2.1功（课件）-高教版第三版《物理（通用类）》【上好课】

2.1 功 主题二 功和能 高教版《物理（通用类）》 SZ-LWH 学习目标 1. 说出功的定义、做功条件、标矢性和单位，写出恒力做功公式及适用条件。 2. 能根据力与位移的夹角判断各力做功的正负，规范计算各分力与合力所做的功。 3. 能用做功条件解释生产生活现象，形成依据方向关系和计算证据进行判断的习惯。 SZ-LWH 起重机的拉力何时做功 教材情境：起重机既可把料斗向上匀速吊起，也可把料斗静止地吊在半空中。 问题：两种情形中重力和拉力相同，它们在产生的机械效果上有什么不同？ 教师归纳：判断力是否做功，必须同时考查力和位移。 SZ-LWH 功的教材定义 一个物体受到力的作用，并在力的方向上发生位移，就说这个力对物体做了功。 做功的两个不可缺少因素： 物体受到力的作用；物体在力的方向上发生位移。 只有力而没有位移，或位移方向上没有力，该力都不做功。 SZ-LWH 力与位移同向时的功 力与位移方向相同时，力对物体做的功等于力与位移的乘积。 W = Fs 功是标量，国际单位制单位是J（焦[耳]）。 W表示功，F表示恒力大小，s表示物体沿力方向发生的位移。 SZ-LWH 乘积定义法 用两个或多个物理量相乘来定义新物理量的方法，称为乘积定义法。 功由力F和沿力方向的位移s共同决定。 使用乘积定义时，要明确各物理量的意义、单位和成立条件。 SZ-LWH 缺少一个条件就不做功 光滑水平面上的小球做匀速直线运动：位移方向上没有力，没有力对小球做功。 机器人抱着箱子不动：手有支持力，但箱子没有位移，支持力不做功。 易错辨析：“物体受到力，力就一定做功”是错误的。 SZ-LWH 即时练习 1. 水平恒力20 N使物体沿力的方向移动3 m，求该力做的功。 答案：W = 20 × 3 J = 60 J 解析：力与位移同向，直接用力与位移的乘积计算。 2. 人水平托着工具箱匀速前进时，手对箱子的支持力是否做功？说明理由。 答案：不做功。支持力竖直向上，箱子的位移水平。 解析：位移在支持力方向上的分量为零。 SZ-LWH 力与位移有夹角时怎样求功 当恒力F与位移s成夹角α时，怎样计算这个力做的功？ 分析任务：把力分解到沿位移方向和垂直位移方向，分别判断两个分力是否做功。 关键：真正产生功的是力在位移方向上的分量。 SZ-LWH 将力分解到位移方向 沿位移方向的分力：F1 = F cos α。 垂直位移方向的分力F2方向上没有位移，因此不做功。 所以，原力做的功等于沿位移方向分力所做的功。 SZ-LWH 恒力做功公式 恒力对物体所做的功，等于力、位移、力和位移夹角的余弦三者的乘积。 W = Fs cos α 适用条件：F的大小和方向不变；α是力与位移的夹角。 结果必须带单位J，并根据夹角判断正负号。 SZ-LWH 功的正负由夹角决定 0° ≤ α < 90°：cosα > 0，力做正功。 α = 90°：cosα = 0，力不做功。 90° < α ≤ 180°：cosα < 0，力做负功。 边界：同向时W=Fs；反向时W=−Fs。 SZ-LWH 负功表示什么 一个力对物体做负功，表示这个力阻碍物体的运动。 分析法：把研究对象分解为组成部分和要素，再分别研究；本课先分解力，再研究各分力做功。 规范说法：摩擦力做负功，也可以说物体克服摩擦力做功。 负功不是零功：负功有确定大小和负号。 SZ-LWH 即时练习 3. 恒力大小为50 N，物体位移为4 m，力与位移夹角为60°，求该力做的功。 答案：W = 50 × 4 × cos60° J = 100 J 解析：夹角为锐角，余弦为正，所以该力做正功。 SZ-LWH 即时练习 4. 30 N的摩擦力与物体5 m的位移方向相反，求摩擦力做的功和物体克服摩擦力做的功。 W = −30 × 5 J = −150 J 答案：物体克服摩擦力做功150 J。 解析：摩擦力与位移夹角为180°；“克服摩擦力做功”写对应的正值。 SZ-LWH 合力功与分力功 合力做的功等于各个分力做功的代数和。 方法一：先求合力，再用恒力做功公式。 方法二：逐力求功，再作代数相加。 两种方法的结果应一致，可用于检查正负号、漏力和计算错误。 SZ-LWH 教材示例1：负重训练 轮胎质量20 kg，受到与水平方向成37°角斜向上方的100 N拉力，摩擦力为80 N，在水平地面移动100 m。 求各分力以及合力对轮胎做的功。（取cos37°=0.8） 任务：先判断每个力与位移的夹角，再确定功的正负。 SZ-LWH 教材示例1：受力与做功判断 轮胎受到重力、支持力、拉力和摩擦力。重力、支持力与水平位移垂直，均不做功。 拉力做正功，摩擦力做负功；合力功等于二者的代数和。 匀速运动可作为合力功为零的结果检验，但不能说明每个力都不做功。 SZ-LWH 教材示例1：规范解答 WF = 100 × 100 × cos37° J = 8000 J WFf = −80 × 100 J = −8000 J 重力和支持力做功均为0。 W合 = 8000 J − 8000 J = 0 J 解析：各分力功的代数和为零，与轮胎匀速运动相互印证。 SZ-LWH 即时练习 5. 水平牵引力60 N、反向阻力20 N共同作用于物体，物体前进5 m，求合力做的功。 答案：W合 = 60 × 5 J − 20 × 5 J = 200 J 解析：牵引力做正功，阻力做负功，合力功是二者的代数和。 6. 物体做匀速直线运动时，能否说作用在物体上的各个力都不做功？ 答案：不能。合力功为零，但各分力可分别做正功和负功。 解析：各分力功可以在代数和中相互抵消。 SZ-LWH 课堂背诵 1. 填空补全教材定义：一个物体受到______，如果在______上发生了一段______，就说这个力对物体做了功。 答案：力的作用；力的方向；位移。 2. 请完整说出做功的两个不可缺少因素。 答案：物体受到力的作用；物体在力的方向上发生位移。 SZ-LWH 课堂背诵 3. 请写出恒力做功公式，并说明各符号、单位和适用条件。 答案：W = Fs cos α W的单位是J；α是力与位移夹角；公式适用于大小和方向不变的恒力。 SZ-LWH 课堂背诵 4. 填空：夹角为锐角时做______功，夹角为90°时______，夹角为钝角时做______功。 答案：正；不做功；负。 5. 请说明负功表示什么，并说出合力功与各分力功的关系。 答案：负功表示该力阻碍物体运动；合力功等于各分力功的代数和。 判断功的正负看夹角，不看力的名称。 SZ-LWH 师生互动：做功条件分类 任务：判断指定力是否做功——用力推墙但墙不动；竖直提箱上楼；水平托箱向前匀速行走时手的支持力。 答案：依次为不做功、做正功、不做功。 教师归纳：有力无位移不做功；力与位移同向做正功；力与位移垂直也不做功。 SZ-LWH 师生互动：教材示例板演 任务：分组写出教材示例1中重力、支持力、拉力、摩擦力和合力做功，互检正负号和单位。 答案：重力0，支持力0，拉力8000 J，摩擦力−8000 J，合力0 J。 教师评价：先判断夹角再列式；负功保留负号，合力功用代数和计算。 SZ-LWH 师生互动：典型错误纠正 任务：纠正两种说法——“匀速运动时各力都不做功”“负功就是没有做功”。 答案：两种说法都错误。匀速运动只说明合力功为零；负功表示力阻碍运动。 教师归纳：必须区分每一个分力的功、所有分力功的代数和以及合力功。 SZ-LWH 课堂练习 1. 下列情形中，指定的力一定对物体做功的是（　　）。 A．人用力推墙，墙没有移动 B．手提箱子水平行走，手的支持力 C．物体受力并在该力方向上发生位移 D．物体发生位移，但在位移方向上不受力 答案：C。 解析：做功必须同时具备力和物体在该力方向上的位移。 SZ-LWH 课堂练习 2. 关于力做正功或负功的判断，正确的是（　　）。 A．摩擦力一定做负功 B．力与位移的夹角决定功的正负 C．力越大，功一定越大 D．负功表示该力没有做功 答案：B。 解析：功的正负由夹角余弦的正负决定，不能只看力的种类或大小。 SZ-LWH 课堂练习 3. 功是______量，国际单位制单位是______；恒力与位移垂直时，功为______。 答案：标；J；0。 解析：夹角为90°时余弦为零。 4. 40 N的水平恒力使物体沿力的方向移动5 m，求该力做的功。 答案：W = 40 × 5 J = 200 J 解析：力与位移同向，夹角为0°。 SZ-LWH 课堂练习 5. 120 N的恒力与位移方向成60°角，物体移动10 m，求该力做的功。 答案：W = 120 × 10 × cos60° J = 600 J 解析：先确认夹角，再代入恒力做功公式。 SZ-LWH 课堂练习 6. 工人用200 N、与水平方向成37°角斜向上的恒力拉箱子，箱子受到100 N的摩擦力并沿水平地面移动20 m。求拉力、摩擦力、重力、支持力以及合力做的功。（取cos37°=0.8） 先判断：拉力做正功，摩擦力做负功，重力和支持力与位移垂直。 下一步：分别列式，再求各分力功的代数和。 SZ-LWH 课堂练习 WF = 200 × 20 × 0.8 J = 3200 J WFf = −100 × 20 J = −2000 J 重力和支持力做功均为0。 W合 = 3200 J − 2000 J = 1200 J 解析：重力、支持力与水平位移垂直；合力功等于各分力功的代数和。 答案： SZ-LWH 功的判断与计算方法 1. 判断：确定研究对象、指定力和位移方向，判断是否做功及功的正负。 2. 列式：恒力用W=Fscosα；多力问题逐力计算或先求合力。 3. 检验：检查夹角、正负号和单位；合力直接做功与分力功代数和应一致。 SZ-LWH 课堂小结 做功条件 有力，并在力的方向上发生位移；两个因素缺一不可。 公式与单位 W = Fs cos α，适用于恒力，功的单位是J。 功的正负 锐角做正功，直角不做功，钝角做负功。 负功含义 负功表示力阻碍运动，不等于没有做功。 合力功 合力功等于各分力功的代数和，两种求法应一致。 SZ-LWH 作业布置 1．复习本节课的知识点； 2．完成课后练习； 3．整理笔记和易错题。 SZ-LWH $