高中物理 第七章 机械能守恒定律 第二节 功教案 新人教版必修2.docx

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高中物理第七章机械能守恒定律第二节功教案新人教版必修2

2019-2020年高中物理第七章机械能守恒定律第二节功教案新人教版必修2

课时：

一课时教师：

教学重点

理解功的概念及正、负功的意义．

教学难点

利用功的定义解决有关问题．

三维目标

知识与技能

1．理解功的概念，能利用功的一般公式进行功的计算．

2．理解总功，能计算合外力对物体所做的总功．

3．理解功是能量转化的量度，并能举例说明．

过程与方法

1．能从现实生活中发现与功有关的问题．

2．体会科学研究方法对人类认识自然的重要作用．

3．能运用功的概念解决一些与生产和生活相关的实际问题．

情感、态度与价值观

有参与科技活动的热情，有将功的知识应用于生活和生产实际的意识，勇于探究与日常生活有关的物理学问题．

教学过程：

导入新课

练习：

放在光滑水平面的物体质量m=10kg，受到一水平向右的拉力F=10N作用，从静止开始运动，求物体5s末的速度。

思考：

①物体有了速度我们可以认为物体具有了什么能量？

②在本题中力与能量之间有何关系，如果力与运动方向相反，又会如何？

一、日常生活中的能量

1、能量随处可见

（1）动能：

物体由于运动而具有的能量

（2）势能：

相互作用的物体凭借其位置而具有的能量

重力势能：

物体由于被举高而具有的能量

弹性势能：

物体由于被挤压或拉伸而具有的能量

2、做功改变了物体的能量

货物在起重机的作用下重力势能增加

列车在机车牵引力的作用下动能增加了握力器在手的压力下弹性势能增加

二、阅读《功》部分，讨论：

1、一个物体受到了力的作用，这个力就一定对物体做功对吗？

物体在一定的时间内发生了位移，就一定有力对物体做功吗？

2、物体受到了力的作用，而且物体在一定时间内也发生了位移，该力就一定对物体做功吗？

3、试总结：

什么是功?

力对物体做功必须满足什么条件?

如何理解物体的位移和物体在力的方向发生的位移?

二、功

1、条件：

力和物体在力的方向上发生的位移，是做功的两个不可缺少的因素。

只有力，没有位移，故力不做功。

力与位移方向相同，力做功。

力与位移方向垂直，在竖直方向上有力但没有位移故力不做功

2、推导功的表达式：

（1）如果力的方向与物体的运动方向一致，该怎样计算功呢？

物体m在水平力F的作用下水平向前行驶的位移为S，如图甲所示，求力F对物体所做的功。

（2）如果力的方向与物体的运动方向成某一角度，该怎样计算功呢？

（3）把力F分解后，分别算出两分力所做的功然后加起来就等于力F所做的功，这是为什么？

（4）恒力对物体做功的一般表达式

W=Fscosα中各项所代表的意义分别是什么？

（5）功的物理意义?

功的单位是什么？

（6）功是标量还是矢量？

二、功的概念

1、功的定义：

物体受到力的作用，并且在力的方向上发生一段位移，就叫做力对物体做了功。

力和在力的方向上发生的位移是做功的两个不可缺少的因素。

2、恒力对物体

做功的公式：

W=FScosα（α是力的方向与位移方向的夹角）

辨认力的方向与位移方向的夹角

2、恒力对物体做功的公式：

W=FScosα

（其中F为恒力，S为相对地面的位移，α为力的方向和位移方向的夹角）

物理意义：

力F对物体所做的功等于力的大小、位移S的大小，力和位移之间夹角α的余弦这三者的乘积。

3、功的物理意义：

描述力在空间上的积

累效果

4、单位：

焦（J）

下图表示物体在力F作用下在水平面上发生一段位移s,试分别计算在这三种情况下力F对物体所做的功，设在这三种情况下力、位移的大小都相同：

F=10N,s=2m,角θ的大小如图中所示。

拓展讨论：

甲和丙图中力F做的功相同，那么力F对物体产生的效果有什么不同呢？

物体对地产生的压力不同

三、正功和负功

阅读教材正功和负功，讨论：

（1）物体受到了力也在发生位移，什么时候力不做功？

什么时候做正功？

什么时候做负功？

（2）什么功能使物体速度大小变大？

什么功可使物体速度大小变小？

（3）关于力对物体做负功的两种意义等同的说法是什么？

（4）当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

的总功如何求解?

总功与合力做功有什么关系？

情形

（一）

如小球在水平桌面上运动时，重力G和支持力FN都跟位移方向垂直，这两个力不做功。

（1）当α=π/2时，cosα=0，W=0。

这表示力F的方向跟位移的方向垂直，力F不做功。

情形

（二）

（２）当α＜π/2时，cosα＞0，W＞0。

这表示力F对物体做正功，力F充当动力角色，使物体运动加快，向物体输入能量。

如人用力拉车前进时，人的拉力Ｆ对车做正功。

情形（三）

（３）当π/2＜α≤π时，cosα＜0，W＜0。

力F充当阻力角色，使物体运动减慢，向外输出能量。

如推着小车跑动的人，到达目的地减速时，人向后拉车的力Ｆ对车做负功。

一个力对物体做负功，往往说成物体克服这个力做了正功（取绝对值）。

小结：

1、正功：

意味着动力做功，能量增加过程，负功：

意味着阻力做功，能量减少过程。

2、功的正负由力和位移之间的夹角决定。

3、功是一个标量

4、力对物体做负功（-FS）物体克服力F做（正）功（FS）

5、当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这几个力的合力对物体所做的功。

例：

一个质量m＝150kg的雪橇，受到与水平方向成θ＝37°角斜向上方的拉力F＝500N，在水平地面上移动的距离l＝5m，雪橇与地面间的滑动摩擦力

F阻＝100N，求力对雪橇所做的总功。

1、对物体进行受力分析；

2、讨论有几种求解方法。

求力对物体所做的总功有两种方法：

（1）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

（2）、先求出物体所受的合力，然后再求出合力的功，即：

W总=F合Scosα

练习：

质量为m＝2kg的物体在水平地面上，受到与水平面成θ＝37°，大小F1＝10N的拉力作用，移动的距离l＝2m，已知：

物体与地面的动摩擦因数μ＝0.3，g为10m/s2，求：

①拉力F1对物体所做的功；

②摩擦力F2对物体所做的功；

③重力G对物体所做的功；

④弹力F3对物体所做的功；

⑤合外力F对物体所做的总功.

课堂小结

通过本节课的学习，我们了解以下知识点：

1、功的求解公式W＝Flcosα，其中α指的是F和l之间的夹角。

2、功是一个可以有正负的标量，它的正负是由cosα的正负决定的。

3、求解力对物体所做总功的方法：

求出各个力所做的功，则总功等于各个力所做功的代数和。

课堂练习：

1、如图所示，质量为m的物体静止于倾角为θ的光滑斜面体上，斜面体的质量为M.现对该斜面体施加一个水平向左的推力F，使物体与斜面之间无相对滑动，两物体一起沿水平方向向左移动了s，则在此匀加速运动过程中斜面体M对物体m做的功为（　　）．

A．Fs　　　　　B．mgstanθ　　　　　

C.

Fs　　　　　D．mgscosθsinθ

2、起重机将质量为100kg的重物竖直向上移动了2m，下列三种情况下，做功的力各有哪几个力？

每个力做了多少功？

是正功还是负功？

（不计阻力，g取9.8m/s2）

（1）匀加速提高，加速度a1＝0.2m/s2；

（2）匀速提高；

（3）匀减速下降，加速度大小a2＝0.2m/s2.

3、如图，在光滑的水平面上，物块在恒力F＝100N的作用下从A点运动到B点，不计滑轮的大小，不计绳与滑轮的质量及绳、滑轮间的摩擦，H＝2.4m，α＝37°，β＝53°.求拉力F做的功．

答案：

1．D

2．

（1）拉力和重力；W拉＝2×103J，WG＝－1.96×103J；拉力做正功，重力做负功

（2）拉力和重力；均等于1.96×103J；拉力做正功，重力做负功

（3）拉力和重力；拉力做功－2×103J；重力做功1.96×103J；拉力做负功，重力做正功

3．100J

布置作业

1．教材“问题与练习”第2、3题．

2．以小组为单位，让学生举出生活中力做正功、负功、不做功的实际例子，加深对教材内容的理解．

2　功

功

2019-2020年高中物理第七章机械能守恒定律第二节功自我小测新人教版必修2

一、选择题（其中第1～5题为单选题，第6、7题为多选题）

1．下列关于力做功的说法中正确的是（　　）

A．人用力F＝300N将足球踢出，球在空中飞行40m，人对足球做功1200J

B．人用力推物体，但物体未被推动，人对物体做功为零

C．物体竖直上升时，重力不做功

D．只有恒力才能做功，变力不能做功

2．如图所示，一小孩和一大人都以水平的力匀速推动相同的木箱在相同的路面走同样的位移（推箱的速度大小如图中所注），比较此过程中两人分别对木箱做功的多少（　　）

A．大人做的功多B．小孩做的功多

C．大人和小孩做的功一样多D．条件不足，无法判断

3．一人乘电梯从1楼到20楼，在此过程中经历了先加速、后匀速、再减速的运动过程，则电梯支持力对人做功情况是（　　）

A．加速时做正功，匀速时不做功，减速时做负功

B．加速时做正功，匀速和减速时做负功

C．加速和匀速时做正功，减速时做负功

D．始终做正功

4．关于摩擦力做功，下列说法正确的是（　　）

A．静摩擦力总是做正功，滑动摩擦力总是做负功

B．静摩擦力对物体不一定做功，滑动摩擦力对物体一定做功

C．静摩擦力对物体一定做功，滑动摩擦力对物体可能不做功

D．静摩擦力和滑动摩擦力都可能对物体不做功

5．以一定的初速度竖直向上抛出一个小球，小球上升的最大高度为h，空气阻力的大小恒为F，则从抛出至回到原出发点的过程中，空气阻力对小球做的功为（　　）

A．0B．－FhC．－2FhD．－4Fh

6．质量为2kg的物体放在动摩擦因数μ＝0.1的水平面上，在水平拉力的作用下由静止开始运动，水平拉力做的功W和物体发生的位移x之间的关系如图所示，重力加速度g取10m/s2，则（　　）

A．此物体在AB段做匀加速直线运动

B．此物体在AB段做匀速直线运动

C．此物体在OA段做匀加速直线运动

D．此物体在OA段做匀速直线运动

7．质量为2kg的物体置于水平面上，在运动方向上受到水平拉力F的作用，沿水平方向做匀变速直线运动，2s后撤去F，其运动的速度图象如图所示，g取10m/s2，则下列说法中正确的是（　　）

A．拉力F对物体做功150JB．拉力F对物体做功500J

C．物体克服摩擦力做功100JD．物体克服摩擦力做功175J

二、非选择题

8．如图所示，滑轮和绳的质量及摩擦不计，用力F开始提升原来静止的质量为m＝10kg的物体，以大小为a＝2m/s2的加速度匀加速上升。

求前3s内力F做的功。

（g取10m/s2）

9．如图所示，一个质量m＝2kg的物体，受到与水二次方向成37°角斜向上的拉力F1＝10N，在水平地面上移动的位移l＝2m，物体与地面间的滑动摩擦力F2＝4.2N，求外力对物体所做的总功。

参考答案

1．解析：

人用力踢足球时，力F不是始终作用于足球上，A错误；人用力推物体，物体位移为零，则人对物体做功为零，B正确；物体竖直上升时，重力做负功，C错误；只要物体在力的方向上有位移，力就对物体做功，无论此力是恒力还是变力，D错误。

答案：

B

2．解析：

因为木箱匀速运动，小孩和大小所用的推力相等，又因为所走的位移相同所以做功一样多，C选项正确。

答案：

C

3．解析：

力与运动方向始终相同，故D选项正确。

答案：

D

4．解析：

不论是静摩擦力还是滑动摩擦力，都可以做正功、负功或不做功，例如，推一木块在桌面上滑动，滑动摩擦力对木块做负功，滑动摩擦力对桌面不做功。

答案：

D

5．解析：

物体在上升和下降过程，空气阻力大小不变方向改变但都是阻碍物体运动，亦即上升过程和下降过程都是做负功，所以全过程空气阻力对物体做功：

WF＝WF上＋WF下＝－Fh＋（－Fh）＝－2Fh。

答案：

C

6．解析：

由题中图象得：

此物体在OA段所受的水平拉力为F1＝

＝5N，在AB段所受的水平拉力为F2＝

＝2N；物体所受滑动摩擦力为Ff＝μmg＝2N，所以此物体在AB段做匀速直线运动，选项B正确；此物体在OA段做匀加速直线运动，选项C正确。

答案：

BC

7．解析：

前2秒的加速度a1＝

m/s2＝2.5m/s2，

2秒～6秒的加速度a2＝

m/s2＝－2.5m/s2，

由牛顿第二定律得：

F－Ff＝ma1

Ff＝ma2

解得：

F＝10N，Ff＝5N，

前2秒位移：

x1＝

（5＋10）×2m＝15m，

2秒～6秒位移：

x2＝

×（10＋0）×4m＝20m，

所以WF＝Fx1＝150J，Wf＝Ff（x1＋x2）＝175J，选项A、D正确。

答案：

AD

8．解析：

3s内物体的位移

x＝

at2＝

×2×32m＝9m。

设绳对物体的拉力为F1，由牛顿第二定律有

F1－mg＝ma得F1＝120N。

3s内力F所做的功W＝F1x＝120×9J＝1080J。

答案：

1080J

9．解析：

解法1：

拉力F1对物体所做的功为

W1＝F1lcos37°＝10×2×0.8J＝16J

摩擦力F2对物体所做的功为：

W2＝F2lcos180°＝4.2×2×（－1）J＝－8.4J

外力对物体所做的总功W等于W1和W2的代数和。

所以W＝W1＋W2＝7.6J。

解法2：

物体受到的合力为

F合＝F1cos37°－F2＝10×0.8N－4.2N＝3.8N

所以W＝F合l＝3.8×2J＝7.6J。

答案：

7.6J