陕西省石泉县江南高级中学沪教版高中物理必修二：3.1功与机械能 教案+课件 (3份打包)

3.1功 【学习目标】 1. 知道什么是物体的动能，什么是物体的势能 2. 知道功的概念及做功的两个要素 3. 掌握功的量度、公式及单位，并能计算有关的实际问题 4．知道功是标量，知道正功和负功的区别 5．理解合外力做功、变力做功的计算方法 【要点梳理】 要点一、伽利略的理想实验 要点诠释： (1)提出问题：在伽利略的理想实验中，小球滚下斜面A，如图所示，它就要继续滚上另一个斜面B．重要的是，伽利略发现了具有启发性的事实：无论斜面B比斜面A陡些或缓些，小球最后总会在斜面上的某点停下来，这点距斜面底端的竖直高度与它出发时的高度相同．看起来，小球好像“记得”自己起始的高度．然而，“记得”并不是物理学的语言，在物理学中，如何表述这一事实呢? (2)分析：守恒定律是自然界的普遍规律，已成为人们认识自然的重要工具，寻找守恒量的目的就是揭示、发现自然界的普遍规律，以便认识自然、利用自然． 在上述伽利略的理想实验中，我们先分析小球的运动特点，小球沿斜面滚下时，高度降低，但速度增大，而小球沿斜面滚上时，高度增加，但速度减小．那么可知，小球凭位置而具有的能量减少时，由于运动而具有的能量就增加，反之，也成立，这就体现出守恒量——能量． 要点二、能量 要点诠释： 能量与物体的运动相对应，是对物体不同运动形式的统一量度，不同的运动形式对应不同的能量． (1)势能：相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫做势能． 注意：①两物体间有相互作用力，物体才会有势能． ②势能是与两物体相对位置有关的能量，又叫位能． 例如：地面附近的物体被提到一定的高度而具有的能量叫重力势能；拉伸、压缩的弹簧，拉开的弓具有的能量叫弹性势能． (2)动能：物体由于运动而具有的能量叫做动能． 动能是一个状态量，动能的大小与物体的运动方向无关，只与物体的质量和运动速度的大小有关．例如：高速运动的炮弹具有很大的动能，可以穿透军舰厚厚的钢板进入船体；运动的水流、气流(风)可以推动叶轮转动而使发电机发电． 不同的运动形式在相互转化的过程中对应的能量也在不断地转化着，总的能量守恒意味着运动是守恒的．能量守恒定律使人类对自然界有了本质的定量认识． 要点三、功的概念 要点诠释： (1)功的定义：物体受力的作用，并沿力的方向发生一段位移，就说力对物体做了功． 力对物体做功是和一定的运动过程有关的．功是一个过程量，功所描述的是力对空间的积累效应． (2)功的两个要素：力和沿力的方向发生位移． 两个要素对于功而言缺一不可，因为有力不一定有位移；有位移也不一定有力． 特别说明：力是在位移方向上的力；位移是在力的方向上的位移．如物体在光滑水平面上匀速运动，重力和弹力的方向与位移的方向垂直，这两个力并不做功． (3)功的计算式： ． 在计算功时应该注意以下问题： ①式中F一定是恒力．若是变力，中学阶段一般不用上式求功．②式中的l是力的作用点的位移，也为物体对地的位移．α是F方向与位移l方向的夹角．③力对物体做的功只与F、l、α三者有关，与物体的运动状态等因素无关．④功的单位是焦耳，符号是J． (4)功是标量，只有大小没有方向，因此合外力的功等于各分力做功的代数和． (5)物理学中的“做功”与日常生活中的“工作”含义不同． 例如：一搬运工在搬运货物时，若扛着货物站着不动不算做功；扛着货物水平前进不算做功；而在他拿起货物向高处走时就做功了．所以力对物体做功必须具备两个要素：力和在力的方向上有位移． 要点四、功的正负 要点诠释： 1．功的正负 力对物体做正功还是负功，由F和l方向间的夹角大小来决定． 根据 知： (1)当0°≤α＜90°时，cosα＞0，则W＞0，此时力F对物体做正功． (2)当α＝90°时，cosα＝0，则W＝0，即力对物体不做功． (3)当90°＜α≤180°时，cosα＜0，则W＜0，此时力F对物体做负功，也叫物体克服力，做功． 2．功的正负的物理意义 因为功是描述力在空间位移上累积作用的物理量，是能量转化的量度，能量是标量，相应地，功也是标量．功的正负有如下含义： 意义 动力学角度 能量角度 正功 动力对物体做正功，这个力对物体来说是动力 力对物体做功，向物体提供能量，即受力物体获得了能量 负功 力对物体做负功，这个力是阻力，对物体的运动起阻碍作用 物体克服外力做功，向外输出能量(以消耗自身的能量为代价)，即负功表示物体失去了能量 说明 不能把负功的负号理解为力与位移方向相反，更不能错误地认为功是矢量，负功的方向与位移方向相反．一个力对物体做了负功，往往说成物