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时间:2019-09-03
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1、物理知识点春高中物理72功教学设计5新人教版必修2【教案】 第2节功 理解领悟做功过程反映了能量的变化过程。就本章知识结构来说,“功”是为进一步得出“能”这个更为广泛、更为重要的概念服务的。因此,“功”是本章的重要内容。本节知识是初中学习的继续和提高。 本节课的重点是理解功的概念,掌握功的计算。难点是对正功和负功的理解。基础级1.做功的两个不可缺少的因素 物理中的“功”不同于人类活动和生产劳动中的“做工”、“工作”和“劳动”等物理中的做功是特定的物理过程。理解功的概念,首先要知道做功的两个不可缺少的因素:力
2、和物体在力的方向上发生的位移。只有两者同时不为0,力才对物体做了功。 例如,人提着水桶在水平路面上行走,人提水桶的力对水桶就不做功,因为提水桶的力沿竖直方向,而水桶在竖直方向上无位移。 再如,在光滑水平面上用绳子拉着物体绕固定端做匀速圆周运动,绳子的拉力对物体也不做功,因为绳子的拉力方向和物体的运动方向始终垂直,也就是说,在拉力方向上物体无位移。 2.功的计算 Fl如图5—6所示,当力的方向与物体位移的方向一致时,功等于力的大小F与位移的大小l的乘积,即图5-6 W=Fl。F2F当力的方向与物体位移的方向
3、成某一角度时,我们可以将力FlαF1沿位移l的方向和垂直于位移l的方向分解为两个分力F1、F2,如 图5-7图5—7所示。其中,分力F2与位移l垂直,做功为0,因此力F对l1物体所做的功等于分力F1对物体所做的功,即FlW=F1l=(Fcosα)l=Flcosα。α我们也可以换一种思路:将位移l沿力F的方向和垂直于力F的方向分解为两个分位移l1、l2,如图5—8所示,同样可以得出力l2F对物体所做的功为 W=Fl1=F(lcosα)=Flcosα。图5-8 可见,力对物体所做的功,等于力的大小、位移的大小、力
4、与 位移夹角的余弦的乘积。在国际单位制中,功的单位是焦耳,简称焦,符号是J。3.对功的公式的理解 对功的公式W=Flcosα,应从以下几方面加强理解: ①公式中的F是恒力,即公式W=Flcosα并不是普遍适用的,它只适用于大小和方向均不变的恒力做功。例如,如图5—9所示。 图5—9被压缩的弹簧将物体弹出的过程中,弹力所做的功就是变力做功,力 F的大小时刻在变化,这时W=Flcosα就不适用了。 ②公式中的l是指力的作用点的位移。如果研究对象是一个可当成质点的物体,则l亦即物体的位移。如果研究对象是一个物
5、体系,力的作用点的位移与物体系各物体的位移不相同时,则必须用力的作用点的位移代入公式计算该力对物体系做的功。 ③公式中的是α指力的方向和位移方向的夹角,即代表力和位移的两个矢量的箭头所指方向间的夹角,而不是问题中某一个以α命名的角。 ④公式中F和l分别指“力的大小”和“位移的大小”,即公式中F和l恒取正值。 1 而W是可正可负的,从公式容易看出,W的正负完全取决于的cosα正负,也就是α的大小。 ⑤对公式W=Flcosα,可以理解为功W等于力在位移方向上的分量Fcosα与位移l的乘积,也可以理解为功W等于
6、力F和位移在力的方向上的分量lcosα的乘积。 ⑥公式可以看出,某个力对物体所做的功只跟这个力、力的作用点的位移以及力与位移间的夹角有关,而跟物体是否还受到其他力的作用无关,跟物体的运动状态也无关。同时应注意F与l必须具备同时性,即l必须是力F作用过程中物体的位移。如果力消失后物体继续运动,力所做的功就只跟力作用的那段位移有关,跟其余的位移无关。4.关于正功与负功 功是标量,只有大小,没有方向,但功有正负。若力和位移的夹角为α,当0°≤α<90°时,W>0,即力对物体做正功;当α=90°时,W=0,即力对物体不
7、做功;当90°<α≤180°时,W<0,即力对物体做负功,或者说物体克服这个力做功。 功的正值与负值不是代表不同的方向,也不表示功的大小,而是表示所做功的性质,反映力对物体产生位移所起的作用,反映不同的做功效果。在物体发生位移的过程中,各个力的作用不同。对这个物体发生位移起推动作用的力做正功;反之,在对物体产生位移起阻碍作用的力做负功,也就是这个物体克服阻力做功。我们不能说“正功与负功方向相反”,也不能说“正功大于负功”。5.功为什么不是矢量? 功有正负,而为什么功不是矢量、没有方向呢?让我们来看一个例子:如图
8、5—10所示,在光滑水平面上,物体受两个沿水平方向、互相垂直的大小分别为F1=3N和F2=4N的恒力,从静止开始运动l=10m。求每个力做的功和合力做的总功。 解:合力F合F12F223242N=5N。 F153°37°合力方向即合位移方向容易求得与F1、F2的夹角分别为53°和37°。 所以W1=F1lcosα1=3×10×cos53°=18J,W2
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