第四章机械能与能源.doc

第四章 机械能与能源 本章概览 能量和能源是当今世界的热门话题，能源短缺成为制约经济发展的主要因素之一。人类解决能源问题不外乎两个方面，一是加紧研究石油、煤炭等的替代品，即研究新的能源。二是提高现有能源的利用效率，节约能源。本章将学习能量和能源的基本知识。在初中的基础上进一步深入学习功和功率、动能和势能、机械能守恒等。知识结构如下。 　 第一节 功 名师导航 重点与剖析 1、功一个物体受到力的作用并且在力的方向上发生一段位移，我们就说这个力对物体做了功。在力的方向位移。如果作用力是恒力，该力所做的功可表述为:W＝Fcosθ ① 式中表示F与s之间的夹角S是物体的总位移的大小，计算时F、S都取绝对值。 （2）如果作用力是力，该力所做的功合外力做功时，可先求出几个力的合力，再根据公式W总＝F合Scos，表示F合与之间的夹角可先求出个外力做的功，再求代数和。在国际单位制中，功的单位是焦耳，简称焦。1J＝1×1m＝1·m 4、功是标量正功和负功在功的计算式W＝Fscosα中若90°，W为正，力对物体做正功。该力常称为动力若90°，W为负，力对物体做负功，或者说物体克服阻力做功若＝90°，W＝0，力对物体不做功。 由于位移与参照系的选取有关，所以功也与参照系有关。计算功时取静止的物体做参照物，通常以地面参照。 力对物体做功的过程，就是能量从一种形式转化为另一形式的过程。从这个意义上说：功是能量转换的量度 问题1 你能说明“做功”和“做工”的区别吗？ 探究思路 要学会分析“科学概念”和“日常用语”的区别。“做工”作为日常用语指的是付出了劳动，具有广泛的意义，而“做功”则是严格的科学术语。 问题2 一个小球在粗糙水平面上沿圆周运动一圈，总的位移是零，水平面对小球的摩擦力做功也是零吗？ 探究思路 把圆周分成许多个小段，每一小段上，摩擦力和位移方向近似相反，做的功可近似按恒力做功来计算，所有小段上做功之和即为整个圆周上摩擦力做的功。 问题3 请你总结，一个力做的功与哪些因素有关？如果物体受到的力始终不做功，那物体会做什么样的运动？ 探究思路 一个力做的功取决于力的大小、物体位移的大小、力和位移的夹角三个因素。但是实际情况中，要分清楚是只有其中一个因素变化还是两个因素变化，甚至是三个因素都在变化。 如果物体受到的力始终不做功，意味着这个力总是与物体的瞬时速度垂直。请思考圆周运动是否有这个特点？ 问题4 公式W＝Fcosθ中的s是不是力F方向上的位移？ 探究思路 如果力和位移不在同一条直线上，有两条思路求力做的功。一是分解力，二是分解位移（分解运动）。前者沿位移的方向和垂直位移的方向分解力，后者是沿力的方向和垂直与力的分解位移。 问题5 一对作用力和反作用做的功一定大小相等吗？是否其中一个力做正功，另一个力做的就是负功？ 探究思路 要全面考虑影响一个力做功的因素，举一些具体的例子说明。比如，物体在地面上滑动时，地面和物体间的摩擦力做功的情况。 典题与精析 例题1 用水平恒力F作用于质量为M的物体上，使之在光滑的水平面上沿力的方向移动距离S，恒力做功为W1，再用该恒力作用于质量为m(mM)的物体上，使之在粗糙的水平面上移动S，恒力做功为W2，则两次恒力做功的关系是： A．W1W2 B. W1W2 C. W1=W2 D. 无法判断 精析：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。 答案：选C。 绿色通道：该题中，两种情况下物体的运动情况不同，很容易把这个不同迁移到功的计算中，得到做功也不同的错误结论。 例题2 一个质量m=2kg的物体，受到与水平方向成37°角斜向上方的拉力F=10N，在水平地面上移动的距离s=2m。物体与地面间的滑动摩擦力f=4.2N。求（1）各个力对物体所做的功。（2）合外力对物体所做的功。（3）各力对物体所做的功的代数和。解：（1）物体的受力如图所示　　WF=FSCos37°=10×2×0.8 =16（J） 　　Wf=fScos180°　　=4.2×2×(-1)　　=-8.4J） 　　WG=0　　WN=0J（2）物体所受合外力为　　F=Fcos37°-f=10×0.8-4.2=3.8（N） 　合外力所做的功为　　W合= FSCos0°=3.8×2×1=7.6（J） （3）物体所受的各个力所做功的代数和为　　 W合=WF+Wf+WG+WN=16+（-8.4）+0+0=7.6J） 绿色通道：由此可见，解决功的问题同样要先画示意图、做受力分析、列必要的方程。 A．力F对物体做的功相同，合力对物体