高中物理必修2《功》教案

  高中物理必修2《功》教案

  教学目标

  1、知识与技能

  (1)理解功的概念,知道力和物体在力的方向发生位移是做功的两个不可缺少的因素;

  (2)理解正功和负功的概念,知道在什么情况下力做正功或负功;

  (3)知道在国际单位制中,功的单位是焦耳(J),知道功是标量;

  (4)掌握合力做功的意义和总功的含义;

  (5)掌握公式W=Fs cosα的应用条件,并能进行有关计算。

  2、过程与方法:理解正负功的含义,并会解释生活实例。

  3、情感、态度与价值观:功与生活联系非常密切,通过探究功来探究生活实例。

  教学重难点

  教学重点

  重点使学生掌握功的计算公式,理解力对物体做功的两个要素;

  教学难点

  1.难点是物体在力的方向上的位移与物体运动方向的位移容易混淆,需要讲透、讲白;

  2.使学生认识负功的意义较困难,也是难点之一。

  教学过程

  一、功

  1.基本知识

  (1)功的定义

  一个物体受到力的作用,并在力的方向上发生了一段位移,我们就说这个力对物体做了功.

  (2)做功的因素

  ①力;②物体在力的方向上发生的位移.

  (3)功的公式

  ①力F与位移l同向时:W=Fl.

  ②力F与位移l有夹角α时:W=Flcos_α,其中F、l、cos α分别表示力的大小、位移的大小、力与位移夹角的余弦.

  ③各物理量的单位:F的单位是N,l的单位是m,W的单位是N·m,即J.

  (4)正功、负功

  (5)合力的功

  功是标量,当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各个力分别对物体所做功的代数和,也等于这几个力的合力对这个物体所做的功.

  2.思考判断

  (1)公式W=Fl中的l是物体运动的路程.(×)

  (2)力F1做功10 J,F2做功-15 J,力F1比F2做功少.(√)

  (3)力对物体不做功,说明物体位移一定为零.(×)

  探究交流

  一个人提着一水桶,在水平路面上匀速行走了一段路程,人对水桶是否做了功?

  【提示】 人提着水桶在水平路面上行走,人提桶的力对水桶不做功.因为人提水桶的力,沿竖直方向,而水桶在竖直方向上无位移.

  二、功及正功、负功的理解

  【问题导思】

  1.公式W=Flcos α中各符号的意义如何?

  2.功有正负,功是矢量吗?

  3.做功与做工相同吗?

  1.对公式W=Flcos α的理解

  (1)各符号的含义:F表示力的大小;l表示力的作用点相对于地面位移的大小,当力的作用点的位移与物体的位移相同时,也常常说是物体相对于地面的位移大小;α表示力和位移方向的夹角.

  (2)W=F·lcos α与W=Fcos α·l的理解

  公式可以表示为W=F·lcos α,表达的物理意义是功等于力与沿力F方向的位移的乘积;公式也可以表示为W=Fcos α·l,表达的物理意义是功等于沿位移方向的力与位移的乘积.

  2.对正功、负功的理解

  (1)功是标量:功是标量,只有量值,没有方向.功的正、负并不表示功的方向,而且也不是数量上的正与负.我们既不能说“正功与负功的方向相反”,也不能说“正功大于负功”,它们仅表示相反的做功效果.

  (2)正功、负功的物理意义:功的正负由力和位移之间的夹角决定,所以功的正负不表示方向,而只能说明做功的力对物体来说是动力还是阻力.

  (3)一个力对物体做负功,往往说成物体克服这个力做功.

  误区警示

  1.计算功时首先应明确要求的是哪一个力的功,物体所受的各个力做功时互不影响.

  2.物理学中的“做功”与日常生活中的“工作”含义不同.

  例:如图所示,平行于斜面向上的拉力F使质量为m的物体匀速地沿着长为L,倾角为α的斜面的一端向上运动到另一端,物体与斜面间的动摩擦因数为μ,分别求作用在物体上各力对物体所做的功.

  【审题指导】 审题时应注意以下条件

  (1)物体匀速运动,合力为零,且各力均为恒力.

  (2)求力的功时,要特别关注力和位移的夹角.

  【答案】 拉力做功mgL(sin α+μcos α),重力做功-mgLsin α,摩擦力做功-μmgLcos α,斜面弹力对物体不做功

  规律总结:力做正功还是负功的判断方法

  1.看力F与位移l的夹角α

  α<90°,力做正功;α>90°,力做负功;α=90°,力不做功.

  2.看力F与速度v的夹角α

  α<90°,力做正功;α>90°,力做负功;α=90°,力不做功.

  3.看速率增大还是减小,若在力作用下速率增大,此力做正功,反之做负功.

  三.摩擦力功的理解

  【问题导思】

  1.静摩擦力一定不做功吗?

  2.滑动摩擦力一定做负功吗?

  3.相互作用的一对静摩擦力的总功和一对滑动摩擦力的总功分别如何?

  我们知道运动的物体可以受滑动摩擦力或静摩擦力,静止的物体也可以受滑动摩擦力或静摩擦力.

  总结

  (1)当静止的物体受到滑动摩擦力或静摩擦力时,摩擦力对该物体不做功.

  (2)当运动的物体受到滑动摩擦力或静摩擦力时,摩擦力可能是阻力,也可能是动力.当摩擦力为动力时,摩擦力做正功;当摩擦力为阻力时,摩擦力做负功.

  (3)求摩擦力做的功时,对于静摩擦力,由于物体之间相对静止,两物体位移相同.因此一对静摩擦力做功的代数和为零.对于滑动摩擦力,由于物体之间有相对滑动,故两个物体的对地位移并不相同,因此两个相互作用的滑动摩擦力做功的总和不为零.

  例:质量为M的木板放在光滑的水平面上,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L,而木板前进l,如图所示.若滑块与木板间的动摩擦因数为μ,求摩擦力对滑块、对木板做功各为多少?摩擦力做的总功为多少?

  【审题指导】 解答此题应把握以下两点:

  (1)两物体所受摩擦力的方向.

  (2)求功时所用位移是指物体对水平面的位移.

  【答案】 -μmg(l+L) μmgl -μmgL

  四、总功及其求解思路

  【问题导思】

  1.什么是总功?

  2.总功的求法有哪些思路?

  3.上述思路常适用于哪些情况?

  由合力与分力的等效替代关系知,合力与分力做功也是可以等效替代的,因此计算总功的方法有两种:

  1.先求物体所受的合力,再根据公式W合=F合lcos α求合力的功.

  2.先根据W=Flcos α,求每个分力做的功W1、W2、W3、…、Wn,再根据W合=W1+W2+W3+…+Wn,求合力的功.即合力做的功等于各个分力做功的代数和.

  误区警示

  方法(1):仅适用于几个力同时作用于物体上,且它们均不发生变化的情况;

  方法(2):在任何情况下都适用,不管是几个力同时作用,还是作用时间有先后.

  例:如图所示,一个质量m=2 kg的物体,受到与水平方向成37°角斜向上方的力F=10 N作用,在水平地面上移动的距离l=2 m,物体与地面间的滑动摩擦力Ff=4.2 N,求外力对物体所做的总功.(cos 37°=0.8,sin 37°=0.6)

  【审题指导】 求解该题一般有如下两种思路:

  【答案】 7.6 J

  规律总结:灵活选择两种求合力功的方法

  1.如果物体处于平衡状态或在某一方向受力平衡,或者物体在某一方向上做匀变速直线运动

  (合力等于ma),先求合力再求功的方法更简捷.

  2.如果已知物体所受的力之中有的不做功,有的做功且方便求得该力的功(如重力功)时,选择W合=W1+W2+W3+…+Wn简单方便.

  例:如图所示,质量为m的物体静止在倾角为θ的斜面上,物体与斜面间的动摩擦因数为μ.现使斜面水平向左匀速移动距离l.该过程中,斜面对物体做的功、各力对物体做的总功分别是(  )

  A.-mglsin θcos θ,0

  B.0,0

  C.0,mglsin θcos θ

  D.-mglsin θcos θ,mglsin θcos θ

  【答案】 B

  五、变力功的求法

  例:如图所示,摆球质量为m,悬线的长为L,把悬线拉到水平位置后放手.设在摆球运动过程中空气阻力Ff的大小不变,求摆球从A运动到竖直位置B时,重力mg、绳的拉力FT、空气阻力Ff各做了多少功?

  【答案】 mgL;0;

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