4.1 功 课件-2023-2024学年高一下学期物理教科版（2019）必修第二册

第一节 功 学习目标 1.理解功的概念，了解功能关系； 2.学会推导功的一般公式，理解功的 正负及物理意义； 3.熟练运用功的公式解决相关问题； 与其忧虑空白发，不如行动长自信！ 仰望星空 一.功的概念的起源 教材P74“讨论交流” 蒸汽机的发明是第一次工业革命开始的标志 仰望星空 一.功的概念的起源 1.什么是“功” （1）定义 如果物体受到力的作用,并在力的方向上发生了位移，我们就说力对物体做了功。 物体受到力的作用；物体在力的方向上有位移。 （2）要素 弱问 如图所示，独轮车前进的过程中,独轮车和小孩整体受到几个力的作用,哪些力做功，哪些力不做功，为什么？ 仰望星空 功是能量转化的量度 做功总是与能量的 变化密切相关，做 功的过程就是能量 变化的过程。 2.功能关系 能量的转化是通过做功来实现的，能量转化的多少是用做功的 大小来量度的。一个力对物体做多少功,能量就要转化多少；反 之，能量转化了多少，力就要对物体做多少功。 下列运动过程中，什么力对谁做功？能量有什么变化？ 讨论 一.功的概念的起源 仰望星空 三.功的计算 一名体重50kg的跳水运动员从10米跳台自由下落入水，g取10m/s2，求这一过程中重力对他做的功。 1.初中功的公式： W=Fx 功等于力和力的方向上的距离的乘积 弱问 （5000J） 2.公式推导（教材P76“活动”） Fy ) α F Fx x 如图所示，水平面上的物体在恒力F 作用下运动了位移x，力和位移方向 的夹角为α，求力F对物体做的功W。 思考 (1)力F分解到哪两个方向?为什么这样分解？ (2)怎样求力F做的功W？ ∵Fx ⊥x， ∴不做功 故W=Fx · x 又Fx=Fcosα 有 W=Fxcosα (3)可以分解位移x求力F做的功吗？若能，怎样求？ x F O Fx “面积” 含义？ 仰望星空 力对物体所做的功，等于力的大小、位移的大小、力和位移夹角的余弦这三者的乘积。即 （4）单位: 焦耳（焦）符号：J 1Ｊ＝１Ｎ×１m=1N·m F—作用在物体上的力的大小 x—物体对地位移大小 3.功的一般公式 （1）各字母及公式的含义 W—力对物体所做的功 α—力和位移方向的夹角,0 ≤ α ≤ π 功等于力和力的方向上的分位移的乘积， 也等于位移和位移方向上的分力的乘积。 三.功的计算 W=Fxcosα （2）功是标量，但有正负，正负既不表示大小，也不表示方向， 只表示做功的性质。 （3）适用范围:公式只适用于恒力做功，不适用于变 力做功， 即： F在位移x内必须是恒力。 仰望星空 例1.如图所示，质量为m＝2kg的物体在力F＝20N作用下发生水平位移x＝1m，F与水平运动方向夹角为α＝30°，物体与地面间的摩擦因素为μ＝0.2，求：①拉力所做的功WF ；②重力对物体所做的功WG ；③摩擦力对物体所做的功Wf 。 ) α F f mg α F ) N 解： 由W=Fxcosα有 WF =Fxcosα = 10√3 J WG =mgxcos90°= 0 物体受力如图所示，有 f = μ(mg Fsinα)=2N - Wf = f xcosπ = -2J 归纳 功的求法 1.对物体进行受力分析； 2.明确求的是哪个力做的功； 3.明确力和位移的大小和方向以及它们的夹角； 4.根据W=Fxcosα列方程求解。 仰望星空 变式训练1.如图所示，一个物体放在水平面上，在跟竖直方向成 θ角的斜向下的推力F的作用下沿平面移动了距离l。若物体的质 量为m，物体与地面之间的摩擦力大小为f，则在此过程中（　 ） A.摩擦力做的功为f l B.力F做的功为Flcosθ C.力F做的功为Flsinθ D.重力做的功为mgl θ ( F B 四.功的正负和总功 1.功的正负 （1）当α = 0时，即：力和位移（速度）同向时，cosα = 1,W=Fx, 力对物体做正功； 举例说明以下做功情形 （2）当α = π时，即:力和位移（速度）反向时,cosα =-1,W=-Fx， 力对物体做负功（也可说成“物体克服力做功”）； 例如：物体上升过程中，重力对物体做了-100J的功，也可说成 “物体克服重力做了100J的功”。 仰望星空 四.功的正负和总功 1.功的正负 （3）当α = π/2时，即：力和位移（速度）垂直时，cosα = 0，W=0, 力对物体不做功； （4）当0 <α< π/2时，即：力和位移（速度）成锐角时，cosα > 0， W>0,力对物体做正功； （5）当π/2 <α< π 时，即：力和位移（速度）成钝角时，cosα < 0