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1、本节课是本章《机械能守恒定律》的总第二课时,第一课时学习了本章第1节:追寻守恒量----能量和功的一些基本概念(定义,条件,大小,单位);
2、本节内容主要学习应用功的公式进行计算,从而弄懂正负功;并掌握计算总功的两种计算方法;旨在通过磨题磨错的方式让学生牢牢把握其本质,为后面的动能定理、机械能守恒定律和功能关系的学习做好准备;最后通过课堂作业让学生得到成功的体验,享受成功的愉悦,激发学习的热情和责任感。
3、功的概念本身并不很难,但只要涉及到其他方面无形就让功的应用变得更加重要,而且学生的计算能力较弱,以及上个学期正交分解又有点忘记了,所以本节内容注重基础,以期能够举一反三。
1、多媒体课件;2、导学案。
1.复习回顾:功的概念,做功的条件、大小、单位、矢量性;
2.理解正功、负功的概念;会对各种力是否做功及做正功、负功的判断;
3.会利用公式进行总功的计算;巩固受力分析。
4.通过利用功的公式对正负功、总功的计算进行磨题磨错的训练提升学生的解题能力,同时也对这个概念有更深的理解,为后面的摩擦力做功的特点及变力做功的理解做好充分的准备。
1、会利用功的公式进行各种计算;
2、求合力做功的两种方法。
讲授法;学生展示法;课堂讨论法;练习法;
这节课我们来学习《功及其应用》。上一节了解了能量的基本概念,而我们要确定能量的定量表达式却并非易事(太抽象),幸好人们建立并不断发展了“功”的概念。所以学习“能”之前先来学习“功”。前面我们对“功”的基本概念已经有了一个简单的了解,我们先请同学们来回顾一下这些概念:
一、功
1、概念:如果一个物体受到力的作用并且在力的方向上发生了位移,物理学上就说这个力对物体做了功。
2、做功的条件:①力;②力的方向上的位移。
3、功的大小:①表达式:W=Flcosα;
②对公式的理解:F —— 作用在物体上的力;
l —— 力作用的物体对地的位移或力的作用点对地的位移;
α——力F与位移l(正方向)之间的夹角;
注意:计算时,代入的是F、l的大小。
③适用范围:F——恒力。
4、单位:N·m 或 J;1J=1N·m。
教师:下面我们就利用功的公式来进行计算,先看两个例题。
【例1】一个质量m=60kg的物体放在光滑的水平面上,在与水平方向成α=37°角斜向上的拉力F =10N的作用下向前运动了5m,求:①拉力所做的功?②重力做的功? (cos37=0.8)
【例2】质量为m=2kg的物体,在水平推力F=5N的作用下沿水平面运动了l=2m。已知物体与水平面间的动摩擦因数μ=0.1,求
(1)推力F所做的功?
(2)摩擦力f所做的功?
探究步骤:教师先做例题分析,注意强调夹角怎么找,然后请两位学生上台解答。
教师分析:通这两个例题让我们认识到三点:
①一个物体会受到多个力的作用,但同一物体的位移却只有一个,所以求某一个力做功的时候夹角可能不同;②每一个力都可以做功,所以求功的时候一定要明确是哪个力做功,找准角,同时在书写的时候用不同的下标表示;③功有正负之分,说明一个物体受到的力的作用效果不可能全是促进作用。
【练习1】请同学继续做课本P59----第1题,进一步巩固公式的应用;做完后思考如下问题:
问题1:位移,速度,加速度都是矢量,它们的正负表示方向;功也有正负之分,功的正负是否也表示方向;其正负表示什么;所以功是矢量还是标量?
不是,功是标量;正负表示做正功或者负功。
2、什么时候做正功,什么时候做负功呢?
二、正功和负功
教师:请一位同学来把你们讨论的结果讲出来,并且说明什么时候取等号,为什么?
总结:做功有三种情况:
1. 0≤α<90o, cosα>0, 做正功
2. 90o<α≤180o,,cosα<0, 做负功
3. α =90o, cosα=0, 不做功
【思考】功是标量,但有正负之分。功的正负不表方向,其正负反映什么物理意义呢?分别产生了怎样的效果呢?
4、正负功的物理意义:
动力学角度 | 能量角度 | |
正功 | 力的效果是促进物体的运动,是动力 | 功是描述力在空间位移上积累效果的物理量,是过程量。功的正负既不描述方向也不描述大小。做功的过程就是能量转化的过程。 |
负功 | 力的效果是阻碍物体的运动,是阻力 |
从能量角度探讨以下三个问题:
1、列车启动时, 牵引力对列车做正功, 列车的 增加;
2、重力对木头做负功,木头的 能增加;
3、手对握力器做正功,握力器的 能增加。
学生总结:做功的过程对应着能量转化的过程。
教师:注意,某种能量的增加不一定是因为某力对它做了正功,力对它做负功也可能导致相应能量的增加,具体到某种能量的改变跟具体的力做功有关,这也是我们这一章较难的一个地方。
一、功(接着前面4点写:学生抄笔记,抄在课本P58---“正功和负功”上方)
5、功是标量。只有大小,没有方向,但有正负之分。功的正负既不表示大小,也不表示方向,仅仅表示做正功或负功:正功表示动力做功,负功表示阻力做功;做功的过程就是能量转化的过程。
【练习2】(多选)下面列举的几种情况中做功为0的是:
A、卫星做匀速圆周运动,地球引力对卫星做的功
B、平抛运动中,重力对物体做的功
C、举重运动员,举着杠铃在头的上方停留10s,运动员对杠铃做的功
D、木块在粗糙水平面上滑动,支持力对木块做功
三、总功的计算
【问题1】物体所受的各力均做功,合力是否一定也做功?
【问题2】总功是否一定比物体所受的每一个力做的功都要大?
【问题3】如何求总功呢?
(1)先求各力的功,再代数相加减:W总=W1+W2+W3+……-------适用于任何情况,包括多过程情况等;
(2)先求合力,再求合力做的功:W总=F合lcosα-------适用于各力均不变的情况。
【例3】课本P59---例题:一质量m=150kg的雪橇, 受到与水平方向成q=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: (1)各个力对物体做的功;
(2)力对雪橇做的总功。
【例4】一个重量为10N的物体,在15N的水平拉力的作用下, 一次在光滑水平面上移动0.5m,另一次在粗糙水平面上移动相同的距离,摩擦力为2N。在这两种情况下,拉力所做的功各是多少? 拉力所做的功是否相同? 各个力对物体所做的总功是否相同?
探究步骤:教师先根据课本上的解题步骤跟学生讲清楚第一种方法;然后引导学生用第二种方法来解,即先求合力,再求合力的功;例题4不一定有时间做,可能作为课后习题。
教师分析:通这两个例题让我们认识到三点:
①求合力的功的两种方法,更多的要学会用第一种方法,因为它适用于任何情况;
②正交分解法求合力不能忘,如果忘记了,赶快找个题来做一做。
如果能讲完例题4:
③功一定是某个力的功,这个力做功跟它是否受其他的力无关,跟地面是否粗糙无关,跟它的运动快慢无关,只要看力的大小,位移的大小及它们的夹角。光滑和粗糙影响的是总功和运动状态。
1、会利用功的公式进行计算;
2、能区分正功和负功及0功;
3、会用两种方法求总功。
1、课本P60----2、 3;做在作业本上。
2、完成达标检测。
【达标检测】A级
1.下列关于能量的说法中正确的是( )
A.能量的概念是牛顿最早提出的 B.伽利略的理想实验体现出能量是随时变化的
C.能量有不同的表现形式,并可以相互转化,但总量不变 D.以上说法均不正确
2.(多选) 在下列事例中,属于动能和势能相互转化,且动能和势能的总和保持不变的是( )
A.游乐园中的海盗船,如果没有摩擦和空气阻力,船在摇摆过程中的运动
B.不计空气阻力的情况下,将一小球竖直上抛,小球在抛出到落回抛出点过程中的运动
C.物体以一定的初速度沿粗糙的固定斜面上滑而达到一定的高度
D.自行车从斜坡顶端由静止滑下
3.如图所示是跳水运动员跳板跳水时的情景,从运动员腾空跳起向上运动后再向下落入水中,若不计空气阻力,则在整个过程中( )
A.运动员的动能一直增大 B.运动员的势能一直减小
C.运动员的动能先减小后增大 D.运动员的势能先减小后增大
4.关于功的概念,下列说法中正确的是( )
A.力对物体做功多,说明物体的位移一定 B.力对物体做功少,说明物体受的力一定小
C.力对物体不做功,说明物体一定没有位移
D.功的多少是由力的大小和物体在力的方向上通过的位移大小确定的
5.下面列举的情况中所做的功不为零的是( )
A.举重运动员,举着杠铃在头上方停留3 s,运动员对杠铃做的功
B.木块在粗糙水平面上滑动,支持力对木块做的功
C.一个人用力推一个笨重的物体,但没推动,人的推力对物体做的功
D.自由落体运动中,重力对物体做的功
6.(多选)如图所示,用恒力F拉着质量为m的物体沿水平面从A移到B的过程中,下列说法正确的是( )
A.有摩擦力时比无摩擦力时F做的功多
B.有摩擦力时与无摩擦力时F做功一样多
C.物体加速运动时F做的功比减速运动时F做的功多
D.物体无论是加速、减速还是匀速,力F做的功一样多
7.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.0 B.-Fh C.-2Fh D.-4Fh
8.物体在水平拉力F作用下,沿x轴方向由坐标原点开始运动,设拉力F随x的变化分别如图甲、乙、丙所示,其中图甲为一半圆图形,对应拉力做功分别为W甲、W乙、W丙,则以下说法正确的是( )
A.W甲>W乙>W丙 B.W甲>W乙=W丙
C.W甲=W乙=W丙 D.无法比较它们的大小
9.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F阻 的大小不变,则对于摆球由A到B的过程中,(1)重力做功为 ,(2)绳的拉力做功为 ,(3)空气阻力做功为 。
10.如图所示,一个质量m=4kg的物体,受到与水平方向成370角斜向上方的拉力F1=30N,在水平地面上移动的距离L=1m.物体与地面间的动摩擦因数μ=0.5,求外力对物体所做的总功.
11.如图所示,建筑工人通过滑轮装置将一质量是100 kg的料车沿30°角的斜面由底端匀速地拉到顶端,斜面长L是4 m,若不计滑轮的质量和各处的摩擦力,g取10 N/kg,求这一过程中:
(1)工人拉绳子的力做的功; (2)物体的重力做的功;
(3)物体受到的各力对料车做的总功.
B级
12.如图所示,一个可以看成质点的物体以一定的初速度沿水平 面由A点滑到B点,摩擦力做功大小为W1;若该物体从C点以一定的初速度沿两个斜面滑到D点,两斜面用光滑小圆弧连接,摩擦力做功大小为W2;已知该物体与各接触面的动摩擦因数均相同,则W1和W2的关系是
A.W1>W2 B.W1=W2 C.W1<W2 D.无法确定
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