资料简介
如果想要知道运动员在举起杠铃的过程中消耗的能量,该怎样测量呢?
举起杠铃过程中,什么力对杠铃做功?能量怎样变化?箭射出时,什么力对箭做功?能量怎样变化?搓手时,什么力对手做功?能量怎样转化?
做功与能量的变化功和能是两个密切联系的物理量,即如果物体在力的作用下能量发生了变化,这个力一定对物体做了功。
如果物体受到力的作用,并在力的方向上发生了一段位移,这个力就对物体做了功。做功的两个要素:(1)力;(2)物体在力的方向上发生的位移。一、功的概念
思考与讨论如果起重机提着货物静止不动,拉力对货物是否做功了?如果提着货物使货物沿水平方向做匀速运动,拉力是否做功了?
二、功的计算在光滑的水平地面上,物体M在水平力F的作用下发生了一段位移x。问题1、物体受力情况和各力的做功情况如何?问题2、力F做了多少功?xFFM
xFFαFαFα分析:根据力的等效性原理,可以把计算F做功的问题转化为分别求F1和F2做功的问题W1=F1x=FCOSαxW2=0∵W=W1+W2∴W=FxCOSαF2F1问题3:当拉力与水平方向的夹角为α时,物体沿水平方向的位移为x,此时拉力F做的功应该是多少呢?
力对物体所做的功,等于力的大小、位移的大小、力和位移的夹角的余弦这三者的乘积。FFF1F2F1F2ααx功的一般计算公式
一个质量为150kg的物体,受到与水平方向成α=37°角的斜向右上方的拉力F=500N的作用,在水平地面上向右移动的距离为x=5m,物体与地面间的滑动摩擦力f=100N,求拉力F做的功?F37°fv功的国际制单位:焦耳(J)
对功的公式的理解1.公式只能用于求恒力的功,如果力是变力,无论力的大小变化,还是力的方向变化,都不能直接用该公式求解;2.一个力对物体做的功与物体受的其它力无关3.功与物体受力后通过这段位移做什么运动无关4.公式中的力和位移具有同时性
一个质量为150kg的物体,受到与水平方向成α=37°角的斜向右上方的拉力F=500N的作用,在水平地面上移动的距离为x=5m,物体与地面间的滑动摩擦力f=100N,求拉力F和滑动摩擦力f做的功?F37°fv
问题4:矢量的正、负表示的是方向。功的正、负表示什么意思呢?
现在我们讨论一下一个力做功时可能出现的各种情形。三、正功和负功公式中的F和x分别指“力的大小”和“位移的大小”,即公式中F和x恒取正值。可见W的正负取决于cosα的正负,也就是α的大小。
情形(一)(1)当α=π/2时,cosα=0,W=0。这表示力F的方向跟位移x的方向垂直,力F不做功。FNGvα如小球在水平桌面上运动时,重力G和支持力FN都跟位移方向垂直。
情形(二)(2)当α<π/2时,cosα>0,W>0。这表示力F对物体做正功.xαFv如人用力拉车前进时,人的拉力F对车做正功。力F对物体产生位移有一定的贡献(动力做功)
xαF情形(三)(3)当π/2<α≤π时,cosα<0,W<0。这表示力F对物体做负功.α如推着小车跑动的人,到达目的地减速时,人向后拉车的力F对车做负功.F对物体产生位移起着阻碍的作用(阻力做功)
某力对物体做负功,往往说成“物体克服某力做功”(取绝对值)。这两种说法的意义是等同的。例如,竖直向上抛出的球,在向上运动的过程中,重力对球做负功,可以说成“球克服重力做功”。例:某一物体以一定初速度在粗糙水平面做匀减速直线运动,若阻力做-20J功,也可以说成物体克服阻力做了20J功。
在日常生活中,一个物体往往是在几个力的共同作用下发生一段位移,那么如何计算这几个力对物体所做的总功。思考与讨论F阻GF拉FN四、合力的功
一个质量为150kg的物体,受到与水平方向成α=37°角的斜向右上方的拉力F=500N的作用,在水平地面上移动的距离为l=5m,物体与地面间的滑动摩擦力f=100N,(1)求拉力F和滑动摩擦力f做的功?(2)物体所受的合外力以及合外力做的功?(3)合力的功与各分力的功之间有怎样的数量关系?F37°fv
受力分析F37°fFNGFyFxv
解:小车所受到的合力为:F合=Fx―f=Fcos37°–f=300NF37°fFNGFyFxv外力对小车所做的总功为:W=F合xcos0°=(Fcos37°–f)cos0°=1500J
注意功是标量,但有正负。功的正负只表示力做功的效果,既不表示方向,也不表示大小。即:表示是动力或阻力做功。思考:求解几个力对物体所做的总功有哪些方法?思考:比较-8J的功与5J的功大小?①求出各个力所做的功,则总功等于各个力所做功的代数和.②求出各个力的合力,则总功等于合力所做的功.
归纳总结一、做功的因素:力和物体在力的方向上发生的位移。二、功的公式:W=Fxcosα力对物体所做的功,等于力的大小、位移的大小、力和位移的夹角的余弦这三者的乘积。三、功的国际单位:焦耳。功是标量四、功的正、负。五、总功的求法:(1)求出各个力所做的功,则总功等于各个力所做功的代数和。(2)先求出各个力的合力,则总功等于合力所做的功。
例题:质量为50kg的滑雪运动员沿倾角为37°的斜坡滑下,已知斜坡表面与滑雪运动员的滑雪板之间的动摩擦因数为0.05,试求:运动员在下滑5m的过程中,运动员所受的重力、支持力和摩擦力对运动员做的功以及运动所受合力所做的功
例2、如图,质量为m的物体静止于倾角为θ的斜面体上,当斜面受力后,物体随斜面一起沿水平面匀速移动距离x,在这过程中物体所受各力对物体做的功分别是多少?合外力做的功是多少?
FαFαxx2x1将位移沿力的方向和垂直于力的方向分解,分别为x1和x2。此时力F做的功W=Fx1。因为x1=xcosα,所以,W=Fxcosα
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