資源簡介

(共33張PPT)
第一節 機械功
高中物理魯科版（2019）必修第二冊
教學課件
Teaching Courseware
20XX.XX.XX
第一章 功和機械能
PART.1
PART.2
PART.3
PART.4
素養目標
新課講解
新課導入
經典例題
目錄
CONTENTS
PART.2
PART.4
課堂練習
課堂小結
1.知道功的概念，知道功是標量，認識正功、負功的含義。
2.能利用功的一般公式W＝Flcosα計算恒力的功，掌握計算總功的兩種方法。
3.查閱資料，了解機械做功對推動人類社會發展的現實意義。
素養目標
新課導入
小小的一顆子彈被拋出后，人可輕易將其接住。但是，子彈被高速射出，則可擊穿玻璃、木塊甚至石頭。
水能滋潤莊稼，也能沖毀農田。若水被攔蓄在高處，其能量可以轉化為電能，用來取暖、照明等。
這里面有怎樣的奧秘
子彈擊碎玻璃瞬間
新課導入
任何人類活動都離不開能量。例如，現代化的生活離不開電廠供應的電能……
能量，我們既熟悉又陌生。在長期的科學實踐中，人們發現不同形式的能量可以互相轉化，并且能量的轉化與功的概念緊密相連。如果在一個過程中存在做功的現象，就必然存在能量變化的現象。能量轉化遵循怎樣的規律
飛流直下三千尺
疑是銀河落九天
新課講解
New lesson explanation
新課講解
仔細觀察下面四種情境，人是否對物體做功
甲不做功,乙不做功,丙做功,丁做功。
請同學們回憶初中學過的功的知識，什么是做功過程？
一個物體受到力的作用，并且在力的方向上發生一定的距離，我們就說這個力對物體做了功。
一段位移
新課講解
一、機械功
1.做功：如果施力于某物體，并使該物體在力的方向上移動一段距離，我們就說力對這個物體做了功。
2.做功的兩個必要因素：
(1) 必須有力作用在物體上
(2) 物體在力的方向上發生了位移
挑起
對扁擔的支持力做功嗎？
不動或水平行走
對扁擔的支持力做功嗎？
新課講解
如果作用于某物體的恒力大小為 F，該物體沿力的方向運動的位移大小為 s，則F與s的乘積稱為機械功，簡稱功，用W表示。
(1) 如果力的方向與物體的運動方向一致，該力做功是多少？
F
F
l
W = Fl
探究：求恒力做的功
力的大小
位移的大小
力對物體做的功
新課講解
如果力和位移不在同一直線上要如何計算？
F
F
l
(2) 如果力的方向與物體的運動方向垂直，該力做功是多少？
(3) 如果力的方向與物體的運動方向有一定夾角時，該力做功是多少？
l
F
F
F
F1
F2
W = Flcos α
W = 0
新課講解
3. 定義式：W = F l cosα
力對物體所做的功，等于力的大小、位移的大小、力與位移夾角的余弦這三者的乘積。
4. 國際單位：焦耳（簡稱：焦，符號：J ）
5. 功是標量，沒有方向；
1 J = 1 N ×1 m = 1 N·m
6. 功是過程量，對應一段時間或位移是力對空間的積累效果；
計算功時一定要指明是哪個力在哪個過程對物體做的功。
7. 公式W = F l cosα只適用于計算恒力的功；l是物體的相對地面的位移，不是路程。
F
m
M
l
力的大小
位移的大小
力對物體做的功
力與位移的方向的夾角
新課講解
練習：求三種不同情況下力F做的功W
μ = 0
l
μ ≠ 0
l
l
（1）物體在水平力F作用下沿光滑水平面加速運動 L ；
（2）物體在水平力F作用下沿粗糙水平面勻速移動 L ；
（3）物體在沿斜面向上的力F作用下減速上滑 L ；
結論：力做功只與F、L和α有關，與是否受其它力、物體運動狀態等其他因素均無關。
新課講解
二、機械功的計算
我們也可用圖像來描述力對物體做功的大小。當力的方向與位移方向一致時，以力 F 的大小為縱坐標、位移 s 的大小為橫坐標，作出 F 隨 s 變化的圖像。
變力作用下的一段位移
細分為若干
等距離小段
每一小段中F可近似為恒力，其做功大小為該小段對應的小矩形的面積
整個過程中F所做功的大小近似等于所有小矩形面積之和
無限細分
新課講解
【隨堂練習1】已知力F與位移s同向，請根據F-s圖像，計算物體在恒力F作用下前進5m所做的功。
F/N
s/m
10
5
據圖知，物體在恒力F=10N的作用下前進了5m。
由公式可知， W＝Fs=50J 。
由圖像可知，以 F 和 s 為鄰邊構成的矩形面積表示功的大小。
若F為變力，能否根據圖像求出變力所做的功？
新課講解
探究：求變力做的功
F/N
s/m
4
3
2
1
0
2
4
6
10
8
【隨堂練習2】已知力F與位移s同向，請根據F-s圖像，計算物體在變力F作用下前進4m所做的功。
當力的方向與位移方向一致時，不論F是恒力還是變力，圖像與坐標軸所包圍的面積表示該力做功的大小。
據圖知，物體在變力的作用下前進了4m所做的功為圖像與坐標軸所包圍的梯形的面積。
由圖像可知， W = 24J 。
新課講解
三、正功與負功
恒力做功的計算公式:W = F l cosα
如圖兩種情況下，拉力 F 做功的效果相同么？
【注意事項】功是標量，但有正負，正負表示力對物體做功還是克服力做功。
新課講解
α cosα W 物理意義
α = π/2
0 ≤ α＜π/2
π/2 ＜α ≤ π
cosα=0
cosα＞0
cosα＜0
W = 0
W＞0
W＜0
表示力F對物體不做功
表示力F對物體做正功
表示力F對物體做負功
注意：正功、負功不表示方向相反，僅表示不同做功的效果！
負功的物理意義：
正功的物理意義：
表示該力是動力；
表示該力是阻力。
注意：某力做多少負功，也可說成“物體克服該力做多少正功”（取絕對值）。
v
f=5N
F1
A
F2
B
新課講解
方法：將力、位移矢量的箭尾平移到同一個作用點上。
l
F
l
F
l
F
確定正負功：
尋找力與位移的夾角
W = F l cos30°
W = F l cos150°
W = F l cos150°
W > 0
W < 0
W < 0
功是標量，只有大小，沒有方向。
但因為余弦值有正負，所以功有正負。
但是正負不表示方向，也不表示大小。
比較功的大小只看絕對值
例如：－8J > 5J
新課講解
四、總功的計算
在日常生活中，一個物體往往是在幾個力的共同作用下發生一段位移，那么如何計算這幾個力對物體所做的總功？
①求出各個力所做的功，則總功等于各個力所做功的代數和。
②求出各個力的合力，則總功等于合力所做的功。
（ 為合力與位移方向的夾角）
經典例題
Classic Example
經典例題
1.如圖所示，坐在雪橇上的人與雪橇的總質量為m，在與水平面成θ角的恒定拉力F作用下，沿水平地面向右移動了一段距離l.已知雪橇與地面間的動摩擦因數為μ，重力加速度為g，則雪橇受到的
A.支持力做功為mgl
B.重力做功為mgl
C.拉力做功為Flcos θ
D.滑動摩擦力做功為－μmgl
√
解析　支持力和重力與位移方向垂直，不做功，A、B錯誤；
拉力和滑動摩擦力做功分別為W1＝Flcos θ，W2＝－μ(mg－Fsin θ)l，C正確，D錯誤.
經典例題
2.(多選)質量為m的物體，靜止在傾角為θ的斜面上，斜面沿水平方向向右勻速移動了距離l，如圖所示.物體始終相對斜面靜止，則下列說法正確的是
A.重力對物體做正功
B.合力對物體做功為零
C.摩擦力對物體做負功
D.支持力對物體做正功
解析　物體的受力和位移如圖所示，支持力FN與位移l的夾角α<90°，故支持力做正功，D選項正確；
重力方向與位移方向垂直，故重力不做功，A選項錯誤；
摩擦力Ff與位移l的夾角大于90°，故摩擦力做負功，C選項正確；
物體做勻速運動，所受合力為零，合力做功為零，B選項正確.
√
√
√
經典例題
解：根據題意得
W ＝ mgΔh
＝ mg(CB-CA)
＝ 196J
3.如圖所示，一人通過光滑的定滑輪用輕繩拉著質量為m=10kg物體極其緩慢地從A處移到B處，如果CA=3m，AB=4m,那么在這一過程中，人通過繩子拉物體做了多少功？
經典例題
4.一人用平行于斜面的推力把重 G = 500 N 的貨物從斜面底端推到斜面頂端。已知斜面的傾角 α = 37°，斜面長 l = 5 m，斜面與貨物間的動摩擦因數 μ = 0.2，推力 F = 400 N。求：貨物從斜面底端運動到頂端的過程中，所受各力分別對其做的功。（貨物可視為質點，取 sin 37° = 0.6，cos 37° = 0.8）
解：將貨物視為質點，則其位移 s = l = 5 m
推力 F 對貨物做功：W1 = Fs = 400×5 J = 2000 J
重力 G 對貨物做功：
W2 =Gs（cos90°+α）=-Gssinα
=-500×5×0.6 J= -1500 J
支持力N對貨物做功：W3=Nscos90°=0
摩擦力 f 對貨物做功：W4=fscos1800=（Gcosα）scos 180°
= -0.2×500×0.8×5 J
= -400 J
課堂練習
Classroom Practice
課堂練習
1.兩質量相等的物體A、B分別放在粗糙水平面上和光滑的水平面上，在同樣的拉力F作用下，產生相同的位移s，則拉力( )
A、對A做的功多 B、對B做功多
C、一樣多 　 D、以上都有可能
粗糙 光滑
A B
F F
θ θ
C
課堂練習
2.用拉力F將一個重為5N的物體勻速升高3m，在這個過程中（ ）
A．拉力F對物體做的功是15J
B．物體克服重力做的功是15J
C．合力對物體做的功是15J
D．合力對物體的功為0
ABD
課堂練習
3. 如圖所示，若用輕繩拴一物體，使物體以恒定加速度向下做減速運動，則下列說法正確的是( )
A.重力做正功，拉力做負功，合外力做正功
B.重力做正功，拉力做負功，合外力做負功
C.重力做正功，拉力做正功，合外力做正功
D.重力做負功，拉力做負功，合外力做負功
B
課堂練習
4.(功的計算)用水平恒力F作用于質量為m的物體上，使之在光滑的水平面上沿力的方向移動距離l，恒力F做功為W1；再用該恒力作用在質量為2m的物體上，使之在粗糙的水平面上沿力的方向移動同樣的距離l，恒力F做功為W2，則兩次恒力做功的關系是
A.W1>W2 B.W1C.W1＝W2 D.無法判斷
答案:C
解析　物體沿力的方向運動，恒力做功就是指力F做的功，根據W＝Flcos α，兩次做功過程中F、l、α均相同，所以兩次F做功相同，即W1＝W2.
課堂練習
5.(總功的計算)如圖10所示，質量m＝50 kg的滑雪運動員從高度h＝30 m的坡頂由靜止下滑，斜坡的傾角θ＝37°，滑雪板與雪面之間的動摩擦因數μ＝0.1.則運動員滑至坡底的過程中：(g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，裝備質量不計)
(1)滑雪運動員所受的重力對他做了多少功？
(2)各力對運動員做的總功是多少？
答案　（1）1.5×104 J （2）1.3×104 J
解析　（1）重力做的功為：
（2）各分力對運動員做的總功與合力對運動員做功相同，運動員所受合力為：
F合＝mgsin 37°－μmgcos 37°＝260 N
合力做的功W合＝F合·l＝260×50 J＝1.3×104 J.
課堂小結
Class Summary
課堂小結
1、定義：一個物體受到力的作用，并且在力的方向上發生一段位移，我們就說這個力對物體做了功。
一、認識機械功
2、做功的兩個必要因素：
（1）必須有力作用在物體上。
（2）物體在力的方向上要發生一段位移。
3、恒力做功的公式：
4、根據圖像求功：當力的方向與位移方向一致時，不論F是恒力還是變力，圖像與坐標軸所包圍的面積表示該力做功的大小。
二、正功與負功
注意：正功、負功不表示方向相反，僅表示不同做功的效果！！
三、總功的計算
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