高中物理研究功与功率知识探讨 沪科版 必修2

高中物理研究功与功率知识探讨 沪科版 必修2

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1、研究功与功率-知识探讨合作与讨论1.在初中物理中我们已经学过,如果施力于某物体,并使该物体在力的方向上移动一段距离,我们就说这个力对这个物体做了功.那么,请你分析一下下列实例中的做功情况:(1)有一个小朋友用力推大楼的墙体,累得气喘吁吁、满身大汗,那么他对墙做功了吗?(2)举重运动员在举起杠铃的过程中,运动员对杠铃做功了吗?(3)如下图所示,是过去农村耕地的时候耕牛拉犁的情景,从图中可以看出牛施加给犁的拉力是斜向上的,那么耕地的过程中,耕牛对耕犁做功了吗?2.力在对物体做功的过程中,我们根据力充当的是物体运动的动力还是阻力,把功分为正功和负功,那么,

2、你能分析出下列实例中哪些力对物体做正功,哪些力做负功吗?起重机的钢绳上挂着重物,在以下几种情况中,钢绳的拉力和重物所受的重力对物体做功吗?如果做了功,做的是正功还是负功?(1)当起重机竖直向上吊起重物时.(2)当重物静止时.(3)当起重机沿水平方向移动重物时.3.如果物体受到的力与物体的位移不在同一条直线上时,我们计算力对物体做的功时,需要根据公式W=Fscosα来计算,那么式中的α指的是哪个夹角呢?(1)如图,一个小朋友用斜向上的拉力F拉着玩具小车沿平直的路面前进了s,在这个过程中小孩对车做功吗?他做的是正功还是负功呢?我们如何来计算这个功呢?(2

3、)如图为耕牛耕地的情景,如果耕牛对耕犁的拉力为F,在耕犁前进s的过程中,耕牛对耕犁做的功为多大?4.我们根据功的计算式W=Fscosα,只能计算恒力对物体做的功,那么如果是变力对物体做功,我们应该怎样来求呢?如果几个力同时对物体做功,我们如何求它们的总功呢?公式W=Fscosα是功的定义式,只能求解恒力对物体做的功,要计算变力对物体做的功,我们可以:①根据功的定义,从F-s图象上,由F-s函数图象和坐标轴围成的面积计算得到.②依据动能定理计算.在计算总功时,要注意功是标量,计算的方式主要有两种:①先由平行四边形定则求得物体所受的合外力,然后求解合外力

4、做的功.②分别求出作用在物体上的各个力对物体做的功,然后求出各个功的代数和.5.在研究力对物体做功的过程中,我们不仅关心做功的多少,还十分关注做功的快慢,那么我们如何比较力对物体做功的快慢呢?显然要比较做功的快慢,就是看在相同时间内谁做的功多,或做相同的功谁用的时间少.我们用力在单位时间内对物体所做的功来比较做功的快慢,即功率.(1)用挖土机来挖土,与人工挖土相比较,在同样的时间里,挖土机做的功比人工多得多,那么人工与挖土机比较哪一个功率大?(2)在下图中,马车、小汽车、卡车、摩托车在公路上行驶,它们的功率相同吗?(3)请说出你见过的三种机器铭牌上的

5、功率.6.根据功率的定义式P=计算力对物体做功的功率时,需要根据力在一段时间内对物体做的功与所需时间的比值,它对应一段时间,求出的是力对物体做功的平均功率.但是,有些力在对物体做功时,其功率是在不断变化的,那么我们如何求解力对物体做功的瞬时功率呢?由功率的定义式和功的定义式W=Fscosα可以推导出功的另一个计算式P=Fv,应用它可以求解力对物体做功的瞬时功率,并且还能解决许多实际问题呢!(1)汽车在行驶的过程中,如果遇到爬坡或者是泥泞路面,就会通过换挡的方式来降低车速,你能分析一下是为什么吗?(2)发动机铭牌上标注的额定功率相同的拖拉机和汽车,在平

6、直的公路上行驶时,汽车的速度比拖拉机快得多,可是拖拉机的“力气”却比汽车大,能够拉动更多的货物,爬坡能力也更强,你能解释一下吗?(3)F1是世界上最昂贵、速度最快的运动,这项运动已于今年9月成功引进我国.F1赛车发动机的功率约为175kW,而体积比它大得多的公共汽车的发动机功率约为150kW,你能不能解释一下这是为什么?(4)如图所示为飞机投弹的示意图,炸弹离开飞机以后,它将做什么运动呢?设炸弹的质量为m,那么炸弹在落地前的时间t内,重力的平均功率为多大?在t时刻重力的瞬时功率为多大呢?我的思路:1.(1)力对物体做功的条件是:对物体施加力,并且物体

7、在力的方向上有位移,小朋友虽然对墙体施加了力,但是墙体并没有发生移动,所以他并不做功.(2)运动员举起杠铃的过程,对杠铃施加了向上的力的作用,并且杠铃也发生了向上的位移,所以运动员对杠铃做功.(3)耕牛拉动耕犁移动,牛拉耕犁的力虽然与耕犁的位移不共线,但是耕犁的位移在力的方向上有投影,即在力的方向上有位移,所以耕牛对耕犁做功.2.力对物体做功的正负取决于力与位移方向的夹角,如果力与位移的夹角为锐角,则力对物体做正功;如果力与位移的夹角为直角,则力对物体做功为零;如果力与位移的夹角为钝角,则力对物体做负功.据此分析,当货物竖直被吊起时,绳的拉力对物体做

8、正功,重力对物体做负功;重物静止时,拉力和重力均不做功;重物水平移动时,虽然有位移,但是位移与绳的拉力和重力

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