的名字叫能量。【探究总结】1.“守恒量”是自然界在变化过程中隐藏于现象中的一个反映其本质的物理量。2.能量守恒是自然界最普遍、最基本的定律之一。3.不同形式的能量之间可以相互转化,转化过程中能的总量保持不变。【典例示范】(多选)(2019·大同高一检测)在下列事例中,哪些属于动能和势能相互转化而动能和势能的总和是保持不变的()A.游乐园中的海盗船,如果没有摩擦和空气阻力,船在摇摆过程中的运动B.在不计空气阻力的情况下,将一个小球竖直上抛,小球从抛出点到落回抛出点的运动过程C.物体以一定的速度沿粗糙的固定斜面上滑而达到一定的高度D.自行车从斜坡顶端由静止滑下【解析】选A、B。在没有摩擦和空气阻力的条件下,海盗船在摆动时势能和动能相互转化,每次摇摆都能达到相同的高度,总能量保持不变;在不计空气阻力的情况下,小球竖直上抛的运动是动能转变为势能、势能又转变为动能的过程,总能量保持不变;物体沿粗糙斜面运动和自行车沿斜坡下滑,是动能和势能相互转化,但动能和势能的总和减小,因为存在摩擦,物体会消耗一部分机械能。故选A、B。【探究训练】1.(多选)关于伽利略的斜面实验,下列描述正确的是()A.伽利略斜面实验对于任意斜面都适用,都可以使小球在另一个斜面上上升到同样的高度B.只有斜面光滑时,才有可能重复伽利略实验C.在伽利略斜面实验中,只有斜面“坡度”较缓才有可能使小球上升到同样高度D.设想在伽利略斜面实验中,若斜面光滑,并且使斜面变成水平,则可以使小球沿平面运动到无穷远处【解题指南】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。【解析】选B、D。在伽利略斜面实验中,必须是阻力不计(斜面光滑)时,小球才能在另一个斜面上上升到相同高度,而不管另一个斜面的倾角多大,所以,A、C项错,B项正确;当斜面的倾角减小到接近0°时,小球仍欲在斜面上上升到同样高度,所以D项中的设想是合理的。2.(2019·南通高一检测)伽利略的斜面实验反映了一个重要的事实:如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略,小球必将准确地终止于同它开始点相同高度的点,决不会更高一点,也不会更低一点。这说明,小球在运动过程中有一个“东西”是不变的,这个“东西”应是()A.弹力B.势能C.速度D.能量【解析】选D。在伽利略的斜面实验中,小球从一个斜面滚到另一个斜面,斜面弹力是不同的,势能先减小后增大,速度先增大后减小,所以A、B、C错,不变的“东西”应是能量,包括动能和势能,D对。【补偿训练】1.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,我们把这一事实说成是“某个量守恒”,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【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。2.打夯时,夯锤高高举起又落下,砸在工作面上,如图所示。请你说说打夯的过程中发生了哪些能量的转化。【解析】人把夯锤抬高,消耗体内的化学能使夯锤具有重力势能,下落时夯锤的速度越来越大,重力势能转化为动能,落地时动能又转化为内能等其他形式的能。答案:见解析主题二功的理解【问题探究】探究点1力对物体是否做功的判断观察图,分析图中的每个人都对物体做功了吗?提示:陈川拉重物上升的过程,陈川对重物做了功,其他三人都没有做功。探究点2力对物体做功的计算如图所示,犁子运动方向与拖拉机的拉力不在同一条直线上,犁子在力F(与水平方向夹角为α)的作用下前进了l,则力F对犁子做的功如何表示?提示:方法一:将力F沿着位移方向和垂直于位移方向进行分解,如图所示,得到两个分力F1和F2,其中F1=Fcosα,F2=Fsinα,力F做的功为W=F1l=Flcosα。方法二:将位移l沿着力F方向和垂直于力F方向进行分解,如图所示,得到两个分位移l1和l2,其中l1=lcosα,l2=lsinα,力F做的功为W=Fl1=Flcosα。探究点3力做功正负的判断如图所示,人推木箱前进时,推力和摩擦力对木箱有没有做功?如果做功,分别做的是正功还是负功?提示:做功了。推力的方向与木箱的运动方向一致,做正功;摩擦力的方向与木箱的运动方向相反,做负功。【探究总结】1.力对物体做功W=Flcosα,W只与F、l、α有关,与物体的运动状态无关。2.正功、负功的物理意义:动力学角度能量角度正功表示这个力对物体来说是动力力对物体做正功,使物体获得能量负功表示这个力是阻力,对物体的运动起阻碍作用物体克服外力做功,使物体失去能量3.正功与负功及不做功的判定:(1)根据力F与位移l的夹角α:①0°≤α90°,力做正功;②90°α≤180°,力做负功;③α=90°,力不做功。(2)根据力F与速度v的夹角θ:①0°≤θ90°,力做正功;②90°θ≤180°,力做负功;③θ=90°,力不做功。(3)根据速率增大还是减小,若在力作用下速率增大,此力做正功,反之做负功。【典例示范】(2019·郑州高一检测)如图所示,水平面光滑,B物体在拉力F的作用下向右运动,在运动的过程中,A、B间有相互作用的摩擦力,则摩擦力做功的情况是()A.A、B都克服摩擦力做功B.摩擦力对A不做功,B克服摩擦力做功C.摩擦力对A做正功,B克服摩擦力做功D.摩擦力对A、B都不做功【解题指南】(1)确定A、B所受摩擦力的方向:A受向右的摩擦力,B受向左的摩擦力。(2)确定A、B的运动情况:A静止不动,B向右运动。【解析】选B。运动过程中,A受到向右的摩擦力,但A的位移为零,所以摩擦力对A做功为零。B受到向左的摩擦力,B的位移向右,所以摩擦力对B做负功,即B克服摩擦力做功。选项B正确。【探究训练】1.(2018·山东学业水平考试)某同学为配合值日生打扫地面,将凳子向上搬起后再缓慢放回原处,此过程中该同学对凳子做功的情况是()A.一直做正功B.先做正功,再做负功C.一直做负功D.先做负功,再做正功【解析】选B。将凳子向上搬起,该同学对凳子的作用力方向向上,与位移的方向一致,对凳子做正功,再缓慢放回原处的过程中,对凳子的作用力方向向上,与位移的方向相反,对凳子做负功,故B正确。2.(2019·中山高一检测)如图所示,质量为m的物体静止在倾角为θ的斜面上,物体与斜面的动摩擦因数为μ,现使斜面沿水平方向向右匀速移动距离l。求:(1)摩擦力对物体所做的功。(2)斜面弹力对物体所做的功。(3)重力对物体所做的功。【解析】由于物体做匀速运动,受力分析如图所示,根据平衡条件有F1=mgcosθF2=mgsinθ由W=Flcosα得(1)W1=F2lcosθ=mglsinθcosθ,(2)W2=F1lcos(90°+θ)=-mglsinθcosθ,(3)W3=mglcos90°=0。答案:(1)mglsinθcosθ(2)-mglsinθcosθ(3)0【补偿训练】1.(2019·六安高一检测)如图,拖着旧橡胶轮胎跑是身体耐力训练的一种有效方法。如果某受训者拖着轮胎在水平直道上跑了100m,那么下列说法正确的是()A.摩擦力对轮胎做了负功B.重力对轮胎做了正功C.拉力对轮胎不做功D.支持力对轮胎做了正功【解析】选A。摩擦力方向与轮胎位移方向相反,摩擦力做负功,A项正确。重力和支持力的方向与轮胎位移方向垂直,不做功,B、D项错误。拉力方向与轮胎位移方向成锐角,做正功,C错误。2.如图所示,力F大小相等,物体沿水平面运动的位移l也相同,下列哪种情况力F做功最少()【解析】选D。由W=Flcosα知,力F做功的多少与接触面的粗糙程度无关,由于F、l相同,则cosα越小做功越少,D中cosα最小,所以D中力F做功最少,故D正确。3.(多选)质量为2kg的物体,放在动摩擦因数μ=0.1的水平面上,在水平拉力的作用下,由静止开始运动,水平拉力做的功W和物体发生的位移s之间的关系如图所示,则()A.此物体在AB段做匀加速直线运动B.此物体在AB段做匀速直线运动C.此物体在OA段做匀加速直线运动D.此物体在OA段做匀速直线运动【解析】选B、C。物体在水平面上运动,水平拉力与物体运动方向相同,物体受到的滑动摩擦力大小f=μmg=2N,物体在OA段受到的水平拉力大小等于F1=5N,可见,水平拉力大于摩擦力,则物体在OA段做匀加速直线运动。物体在AB段受到的水平拉力大小等于F2==2N,水平拉力等于摩擦力,则物体在AB段做匀速直线运动,故B、C正确。11W15Ns322W2715Ns6主题三总功及变力做功的计算【问题探究】一个质量为m的物体受到多个力的作用,在水平面上发生了l的位移。(1)如何求外力对物体所做的总功?提示:求多个力对物体所做的总功,通常有两种方法。①先求出各力对物体所做的功W1、W2、W3…再求出代数和,即W=W1+W2+W3+…②先求出物体所受的合外力F合,根据合外力F合、位移l及F合与l之间的夹角α计算总功,即:W=F合lcosα。(2)总功是否一定比物体所受的每一个力做的功都大?提示:不一定。因为总功等于各个力做功的代数和,这个代数和可能比分力做的功还要小。(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Ff。思考如何求从抛出点至落回到原出发点的过程中,空气阻力对小球做的功?做的功是多少?提示:小球上升过程中,所受空气阻力Ff方向竖直向下,而在下落过程中,所受空气阻力Ff方向竖直向上,所以整个过程中空