4.1 功 课件-2025-2026学年高一下学期物理教科版必修第二册

该高中物理课件聚焦“功”的核心知识点，涵盖功的概念、必要因素、计算公式（W=Fxcosα）、正功负功及总功计算。课堂导入从工业革命蒸汽机能效问题切入，结合提升重物和推动物体实例，引导学生从力与位移的实际关系过渡到物理概念，构建生活到理论的学习支架。 其亮点在于融合物理观念（能量、运动与相互作用）和科学思维（模型建构、科学推理），通过蒸汽机应用、购物篮等生活情境，以问题驱动（如必要因素探究）和实例分析（分解力/位移推导公式）展开教学，帮助学生深化理解，教师可借助其清晰逻辑与具象实例提升教学效果。

第四章 机械能及其守恒定律 第1节 功 1.理解功的概念，知道做功的两个必要因素。 2.掌握功的计算公式，知道功的单位，能用功的公式进行相关计算。 3.掌握正功和负功的含义，会计算多个力的总功。 第一次工业革命时期的工程师们如何定量描述蒸汽机消耗同样多燃料时干活的“能力”（能效，功劳）呢？ 当时人们使用蒸汽机的主要目的有两个：提升重物和推动物体 蒸汽机提水 瓦特双动式蒸汽机从矿井中提煤 提升重物时：蒸汽机的能效与物体的重量与提升距离有关。 富尔顿制造的“克莱蒙特”号 史蒂芬孙制造的蒸汽机车 推动物体时：与推力大小和在推力作用下移动的距离有关。 衡量蒸汽机“能力”（能效，功劳）大小的因素是： 蒸汽机对物体施加力的大小和物体在这个力的作用下移动距离的远近。 工程师的实践经验：用等效举起的物体重量与举起高度的乘积来度量机器的输出。 1.做功：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。 你认为力对物体做功的必要因素是什么？ 知识点一：功 （1）作用在物体上的力（2）物体在力的方向上发生的位移 x F 当恒力F的方向与物体位移的方向一致时 W = Fx 知识点二：功的计算 如果物体运动的方向与力的方向不一致，例如人拉购物篮时拉力方向和购物篮运动方向间有一个角度。这时应当怎样计算功呢？ x F α 沿位移方向 垂直位移方向 拉力做的功W等于F1做的功 分解力 x 根据力的合成与分解，将F分解为沿位移方向和垂直位移方向。 F x x1 x2 α x1=xcosα x2=xsinα W1= Fx1= Fxcos α W2= 0 除了分解力以外还可以分解位移: W= Fxcosα 在力方向发生的位移 3.恒力做功公式：W = Fxxcosα 力对物体所做的功，等于力的大小、位移的大小、力与位移夹角（ α取0～180°）的余弦这三者的乘积。 2.国际单位: 焦耳（简称：焦 ——符号：J） １Ｊ＝１Ｎ×１m=1N·m 3.功是标量：没有方向，但有正负。 “xcosα”整体也可称为力方向上的位移 4.物理意义：功是能量转化的量度(过程量)。 即这表示力F的方向与位移的方向垂直时，力F不做功。 当 时， 这表示力 F对物体做正功 当 时， 这表示力 F对物体做负功 当 时， 知识点三：正功和负功 1.力对物体做正功和负功的条件 α cosα W 物理意义 α=π/2 α＜π/2 π/2＜α≤π cosα=0 cosα＞0 cosα＜0 W = 0 W＞0 W＜0 表示力F对物体不做功 表示力F对物体做正功 表示力F对物体做负功 2.正负功的物理意义 （1）正功的意义：力对物体做正功，表明此力的效果是促进物体的运动，是动力。 （2）负功的意义：力对物体做负功，表明此力的效果是阻碍了物体运动，是阻力。 例题：甲、乙两人在小河的两岸同时用绳拉小船，使小船在河的中间沿直线行驶，甲、乙的拉力分别为 F1=100 N 和 F2=100N，其方向如图 所示。在小船行驶 80 m 的过程中，求 ： （1）两个拉力 F1 和 F2 的合力以及该合力所做的功。 （2）两个拉力 F1 和 F2 分别做的功以及它们的代数和。 解：（1）作 F1 和 F2 的矢量合成图，如图所示，则合力， 方向沿河中心线方向； W 合 = F • x = 200×80 J = 16000 J （2）分别求 F1 和 F2 做的功 ： W1 = F1 • x •cos60°= 100×80×0.5 J = 4000 J W2 = F2 • x •cos30°=100 W1 + W2 = 16000 J 3.总功的求法 （2）分别求出每个力所做的功，然后求出所有功的代数和。即：W总=W1+W2+……+Wn （推荐） （1）先求出物体所受的合力(矢量和)，然后再求出合力的功，即：W总=F合x cosα 【例题】质量为m=3kg的物体放在水平面上，在与水平方向成370角的拉力F=20N作用下匀加速运动，通过位移 x=2m的过程中，物体所受摩擦力大小为6N。（cos370=0.8）求： WG=0J WN=0J Wf =-f S=-12J （1）重力对物体做的功 （2）支持力对物体做的功 （3）摩擦力对物体做的功 （4）拉力对物体做的功 （5）合力对物体做的总功 WF=FScos370=32J W总=20J F N G f α 如果力的大小是非均匀变化的呢？ 类比匀变速直线运动的 v-t 图像，若 F 是变力，应把整个过程分为若干“小段”，这样每一“小段”就可以认为是恒力。分别计算各“小段”所做的功，把它们加起来，就是整个过程变力做的总功。 微元法 1.关于功的概念，以下说法正确的是( ) A. 力是矢量，位移是矢量，所以功也是矢量 B. 功有正、负之分，若某个力对物体做负功，表明这个力对该物体的运动起阻碍作用 C. 若某一个力对物体不做功，说明该物体一定没有位移 D. 某物体通过一段位移，作用在该物体上的力一定都做功 B 2.如图所示，甲、乙两名学生的质量都是m，当他们分别以图示的路径登上高h的阶梯顶端A时，他们的重力做功情况是（　　） A．甲的重力做功多 B．乙的重力做功多 C．甲、乙的重力做功一样多 D．无法判断 C 3.载人飞行包是一个单人低空飞行装置,如图所示,其发动机使用汽油作为燃料提供动力,可以垂直起降,也可以快速前进,飞行包(包括人)在竖直匀速降落的过程中(空气阻力不可忽略),下列说法正确的是(　　) A.发动机对飞行包(包括人)做正功 B.飞行包(包括人)的重力做负功 C.空气阻力对飞行包(包括人)做负功 D.飞行包(包括人)所受的合力做负功 C 4.如图所示,将一个大小为50 N与水平方向成60°角的力F作用在一个质量为6 kg的物体上,物体沿水平地面匀速前进了8 m,g取10 m/s2,下面关于物体所受各力做功说法正确的是(　　) A.力F对物体做功为400 J B.摩擦力对物体做功为200 J C.重力做功为480 J D.合力做功为0 D 一、功 1.表达式： 2.做功的两个因素： （1）作用在物体上的力 （2）物体在力的方向上发生了位移 3.适用条件： 4.国际单位： 焦耳，简称焦，符号是J 适用恒力做功 5.标矢性： 功是标量，没有方向，但有正负。 二、正功和负功 1. 2. 表示该力是动力。 3. 表示该力是阻力。 4.计算总功的两种方法 $