高中物理必修2《功》教案
高中物理必修2《功》教案
教学目标
1、知识与技能
(1)理解功的概念，知道力和物体在力的方向发生位移是做功的两个不可缺少的因素;
(2)理解正功和负功的概念，知道在什么情况下力做正功或负功;
(3)知道在国际单位制中，功的单位是焦耳(J)，知道功是标量;
(4)掌握合力做功的意义和总功的含义;
(5)掌握公式W=Fs cosα的应用条件，并能进行有关计算。
2、过程与方法：理解正负功的含义，并会解释生活实例。
3、情感、态度与价值观：功与生活联系非常密切，通过探究功来探究生活实例。
教学重难点
教学重点
重点使学生掌握功的计算公式，理解力对物体做功的两个要素;
教学难点
1.难点是物体在力的方向上的位移与物体运动方向的位移容易混淆，需要讲透、讲白;
2.使学生认识负功的意义较困难，也是难点之一。
教学过程
一、功
1.基本知识
(1)功的定义
一个物体受到力的作用，并在力的方向上发生了一段位移，我们就说这个力对物体做了功.
(2)做功的因素
①力;②物体在力的方向上发生的位移.
(3)功的公式
①力F与位移l同向时：W=Fl.
②力F与位移l有夹角α时：W=Flcos_α，其中F、l、cos α分别表示力的大小、位移的大小、力与位移夹角的余弦.
③各物理量的单位：F的单位是N，l的单位是m，W的单位是N·m，即J.
(4)正功、负功
(5)合力的功
功是标量，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各个力分别对物体所做功的代数和，也等于这几个力的合力对这个物体所做的功.
2.思考判断
(1)公式W=Fl中的l是物体运动的路程.(×)
(2)力F1做功10 J，F2做功-15 J，力F1比F2做功少.(√)
(3)力对物体不做功，说明物体位移一定为零.(×)
探究交流
一个人提着一水桶，在水平路面上匀速行走了一段路程，人对水桶是否做了功?
【提示】 人提着水桶在水平路面上行走，人提桶的力对水桶不做功.因为人提水桶的力，沿竖直方向，而水桶在竖直方向上无位移.
二、功及正功、负功的理解
【问题导思】
1.公式W=Flcos α中各符号的意义如何?
2.功有正负，功是矢量吗?
3.做功与做工相同吗?
1.对公式W=Flcos α的理解
(1)各符号的含义：F表示力的大小;l表示力的作用点相对于地面位移的大小，当力的作用点的位移与物体的位移相同时，也常常说是物体相对于地面的位移大小;α表示力和位移方向的夹角.
(2)W=F·lcos α与W=Fcos α·l的理解
公式可以表示为W=F·lcos α，表达的物理意义是功等于力与沿力F方向的位移的乘积;公式也可以表示为W=Fcos α·l，表达的物理意义是功等于沿位移方向的力与位移的乘积.
2.对正功、负功的理解
(1)功是标量：功是标量，只有量值，没有方向.功的正、负并不表示功的方向，而且也不是数量上的正与负.我们既不能说“正功与负功的方向相反”，也不能说“正功大于负功”，它们仅表示相反的做功效果.
(2)正功、负功的物理意义：功的正负由力和位移之间的夹角决定，所以功的正负不表示方向，而只能说明做功的力对物体来说是动力还是阻力.
(3)一个力对物体做负功，往往说成物体克服这个力做功.
误区警示
1.计算功时首先应明确要求的是哪一个力的功，物体所受的各个力做功时互不影响.
2.物理学中的“做功”与日常生活中的“工作”含义不同.
例：如图所示，平行于斜面向上的拉力F使质量为m的物体匀速地沿着长为L，倾角为α的斜面的一端向上运动到另一端，物体与斜面间的动摩擦因数为μ，分别求作用在物体上各力对物体所做的功.
【审题指导】 审题时应注意以下条件
(1)物体匀速运动，合力为零，且各力均为恒力.
(2)求力的功时，要特别关注力和位移的夹角.
【答案】 拉力做功mgL(sin α+μcos α)，重力做功-mgLsin α，摩擦力做功-μmgLcos α，斜面弹力对物体不做功
规律总结：力做正功还是负功的判断方法
1.看力F与位移l的夹角α
α<90°，力做正功;α>90°，力做负功;α=90°，力不做功.
2.看力F与速度v的夹角α
α<90°，力做正功;α>90°，力做负功;α=90°，力不做功.
3.看速率增大还是减小，若在力作用下速率增大，此力做正功，反之做负功.
三.摩擦力功的理解
【问题导思】
1.静摩擦力一定不做功吗?
2.滑动摩擦力一定做负功吗?
3.相互作用的一对静摩擦力的总功和一对滑动摩擦力的总功分别如何?
我们知道运动的物体可以受滑动摩擦力或静摩擦力，静止的物体也可以受滑动摩擦力或静摩擦力.
总结
(1)当静止的物体受到滑动摩擦力或静摩擦力时，摩擦力对该物体不做功.
(2)当运动的物体受到滑动摩擦力或静摩擦力时，摩擦力可能是阻力，也可能是动力.当摩擦力为动力时，摩擦力做正功;当摩擦力为阻力时，摩擦力做负功.
(3)求摩擦力做的功时，对于静摩擦力，由于物体之间相对静止，两物体位移相同.因此一对静摩擦力做功的代数和为零.对于滑动摩擦力，由于物体之间有相对滑动，故两个物体的对地位移并不相同，因此两个相互作用的滑动摩擦力做功的总和不为零.
例：质量为M的木板放在光滑的水平面上，一个质量为m的滑块以某一速度沿木板表面从A点滑至B点，在木板上前进了L，而木板前进l，如图所示.若滑块与木板间的动摩擦因数为μ，求摩擦力对滑块、对木板做功各为多少?摩擦力做的总功为多少?
【审题指导】 解答此题应把握以下两点：
(1)两物体所受摩擦力的方向.
(2)求功时所用位移是指物体对水平面的位移.
【答案】 -μmg(l+L) μmgl -μmgL
四、总功及其求解思路
【问题导思】
1.什么是总功?
2.总功的求法有哪些思路?
3.上述思路常适用于哪些情况?
由合力与分力的等效替代关系知，合力与分力做功也是可以等效替代的，因此计算总功的方法有两种：
1.先求物体所受的合力，再根据公式W合=F合lcos α求合力的功.
2.先根据W=Flcos α，求每个分力做的功W1、W2、W3、…、Wn，再根据W合=W1+W2+W3+…+Wn，求合力的功.即合力做的功等于各个分力做功的代数和.
误区警示
方法(1)：仅适用于几个力同时作用于物体上，且它们均不发生变化的情况;
方法(2)：在任何情况下都适用，不管是几个力同时作用，还是作用时间有先后.
例：如图所示，一个质量m=2 kg的物体，受到与水平方向成37°角斜向上方的力F=10 N作用，在水平地面上移动的距离l=2 m，物体与地面间的滑动摩擦力Ff=4.2 N，求外力对物体所做的总功.(cos 37°=0.8，sin 37°=0.6)
【审题指导】 求解该题一般有如下两种思路：
【答案】 7.6 J
规律总结：灵活选择两种求合力功的方法
1.如果物体处于平衡状态或在某一方向受力平衡，或者物体在某一方向上做匀变速直线运动
(合力等于ma)，先求合力再求功的方法更简捷.
2.如果已知物体所受的力之中有的不做功，有的做功且方便求得该力的功(如重力功)时，选择W合=W1+W2+W3+…+Wn简单方便.
例：如图所示，质量为m的物体静止在倾角为θ的斜面上，物体与斜面间的动摩擦因数为μ.现使斜面水平向左匀速移动距离l.该过程中，斜面对物体做的功、各力对物体做的总功分别是( )
A.-mglsin θcos θ，0
B.0,0
C.0，mglsin θcos θ
D.-mglsin θcos θ，mglsin θcos θ
【答案】 B
五、变力功的求法
例：如图所示，摆球质量为m，悬线的长为L，把悬线拉到水平位置后放手.设在摆球运动过程中空气阻力Ff的大小不变，求摆球从A运动到竖直位置B时，重力mg、绳的拉力FT、空气阻力Ff各做了多少功?
【答案】 mgL;0;
