高中物理必修二---追寻守恒量——能量 第2节 功

第1节 追寻守恒量——能量

第2节 功

1．理解能量、势能、动能、功的概念及其物理意义，理解功是能量转化的量度，

知道不同形式的能量之间可以相互转化．(难点)

2．知道正功、负功的概念，能利用功的一般公式进行计算． 3．理解总功的概念，会计算外力对物体所做的总功．(重点)

一、追寻守恒量

1．能量：伽利略实验表明：小球在运动过程中，“有某一量是守恒的”，这个量就是能量．

2．动能和势能

(1)动能：物体由于运动而具有的能量．

(2)势能：相互作用的物体凭借其位置而具有的能量． 二、功

1．定义：一个物体受到力的作用，并在力的方向上发生了一段位移，这个力就对物体做了功．

2．公式：W ＝Fl cos_α，其中F 、l 、α分别为力的大小、位移的大小和力与位移方向的夹角．

3．单位：焦耳，简称焦，符号是 J ． 三、正功和负功 1．功的正负

由功的公式W ＝Fl cos α知，当α取不同值时，可得下列几种情况： (1)当α＝π

2时，W ＝0，力F 不做功．

(2)当0≤α<π

2时，W >0，力F 对物体做正功．

(3)当π

2

<α≤π时，W <0，力F 对物体做负功．

2．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：

(1)各个分力分别对物体所做功的代数和．

(2)几个力的合力对物体所做的功．

判一判(1)物体做自由落体运动时，重力对物体一定做功．( )

(2)行星围绕太阳在圆轨道上运行时，引力对行星一定做功．( )

(3)汽车沿斜坡向上加速行驶时，牵引力对汽车一定做功．( )

(4)力F1做功10 J，力F2做功－20 J ，则F1比F2做功多．( )

(5)作用在同一物体上的两个力，一个做正功一个做负功，则二力一定反向．( )

(6)功有正负，说明功是矢量，因此总功是所有外力做功的矢量和．( )

提示：(1)√(2)×(3)√(4)×(5)×(6)×

做一做(2020·福建莆田期中)关于功，下列说法正确的是()

A．凡是发生了位移的物体，一定有力对它做功

B．凡是受力作用的物体，一定有力对它做功

C．凡是既受力又发生了位移的物体，一定有力对它做功

D．凡是物体在所受力的方向上发生了位移，这力一定对它做了功

提示：选D.若一个物体不受任何外力，做匀速直线运动，那么此物体有位移但没有力对它做功，故A错误；若一个物体静止放在桌上，它受重力和桌面的支持力的作用，由于没发生运动，无位移，重力和支持力显然没有做功，故B错误；若一个物体在光滑水平桌面上做匀速直线运动，它只受到重力和桌面的支持力作用，重力和支持力显然没有做功，但物体有位移，故C错误；力对物体做功的条件为有力和沿力的方向上发生位移，两个条件同时满足则力就对物体做功，故D正确．

想一想骑自行车下坡时高度越来越低，速度越来越大，这时人与自行车的重力势能和动能怎么变化？什么能向什么能转化？

提示：人与自行车的重力势能减小，动能增大；重力势能转化为动能．

对能量转化的理解

1．用伽利略理想斜面实验探究能量

(1)实验装置(如图所示)

(2)实验过程

让静止的小球沿一个斜面A滚下，小球将滚上另一个对接斜面B．

(3)实验现象

在没有空气阻力和摩擦力时(实际很小，可以忽略)，无论斜面B陡一些，还是缓一些，小球总能到达斜面B上与释放点等高的位置，即h A＝h B．

(4)实验结论

这一事实说明了小球在运动过程中“某个量是守恒的”．

2．对势能的理解

(1)两物体间存在相互作用力，物体才会有势能；

(2)势能是与两物体的相对位置有关的能量，所以又叫位能．

例如：地面附近的物体被提升到一定的高度而具有的能量叫做重力势能；拉伸、压缩的弹簧，拉开的弓具有的能量叫做弹性势能．

3．对动能的理解

(1)动能是一个状态量，动能的大小与运动方向无关，只与物体的质量和运动速度的大小有关．

例如：高速运动的炮弹具有很大的动能，可以穿透军舰厚厚的钢板进入舰体．

(2)动能是一个标量，只有正值．

(3)一切运动的物体都具有动能，大到天体，小到微观粒子，如运转的天体、绕原子核高速旋转的电子等具有动能．

4．势能和动能的相互转化

从伽利略的理想斜面实验可以看出，势能和动能可以相互转化．下降过程中小球速度越来越大，重力势能转化为动能；上升过程中小球速度逐渐减小，高度逐渐增大，动能又逐渐转化为重力势能．如果斜面是光滑的，且空气阻力忽略不计，小球总可以沿斜面B上升到原来的高度．这说明了势能和动能在相互转化过程中能量是守恒的．

命题视角1伽利略的理想斜面实验

伽利略创造的把实验、假设和逻辑推理相结合的科学方法，

有力地促进了人类科学认识的发展．利用如图所示的装置做如下实验：小

球从左侧斜面上的O点由静止释放后沿斜面向下运动，并沿右侧斜面上升．斜面上先后铺垫三种粗糙程度逐渐降低的材料时，小球沿右侧斜面上升到的最高位置依次为1、2、3．根据三次实验结果的对比，可以得到的最直接的结论是( )

A．如果斜面光滑，小球将上升到与O点等高的位置

B．如果小球不受力，它将一直保持匀速运动或静止状态

C．如果小球受到力的作用，它的运动状态将发生改变

D．小球受到的力一定时，质量越大，它的加速度越小

[思路点拨] 本题考查伽利略理想斜面实验及其相关知识点，意在考查考生分析解决问题