2023学年完整公开课版功 微课

第七章机械能守恒定律1追寻守恒量——能量2功学习目标1.初步领会能量转化、变中有恒的思想。了解势能、动能的概念。2.初步认识做功与能量变化的关系。3.理解功的概念,能利用功的公式进行计算。4.理解正功和负功及其物理意义。5.理解总功的概念,能计算多个外力对物体所做的总功。一、追寻守恒量1.伽利略斜面实验:让静止的小球沿一个斜面滚下,小球将滚上另一个对接斜面并到达与它出发时__(A.不同B.相同)的高度。这个过程中“某个量是_____的”,这个量叫做能量或能。B守恒2.动能与势能:(1)动能:物体由于_____而具有的能量。(2)势能:相互作用的物体凭借其_____而具有的能量。(3)小球的动能和势能__(A.可以B.不可以)相互转化。运动位置A【自我思悟】1.小球沿斜面向上运动时,速度越来越小,它正在失去动能,说明小球的动能与速度存在什么关系?提示:表明小球的动能与速度大小有关,小球的速度越小,动能就越小。2.小球沿斜面向上运动达到某一高度时,动能变为零,势能最大,说明小球的势能与高度存在什么关系?提示:小球沿斜面向上运动时,动能逐渐减小,势能逐渐增大,减少的动能转化为势能,表明小球的高度越高,势能越大。二、功1.概念:一个物体受到力的作用,并在___________发生了一段位移,这个力就对物体做了功。2.做功的两个因素:受力的作用位移力的方向上3.公式:(1)力F与位移l同向时,W=__。(2)力F与位移l夹角为α时,W=_______。其中F、l、α分别为_________、___________和_________方向的夹角。FlFlcosα力的大小位移的大小力与位移【自我思悟】1.如图所示,某同学提着一桶100N的水,沿水平地面运动了20m,她对水桶的拉力做的功是多少?提示:该同学沿水平方向运动,竖直方向上没有位移,故她对水桶的拉力不做功。2.物体运动了一段时间,该物体所受的力就一定做功吗?提示:不一定。根据做功的两个条件可知,若该段时间内物体的位移为零,或是物体在该力的方向上的位移为零,该力不做功。三、正功和负功1.正功和负功:α的取值W的取值含义α=W___力F_______0≤α<W___力F对物体做_____<α≤πW___力F对物体做_____(或说成物体克服力F做功)=0不做功>0正功<0负功2.总功的计算:(1)各个分力分别对物体所做功的_______;(2)几个力的_____对物体所做的功。代数和合力【自我思悟】总功指物体受到的所有力对物体做功的总和,物体的合力不做功,是否意味着它所受到的所有外力都不做功呢?提示:不是。总功为零可能是各力都不做功,也可能是各力有的做正功,有的做负功,它们做功的代数和为零。

一、对功的理解深化理解1.功是过程量:描述了力的作用效果在空间上的累积,它总与一个具体过程相联系。2.对公式W=Flcosα的理解:F表示力的大小;l表示力的作用点的位移大小;α表示力和位移方向间的夹角。(1)公式只适用于恒力做功的计算。(2)公式中l一般是选取地面为参考系时物体的位移。3.正功与负功:(1)功是标量:只有正、负,没有方向,功的正负不表示大小。(2)正功、负功的物理意义:动力学角度能量角度正功表示这个力对物体来说是动力力对物体做正功,使物体获得能量负功表示这个力是阻力,对物体的运动起阻碍作用物体克服外力做功,使物体失去能量(3)一个力对物体做负功,往往说成物体克服这个力做功。【微思考】(1)某个力不做功,是否说明该物体的位移一定为零?提示:不能。因为这个力不做功是由于它的位移为零或者物体沿力方向上的位移为零。(2)某个力较大,物体的位移也较大,那么该力做功是否一定较多?提示:不一定。由W=Flcosα知,做功多少取决于F、l大小和夹角α的大小,F、l大,W不一定大。

【题组通关】【示范题】(多选)下面列举的几种情况做功为零的是()A.卫星做匀速圆周运动,地球引力对卫星做的功B.平抛运动中,重力对物体做的功C.举重运动员,扛着杠铃在头的上方停留10s,运动员对杠铃做的功D.木块在粗糙水平面上滑动,支持力对木块做的功【解题探究】(1)做功的两个条件是:①存在_______;②作用力的方向上存在_____。作用力位移(2)卫星做匀速圆周运动的向心力由什么力提供?卫星的向心力与其速度在方向上存在什么关系?提示:卫星做匀速圆周运动的向心力由地球对它的引力提供,卫星的向心力方向与其速度方向始终垂直。【规范解答】选A、C、D。地球引力是卫星做圆周运动的向心力,向心力与卫星运动速度方向垂直,所以,这个力不做功。停留10s时间内,杠铃的位移为零,运动员对杠铃的支持力不做功。木块的支持力与位移方向垂直,所以支持力不做功。故A、C、D正确。【通关1+1】1.(多选)(2014·金华高一检测)如图所示,坐在雪橇上的人与雪橇的总质量为m,在与水平面成θ角的恒定拉力F作用下,沿水平地面向右移动了一段距离l。已知雪橇与地面间的动摩擦因数为μ,雪橇受到的()A.支持力做功为mglB.重力做功为0C.拉力做功为FlcosθD.滑动摩擦力做功为-μmgl【解析】选B、C。根据受力分析知FN=mg-Fsinθ,Ff=μFN=μ(mg-Fsinθ),由于支持力、重力与雪橇的位移垂直,故这两个力不做功,A错,B对。由功的计算式得拉力做功WF=Flcosθ,C对。摩擦力做功WFf=-Ffl=-μ(mg-Fsinθ)l,D错。2.如图所示,木块A放在木板B的左上端,用恒力F将A拉至B的右端。第一次将B固定在地面上,F做的功为W1;第二次让B可以在光滑的地面上自由滑动,F做的功为W2。比较两次做功,应有()A.W1<W2 B.W1=W2C.W1>W2 D.无法比较【解析】选A。木板不固定时,木块相对于地面的位移要比固定时长,而恒力F相同,由功的计算公式W=Fs得知,W1<W2。故选项A正确。【变式训练】1.关于功的概念,下列说法中正确的是()A.力对物体做功多,说明物体的位移一定大B.力对物体做功少,说明物体的受力一定小C.力对物体不做功,说明物体一定无位移D.功的多少是由力的大小和物体在力的方向上的位移的大小共同决定的【解析】选D。由功的公式W=Flcosα可知,功的大小是由力的大小及物体在力的方向上的位移的大小共同决定的,故A、B、C错误,D正确。2.用水平恒力F作用于质量为M的物体,使之在光滑的水平面上沿力的方向移动距离l,恒力做功为W1;再用该恒力作用于质量为m(m<M)的物体上,使之在粗糙的水平面上移动同样的距离l,恒力做功为W2,则两次恒力做功的关系是()A.W1>W2 B.W1<W2C.W1=W2 D.无法判断【解析】选C。根据功的定义,力F所做的功只与力F的大小及物体在力F的方向上发生的位移的大小有关,不需考虑其他力的影响,因两次的恒力相同,位移也相同,所以做功相同。【素养升华】计算恒力做功要注意的三个问题(1)某力对物体做功只跟这个力在这个力的方向上的位移以及力与位移间的夹角有关,跟物体是否还受其他力的作用无关。(2)力F与位移l必须具有同时性,即l必须是力F作用过程中的位移。(3)计算功时一定要明确在哪段位移过程中对哪个物体做的功。二、总功的两种求解思路规律方法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,因此计算总功时有两种基本思路:1.先确定物体所受的合外力,再根据公式W合=F合lcosα求解合外力的功。该方法适用于物体的合外力不变的情况,常见的是发生位移l过程中,物体所受的各力均没有发生变化。求解流程图为:2.先根据W=Flcosα,求出每个分力做的功W1、W2、…Wn,再根据W合=W1+W2+…+Wn,求解合力的功,即合力做的功等于各个分力做功的代数和。该方法的适用范围更广,求解流程图为:【微思考】(1)物体所受的各个力均做功,合力是否一定也做功?提示:不一定。物体所受的各力的合力为零时,虽然各个力也做功,但合力不做功。(2)总功是否一定比物体所受的每一个力做的功都要大?提示: