教學目標
1、知識與技能
(1)理解功的概念,知道力和物體在力的方向發生位移是做功的兩個不可缺少的因素;
(2)理解正功和負功的概念,知道在什麽情況下力做正功或負功;
(3)知道在國際單位制中,功的單位是焦耳(J),知道功是標量;
(4)掌握合力做功的意義和總功的含義;
(5)掌握公式W=Fs cos?的應用條件,並能進行有關計算。
2、過程與方法:理解正負功的含義,並會解釋生活實例。
3、情感、態度與價值觀:功與生活聯系非常密切,通過探究功來探究生活實例。
教學重難點
教學重點
重點使學生掌握功的計算公式,理解力對物體做功的兩個要素;
教學難點
1.難點是物體在力的方向上的位移與物體運動方向的位移容易混淆,需要講透、講白;
2.使學生認識負功的意義較困難,也是難點之壹。
教學過程
壹、功
1.基本知識
(1)功的定義
壹個物體受到力的作用,並在力的方向上發生了壹段位移,我們就說這個力對物體做了功.
(2)做功的因素
①力;②物體在力的方向上發生的位移.
(3)功的公式
①力F與位移l同向時:W=Fl.
②力F與位移l有夾角?時:W=Flcos_?,其中F、l、cos ?分別表示力的大小、位移的大小、力與位移夾角的余弦.
③各物理量的單位:F的單位是N,l的單位是m,W的單位是N?m,即J.
(4)正功、負功
(5)合力的功
功是標量,當物體在幾個力的***同作用下,發生壹段位移時,這幾個力對物體所做的總功等於各個力分別對物體所做功的代數和,也等於這幾個力的合力對這個物體所做的功.
2.思考判斷
(1)公式W=Fl中的l是物體運動的路程.(?)
(2)力F1做功10 J,F2做功-15 J,力F1比F2做功少.(?)
(3)力對物體不做功,說明物體位移壹定為零.(?)
探究交流
壹個人提著壹水桶,在水平路面上勻速行走了壹段路程,人對水桶是否做了功?
提示 人提著水桶在水平路面上行走,人提桶的力對水桶不做功.因為人提水桶的力,沿豎直方向,而水桶在豎直方向上無位移.
二、功及正功、負功的理解
問題導思
1.公式W=Flcos ?中各符號的意義如何?
2.功有正負,功是矢量嗎?
3.做功與做工相同嗎?
1.對公式W=Flcos ?的理解
(1)各符號的含義:F表示力的大小;l表示力的作用點相對於地面位移的大小,當力的作用點的位移與物體的位移相同時,也常常說是物體相對於地面的位移大小;?表示力和位移方向的夾角.
(2)W=F?lcos ?與W=Fcos ?l的理解
公式可以表示為W=F?lcos ?,表達的物理意義是功等於力與沿力F方向的位移的乘積;公式也可以表示為W=Fcos ?l,表達的物理意義是功等於沿位移方向的力與位移的乘積.
2.對正功、負功的理解
(1)功是標量:功是標量,只有量值,沒有方向.功的正、負並不表示功的方向,而且也不是數量上的正與負.我們既不能說?正功與負功的方向相反?,也不能說?正功大於負功?,它們僅表示相反的做功效果.
(2)正功、負功的物理意義:功的正負由力和位移之間的夾角決定,所以功的正負不表示方向,而只能說明做功的力對物體來說是動力還是阻力.
(3)壹個力對物體做負功,往往說成物體克服這個力做功.
誤區警示
1.計算功時首先應明確要求的是哪壹個力的功,物體所受的各個力做功時互不影響.
2.物理學中的?做功?與日常生活中的?工作?含義不同.
例:如圖所示,平行於斜面向上的拉力F使質量為m的物體勻速地沿著長為L,傾角為?的斜面的壹端向上運動到另壹端,物體與斜面間的動摩擦因數為?,分別求作用在物體上各力對物體所做的功.
審題指導 審題時應註意以下條件
(1)物體勻速運動,合力為零,且各力均為恒力.
(2)求力的功時,要特別關註力和位移的夾角.
答案 拉力做功mgL(sin ?+?cos ?),重力做功-mgLsin ?,摩擦力做功-?mgLcos ?,斜面彈力對物體不做功
規律總結:力做正功還是負功的判斷方法
1.看力F與位移l的夾角?
?<90?,力做正功;?>90?,力做負功;?=90?,力不做功.
2.看力F與速度v的夾角?
?<90?,力做正功;?>90?,力做負功;?=90?,力不做功.
3.看速率增大還是減小,若在力作用下速率增大,此力做正功,反之做負功.
三.摩擦力功的理解
問題導思
1.靜摩擦力壹定不做功嗎?
2.滑動摩擦力壹定做負功嗎?
3.相互作用的壹對靜摩擦力的總功和壹對滑動摩擦力的總功分別如何?
我們知道運動的物體可以受滑動摩擦力或靜摩擦力,靜止的物體也可以受滑動摩擦力或靜摩擦力.
總結
(1)當靜止的物體受到滑動摩擦力或靜摩擦力時,摩擦力對該物體不做功.
(2)當運動的物體受到滑動摩擦力或靜摩擦力時,摩擦力可能是阻力,也可能是動力.當摩擦力為動力時,摩擦力做正功;當摩擦力為阻力時,摩擦力做負功.
(3)求摩擦力做的功時,對於靜摩擦力,由於物體之間相對靜止,兩物體位移相同.因此壹對靜摩擦力做功的代數和為零.對於滑動摩擦力,由於物體之間有相對滑動,故兩個物體的對地位移並不相同,因此兩個相互作用的滑動摩擦力做功的總和不為零.
例:質量為M的木板放在光滑的水平面上,壹個質量為m的滑塊以某壹速度沿木板表面從A點滑至B點,在木板上前進了L,而木板前進l,如圖所示.若滑塊與木板間的動摩擦因數為?,求摩擦力對滑塊、對木板做功各為多少?摩擦力做的總功為多少?
審題指導 解答此題應把握以下兩點:
(1)兩物體所受摩擦力的方向.
(2)求功時所用位移是指物體對水平面的位移.
答案 -?mg(l+L) ?mgl -?mgL
四、總功及其求解思路
問題導思
1.什麽是總功?
2.總功的求法有哪些思路?
3.上述思路常適用於哪些情況?
由合力與分力的等效替代關系知,合力與分力做功也是可以等效替代的,因此計算總功的方法有兩種:
1.先求物體所受的合力,再根據公式W合=F合lcos ?求合力的功.
2.先根據W=Flcos ?,求每個分力做的功W1、W2、W3、?、Wn,再根據W合=W1+W2+W3+?+Wn,求合力的功.即合力做的功等於各個分力做功的代數和.
誤區警示
方法(1):僅適用於幾個力同時作用於物體上,且它們均不發生變化的情況;
方法(2):在任何情況下都適用,不管是幾個力同時作用,還是作用時間有先後.
例:如圖所示,壹個質量m=2 kg的物體,受到與水平方向成37?角斜向上方的力F=10 N作用,在水平地面上移動的距離l=2 m,物體與地面間的滑動摩擦力Ff=4.2 N,求外力對物體所做的總功.(cos 37?=0.8,sin 37?=0.6)
審題指導 求解該題壹般有如下兩種思路:
答案 7.6 J
規律總結:靈活選擇兩種求合力功的方法
1.如果物體處於平衡狀態或在某壹方向受力平衡,或者物體在某壹方向上做勻變速直線運動
(合力等於ma),先求合力再求功的方法更簡捷.
2.如果已知物體所受的力之中有的不做功,有的做功且方便求得該力的功(如重力功)時,選擇W合=W1+W2+W3+?+Wn簡單方便.
例:如圖所示,質量為m的物體靜止在傾角為?的斜面上,物體與斜面間的動摩擦因數為?.現使斜面水平向左勻速移動距離l.該過程中,斜面對物體做的功、各力對物體做的總功分別是( )
A.-mglsin ?cos ?,0
B.0,0
C.0,mglsin ?cos ?
D.-mglsin ?cos ?,mglsin ?cos ?
答案 B
五、變力功的求法
例:如圖所示,擺球質量為m,懸線的長為L,把懸線拉到水平位置後放手.設在擺球運動過程中空氣阻力Ff的大小不變,求擺球從A運動到豎直位置B時,重力mg、繩的拉力FT、空氣阻力Ff各做了多少功?
答案 mgL;0;