《功》学案
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约5460字。
第二节 功
【知能准备】
1.一个物体受到力的作用,并在力的方向上发生了__________,这个力就对物体做了功(work)。_________是做功的两个不可缺少的因素。
2.功的计算公式W=_____________,即力对物体做的功,等于__________、____________、___________这三者之____________,功是一个______量,只有________,没有_________。国际单位是________(joule),符号是________。
3.当力F方向与位移l方向垂直时,力F__________;当力F方向与位移l方向夹角为锐角时,力F做_______;当力F方向与位移l方向夹角为钝角时,力F做_______。
4.求合外力做功可以先求合力,再用公式W合=_____________,也可以先求各个分力做的功,再用公式W合=_____________。
【同步导学】
1.功的计算
(1) 恒力的功,直接利用W=Flcosα来计算, 其中F应是恒力,l是力的作用点的位移,α是F和l方向之间的夹角,Fcosα是F在l方向上的分力,lcosα是l在F方向上的分位移。
例1 如图2-2-1所示,木块A放在木块B的左上端,用恒力F将A拉至B的右端.第一次将B固定在地面上,F做的功为 W1;第二次让B可以在光滑的地面上自由滑动,F做的功为W2.比较两次做功,应有( )
A. B.
C. D.无法比较.
点评:功的计算公式 中的位移l一般均是以地球为参考系
(2) 合外力的功:一是先求合外力,再求总功;二是分别求各个力的功,再求各个力对物体做功的代数和,即:W合=W1+ W2+ W3+……
例2 如图2-2-2所示,一个质量为m的木块,放在倾角为α的斜面体上,当斜面与木块保持相对静止沿水平方向向右匀速移动距离s的过程中,作用在木块上的各个力分别做功多少?合力的功是多少?
点评:可以看出,斜面对物体的弹力有的不做功、有的做功(如在本题中),关键在于物体在这个弹力的方向上是否有位移.不能简单的说斜面的弹力对物体不做功。本题合力做的功也可以先计算出合力,再求出合力的功 。
2.判断力是否做功及其正负的方法:
(1) 看力F与l夹角α——常用于恒力做功的情形。
例3 如图2-2-3所示,小物体位于光滑的斜面上,斜面位于光滑的水平地面上,从地面上看,在小物体沿斜面下滑的过程中,斜面对小物体的作用力( )
A、垂直于接触面,做功为零; B、垂直于接触面,做功不为零;
C、不垂直于接触面,做功为零; D、不垂直于接触面,做功不为零。
(2) 看力F与v方向夹角α——常用于曲线运动情形。
若α为锐角做正功,若α为直角则不做功,若α为钝角则做负功。
例4 下面列举的哪几种情况下所做的功是零( )
A.卫星做匀速圆周运动,地球引力对卫星做的功
B.平抛运动中,重力对物体做的功
C.举重运动员,扛着杠铃在头上的上方停留10s,运动员对杠铃做的功
D.木块在粗糙水平面上滑动,支持力对木块做的功
3.分析摩擦力做功
不论是静摩擦力,还是滑动摩擦力既可以对物体做正功,也可以对物体做负功,还可能不对物体做功。力做功是要看哪个力对哪个物体在哪个过程中做的功,而不是由力的性质来决定的。力做正功还是做负功要看这个力是动力还是阻力。摩擦力可以是动力也可以是阻力,也可能与位移方向垂直。
例5 质量为M的长木板放在光滑的水平面上(如图 2-2-4所示),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Lm,而木板前进Sm.若滑块与木板间动摩擦因数为μ,问:
(1)摩擦力对滑块所做功多大?
(2)摩擦力对木板所做功多大?
4.求变力的功
(1) 化变力为恒力:
① 分段计算功,然后用求和的方法求变力所做的功
例6 以一定的速度竖直向上抛出一小球,小球上升的最大速度为h,空气的阻力大小恒为F,则从抛出至落回出发点的过程中,空气阻力对小球做的功为( )
A.0 B.-Fh C.-2Fh D.-4Fh
点评:空气阻力、摩擦阻力是一种特殊的力,在计算这种力做功时,不可简单地套用功的计算公式 得出W=0的错误结论。从上面的正确结果可以看出:空气阻力做的功在数值上等于阻力与全过程小球路程的乘积。
② 用转换研究对象的方法
例7 如图2-2-6在光滑的水平面上,物块在恒力F=100N的作用下从A点运动到B点,不计滑轮的大小,不计绳与滑轮的质量及绳、滑轮间的摩擦,H=2.4 m,α=37°,β=53°,求绳的拉力对物体所做的功.
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