第四章 第一节 功（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理必修第二册（粤教版2019）

第一节　功 课程内容要求 核心素养提炼 1.理解功的概念，掌握功的计算式． 2．知道功是标量，理解正功和负功的含义． 3．知道几个力对物体所做的总功是各个力分别对物体做功的代数和． 1.物理观念：理解功，明确正功和负功的含义． 2．科学思维：会应用公式W＝Fl cos α进行有关计算，分析计算总功的方法． 3．科学态度与责任：通过功的概念的建立过程，认识物理学对能量的研究是一个探究的过程，体会引入功的物理意义及守恒思想在物理研究中的作用． [对应学生用书P57] 1．做功的两个要素 2．公式：W＝Fs_cos_α 力对物体所做的功等于力的大小、位移的大小以及力与位移夹角的余弦这三者的乘积． 3．单位 国际单位制中，功的单位是焦耳，简称焦，符号是__J__.1 J＝1 N×1 m＝1 N·m. [思考] 仔细观察下面四种情境，人是否对物体做功？ 提示　甲不做功，乙不做功，丙做功，丁做功． 1．力对物体做正功或负功的条件 由W＝Fs cos α可知 (1)当α＝时，W＝0，力F对物体不做功． (2)当0≤α＜时，W＞0，力F对物体做正功． (3)当＜α≤π时，W＜0，力F对物体做负功． 2．总功的计算 当一个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： (1)各个力分别对物体所做功的代数和． (2)几个力的合力对物体所做的功． [思考] 功的正负表示方向吗？若不是，表示什么含义？ 人的拉力做正功(0≤α<) 人的拉力做负功(<α≤π) 提示　功是标量，没有方向．正功表示做功的力是动力，负功表示做功的力是阻力． 1．一个物体能够对其他物体做功，我们说这个物体具有能量． 2．做功的过程就是能量变化的过程，做了多少功就有多少能量发生变化，所以功是能量变化的量度． [对应学生用书P58] 探究点一　功及功的计算 如图所示，马拉着小车(包括人)沿水平面匀速前进了一段距离． 1．小车(包括人)受到几个力作用？每个力都对小车做功吗？做正功还是负功？ 2．马对小车(包括人)做的功是否等于马的拉力F(设F与水平方向的夹角为α)和小车(包括人)的位移l的乘积？ 3．若小车(包括人)做匀加速运动，合力做什么功？若小车(包括人)做匀减速运动，合力做什么功？怎样求这几个力做的总功？ 提示　1.小车(包括人)受4个力作用：重力、支持力、拉力、摩擦力．其中拉力做正功，摩擦力做负功，重力和支持力不做功． 2．不等于．因为拉力F与小车(包括人)的位移不在一条直线上． 3．若小车(包括人)做匀加速运动，合力做正功．若小车(包括人)做匀减速运动，合力做负功．总功等于拉力F做的功与摩擦力做的功的代数和，或者等于小车(包括人)的合力做的功． 1．对功的理解 (1)两个决定因素． ①作用在物体上的力； ②物体在力的方向上的位移． (2)功是力在空间上的积累效应，它总是与一个过程相对应． 2．对公式W＝Fs cos α的理解 (1)W＝F·s cos α可理解为功等于力F与沿力F方向的位移s cos α的乘积． (2)W＝F cos α·s，也可理解为功等于沿位移方向的分力F cos α与位移s的乘积． (3)适用条件：公式W＝Fs cos α只适用于计算恒力做功．若是变力做功，此公式不再适用． 如图所示，一位质量m＝50 kg的滑雪运动员(含滑雪板)从高度h＝30 m的斜坡顶端自由滑下(初速度为零).斜坡的倾角θ＝37°，滑雪板与雪面间动摩擦因数μ＝0.1.则运动员滑至坡底的过程中：(不计空气阻力，g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8) (1)各个力所做的功分别是多少？ (2)合力做了多少功？ 解析　(1)重力做的功为WG＝mgh＝50×10×30 J＝1.5×104 J 因支持力与速度始终垂直，所以支持力做功为WFN＝0 摩擦力做功为WFf＝－Ffs＝－μmg×cos 37°×＝－2×103 J. (2)合力做的功为W合＝WG＋WFf＋WFN＝1.5×104 J－2×103 J＝1.3×104 J． 答案　(1)重力做功1.5×104 J，支持力做功为零，摩擦力做功－2×103 J (2)1.3×104 J [题后总结]　 1．计算恒力做功要注意的三个问题 (1)计算功时一定要明确是哪个力对哪个物体在哪段位移过程中做的功． (2)力F与位移s必须互相对应，即s必须是力F作用过程中的位移． (3)某力对物体做的功只跟这个力、物体的位移以及力与位移间的夹角有关，跟物体的运动情况、物体是否还受其他力以及其他力是否做功均无关． 2．两种求合力做功方法的选取原则 (1)如果物体处于平衡状态或某一方向受力平衡时(合力为零)，或者物体在某一方向上做匀变速直线运动时(合力等于ma)，用先求合力再求功的方法更简便． (2)