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ID号:4478
标题:功
频道:高中教案
栏目:高中物理教案
属性: 热
作者:xhx
来源:旧版导入
点击:
编辑:管理员
时间:2006-4-19 |
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功 |
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作者：xhx 文章来源：旧版导入 点击数： 更新时间：2006-4-19  |
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教案示例
——功
一、教学目标
1．理解功的概念，知道力和物体在力的方向上发生位移是做功的两个不可缺少的因素．
2．知道功的公式 ，会用这个公式进行计算．
3．理解正功和负功的概念，知道什么情况下力做正功或负功．
4．知道什么是几个力对物体做的总功，知道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．
二、重点难点
重点：理解功的概念，掌握功的计算．
难点：对正功和负功的理解，合力做功的计算
三、 教学过程：
我们在初中阶段已经学过功的初步知识，知道一个物体受到力的作用，并在力的方向通过了一段距离，则说这个力对物体做了功，那么对于物体在力的方向上通过的距离，怎样用更确切的物理术语来表述，功的大小怎样定量地用物理量来表达是本书教学中要解决的问题．
（一）功
通过实例（可请学生举例）判定力是否对物体做功，回顾总结做功所必需的两个因素．
1． 功的概念：物体受到力的作用并在力的方向上发生位移，则这个力对物体做了功．
2．做功的两个不可缺少的因素，力和物体在力的方向上发生的位移
3．功的计算．
（1）力学里规定：如果力的方向与物体的运动方向一致，功（W）就等于力（F）的大小和位移（s）的大小的乘积，W=F·s．
（2）功的计算公式
如图所示，物体在力F作用下，发生了位移 ，拉力F与位移间的夹角为 ，则物体在力F方向上的位移 ，由功的概念得： ．
功的计算公式： ，力对物体做的功等于力的大小、位移的大小、力和位移的夹角的余弦这三者的乘积、
功的计算公式也可以这样得到：将力F分解为位移方向的分力 和垂直位移方向的分力 ，而 垂直于位移不做功，所以 ．
①功是过程量，是力在物体沿力的方向发生位移的过程中的积累效应．
②功是标量．
③功的单位：在国际单位制中，功的单位是焦耳，简称焦，符号是J，1J＝1N·m
注意：在力学中力矩的单位为N·m，功或能的单位为J．
（二）正功和负功——对 的讨论
1．当 时， ，表示力F对物体做正功．
2．当 时， ，表示力F对物体不做功．
3．当 时， ，表示力F对物体做负功．
一个力对物体做负功，通常说成物体克服这个力做功（取绝对值），两种说法在意义上是等同的，例如质量为0.5kg的物体在做竖直上抛运动，向上运动了3m的过程中，重力对它做功 （J），可说成物体克服重力做功15J（不能说物体克服重力做功－15J）．
（三）对功的进一步理解
1．正功和负功
功是标量，只有量值，没有方向，功的正负不是数量上的正与负，它们仅表示相反的做功效果，我们既不能说“正功和负功方向相反”也不能说“正功大于负功”．
2．功与物体的运动状态及运动形式无关．
力对物体做功，总跟力的大小、位移的大小，以及两者的夹角有关，而跟物体受力以后通过这段位移做什么运动没有关系
3．功的公式中F和s必须具备同时性．
计算力F做功时所发生的位移，必须是在同一个力F持续作用下发生的，如果力只在物体的一段位移中有作用，力消失后仍继续运动，那么力所做的功，就只跟有力作用的那一段位移有关，而跟其余位移无关．
4．合力的功
（1）合力的功可先通过计算合外力得到 ．
（2）合力的功也可先通过计算各个力的功得到：
可以证明：当物体受几个力作用发生一段位移时，这几个力对物体做的总功（各力做功的代数和），等于这几个力的合力对物体做的功 ．
5．变力的功
在位移s上恒力F的功，可直接代入 计算，而变力做的功可采用“微分”的思想，把物体通过各个小段所做的功加在一起，就等于变力在整个过程中所做的功．
6．示功图
利用力—位移图像可求功，如图（a）所示表示恒力的力—位移图像，横坐标表示物体在力的方向位移，功W在数值上等于图线与横坐标轴所围的“面积”，图（b）图线与横坐标轴所围的“面积”表示变力在这一段位移中所做的功．
例1：质量为m的物体，受水平力F的作用，在粗糙的水平面上运动，如图所示，下列说法中正确的是（）
A．如果物体做匀加速直线运动，F一定对物体做正功
B．如果物体做匀减速直线运动，F一定对物体做负功
C．如果物体做匀速直线运动，F一定对物体做正功
D．如果物体做匀速直线运动，F可对物体做负功
【解析】水平面粗糙，物体除受水平拉力F作用外，水平方向还受到摩擦力作用．
物体做匀速运动或匀加速运动时，拉力F的方向与物体的运动方向一定相同，F对物体一定做正动，物体做匀减速运动时，F的方向与物体的运动方向可能相同，也可能相反，F可能对物体做正功，也可能对物做负功．
正确选项为AC
例2：如图所示，一个质量为m的木块，放在倾角为 的斜面上保持静止状态，现将斜面体沿水平方向向右匀速移动距离s，木块与斜面相对静止，求这一过程中作用在木块上的各个力所做的功分别是多少？合力做的功是多少？
【解析】木块在斜面上受三个力作用并处于平衡状态，重力 ，方向与位移垂直；静摩擦力 ，方向与位移成 夹角；弹力 ，方向与位移成 夹角；合力为零，由功的公式得各力做功：
重力做功
摩擦力做功
弹力做功
合力做功 （满足 ）
例3：如图所示，某个力 N作用于半径 m的转盘的边缘上，力F的大小保持不变，但方向任何时刻均沿过作用点的切线方向，则转盘转动一周的过程中，力F所做的功为（）
A．0J B．20 J C．10J D．无法确定
【解析】由于F的方向总与该时刻的速度方向一致，因此F做功不为零，可把圆周分成很多的小段，每一小段内F的方向几乎与该小段的位移方向一致（也可等效地将曲线拉直），所以F做的功为 （J）．
正确选项为B
例4：如图所示，水平的传送带以恒定的速度 m/s顺时针运转，两转动轮M、N之间的距离为 m，若在M轮的正上方，将一质量为 kg的物体轻放在传送带上，已知物体与传送带之间的动摩擦因数为 ，在物体由M处传送到N处的过程中，传送带对物体的摩擦力做了多少功？
【解析】物体放在M处的初速度为零，与传送带之间有相对滑动，设物体到达N端之前速度已达6m／s，则物体在这一加速过程中发生的位移 ，假设成立，物体在以下的位移 m中不再受摩擦力作用，整个过程中只有在一开始的6m位移中存在摩擦力作用，所以摩擦力在整个过程做的功 （J）
讨论：如果M与N间的距离为5m，应怎样计算．
小结：功： ，合力的功： ．
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