高中物理 4、1 功１教案粤教版必修2

用心 爱心 专心 粤教版高中物理必修粤教版高中物理必修 2 第四章第四章 机械能与能源整章教案机械能与能源整章教案 第一节第一节 功功 本章概览本章概览 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 功 功率 P Fv P W t 能的转化和守恒定律 能源危机 节约能源 开发利用新能源 能量 机械能 动能 2 k mv 2 1 E 重力势能 mghEG 势能 弹性势能 机械能守恒定律 用心 爱心 专心 第一节第一节 功功 名师导航 重点与剖析 1 功的定义 功的定义 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 功是力和在力的方向发生的位移的乘积 2 计算 计算 1 如果作用力是恒力 该力所做的功可表述为 W FScos 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 如果作用力是变力 则该力所做的功一般要用功和能量的关系来求 3 求合外力做功时 可先求出几个力的合力 再根据公式 W总 F合Scos 表示 F合与物体的总位移 S 之间的夹角 也可分别先求出每个外力做的功 再求这些功的代数和 3 在国际单位制中 功的单位是焦耳 简称焦 在国际单位制中 功的单位是焦耳 简称焦 J 1J 1N 1m 1N m 4 功是标量 但是可以有正功和负功 功是标量 但是可以有正功和负功 在功的计算式 W Fscos 中 若 90 W 为负 力对物体做负功 或者说物体克服阻力做功 因为这时的力是阻力 若 90 W 0 力对物体不做功 5 由于位移与参照系的选取有关 所以功也与参照系有关 由于位移与参照系的选取有关 所以功也与参照系有关 计算功时通常取静止的物体 做参照物 通常以地面为参照物 6 做功的本质 做功的本质 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 是过程量 不是状态量 7 7 功是 功是 过程量过程量 而非而非 状态量状态量 问题与探究 问题问题 1 你能说明 做功 和 做工 的区别吗 探究思路探究思路 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 用心 爱心 专心 问题问题 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 问题问题 4 4 公式 W Fscos 中的 s 是不是力 F 方向上的位移 探究思路探究思路 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 问题问题 5 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 例题例题 1 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 mW2 B W1F摩时 物体作加速直线运动 此时物体的位移与 F方向一致 F作正功 故选 A 当F的方向与物体运动速度方向相同 且 F F摩时 物体作匀速直线运动 此时物体的 位移方向也和F方向一致 F作正功 故选 D 物体作减速直线运动的情况有两种 其一 F和v方向一致 但 F F摩 此种情况 F 做正 功 其二 F和v方向相反 即与 F摩方向相同 此种情况F做负功故选 C 综合发展 6 如图 4 6 所示 静止的斜面高 H 倾角为 滑块质量为 m 与斜面间动摩擦因数为 计算滑块由上端滑到底端的过程中外力对物体所做的总功 6 6 解法一 解法一 物体受力分析如图 解法二解法二 物体受力分析如图所示 其中 N 不做功 小结 小结 解法一较复杂 因为求合力是矢量运算 对于求总功的这两种方法要视具体问题 去选择 力求简便以节省解题时间 7 7 如图 4 7 甲所示 质量为 m 的物块与倾角为 的斜面体相对静止 当斜面体沿水平 面向左匀速运动位移 s 时 求物块所受重力 支持力 摩擦力做的功和合力做的功 7 7 解析 解析 物块受重力 mg 支持力 N 和静摩擦力 f 如上图乙所示 物块随斜面体匀速运 动 所受合力为零 所以 物块位移为 s 重力与位移的夹角为 900 重力做功 图 4 6 图 4 7 用心 爱心 专心 支持力 N 与 s 的夹角为 900 支持力做功 sin cos cos smg90NsW 0 N 静摩擦力 f 与 s 的夹角为 1800 f 做的功 合力 F 做的功 WF是各个力做功的代数和 小结小结 1 根据功的定义计算功时一定要明确力的大小 位移的大小和力与位移间的夹角 本 题重力与位移夹角 900 重力不做功 支持力与位移的夹角为 900 900 摩擦力做负功 一个力是否做功 做正功还是做负功要具 体分析 2 合力的功一般用各个力做功的代数和来求 因为功是标量 求代数和较简单 如果 先求合力再求功 则本题合力为零 合力功也为零 8 如图 4 8 所示 用竖直向下的恒力 F 通过