1.1机械功（教学课件）(共33张PPT)-2024-2025学年鲁科版（2019）高中物理必修第二册

(共33张PPT)
第一节 机械功
高中物理鲁科版（2019）必修第二册
教学课件
Teaching Courseware
20XX.XX.XX
第一章 功和机械能
PART.1
PART.2
PART.3
PART.4
素养目标
新课讲解
新课导入
经典例题
目录
CONTENTS
PART.2
PART.4
课堂练习
课堂小结
1.知道功的概念，知道功是标量，认识正功、负功的含义。
2.能利用功的一般公式W＝Flcosα计算恒力的功，掌握计算总功的两种方法。
3.查阅资料，了解机械做功对推动人类社会发展的现实意义。
素养目标
新课导入
小小的一颗子弹被抛出后，人可轻易将其接住。但是，子弹被高速射出，则可击穿玻璃、木块甚至石头。
水能滋润庄稼，也能冲毁农田。若水被拦蓄在高处，其能量可以转化为电能，用来取暖、照明等。
这里面有怎样的奥秘
子弹击碎玻璃瞬间
新课导入
任何人类活动都离不开能量。例如，现代化的生活离不开电厂供应的电能……
能量，我们既熟悉又陌生。在长期的科学实践中，人们发现不同形式的能量可以互相转化，并且能量的转化与功的概念紧密相连。如果在一个过程中存在做功的现象，就必然存在能量变化的现象。能量转化遵循怎样的规律
飞流直下三千尺
疑是银河落九天
新课讲解
New lesson explanation
新课讲解
仔细观察下面四种情境，人是否对物体做功
甲不做功,乙不做功,丙做功,丁做功。
请同学们回忆初中学过的功的知识，什么是做功过程？
一个物体受到力的作用，并且在力的方向上发生一定的距离，我们就说这个力对物体做了功。
一段位移
新课讲解
一、机械功
1.做功：如果施力于某物体，并使该物体在力的方向上移动一段距离，我们就说力对这个物体做了功。
2.做功的两个必要因素：
(1) 必须有力作用在物体上
(2) 物体在力的方向上发生了位移
挑起
对扁担的支持力做功吗？
不动或水平行走
对扁担的支持力做功吗？
新课讲解
如果作用于某物体的恒力大小为 F，该物体沿力的方向运动的位移大小为 s，则F与s的乘积称为机械功，简称功，用W表示。
(1) 如果力的方向与物体的运动方向一致，该力做功是多少？
F
F
l
W = Fl
探究：求恒力做的功
力的大小
位移的大小
力对物体做的功
新课讲解
如果力和位移不在同一直线上要如何计算？
F
F
l
(2) 如果力的方向与物体的运动方向垂直，该力做功是多少？
(3) 如果力的方向与物体的运动方向有一定夹角时，该力做功是多少？
l
F
F
F
F1
F2
W = Flcos α
W = 0
新课讲解
3. 定义式：W = F l cosα
力对物体所做的功，等于力的大小、位移的大小、力与位移夹角的余弦这三者的乘积。
4. 国际单位：焦耳（简称：焦，符号：J ）
5. 功是标量，没有方向；
1 J = 1 N ×1 m = 1 N·m
6. 功是过程量，对应一段时间或位移是力对空间的积累效果；
计算功时一定要指明是哪个力在哪个过程对物体做的功。
7. 公式W = F l cosα只适用于计算恒力的功；l是物体的相对地面的位移，不是路程。
F
m
M
l
力的大小
位移的大小
力对物体做的功
力与位移的方向的夹角
新课讲解
练习：求三种不同情况下力F做的功W
μ = 0
l
μ ≠ 0
l
l
（1）物体在水平力F作用下沿光滑水平面加速运动 L ；
（2）物体在水平力F作用下沿粗糙水平面匀速移动 L ；
（3）物体在沿斜面向上的力F作用下减速上滑 L ；
结论：力做功只与F、L和α有关，与是否受其它力、物体运动状态等其他因素均无关。
新课讲解
二、机械功的计算
我们也可用图像来描述力对物体做功的大小。当力的方向与位移方向一致时，以力 F 的大小为纵坐标、位移 s 的大小为横坐标，作出 F 随 s 变化的图像。
变力作用下的一段位移
细分为若干
等距离小段
每一小段中F可近似为恒力，其做功大小为该小段对应的小矩形的面积
整个过程中F所做功的大小近似等于所有小矩形面积之和
无限细分
新课讲解
【随堂练习1】已知力F与位移s同向，请根据F-s图像，计算物体在恒力F作用下前进5m所做的功。
F/N
s/m
10
5
据图知，物体在恒力F=10N的作用下前进了5m。
由公式可知， W＝Fs=50J 。
由图像可知，以 F 和 s 为邻边构成的矩形面积表示功的大小。
若F为变力，能否根据图像求出变力所做的功？
新课讲解
探究：求变力做的功
F/N
s/m
4
3
2
1
0
2
4
6
10
8
【随堂练习2】已知力F与位移s同向，请根据F-s图像，计算物体在变力F作用下前进4m所做的功。
当力的方向与位移方向一致时，不论F是恒力还是变力，图像与坐标轴所包围的面积表示该力做功的大小。
据图知，物体在变力的作用下前进了4m所做的功为图像与坐标轴所包围的梯形的面积。
由图像可知， W = 24J 。
新课讲解
三、正功与负功
恒力做功的计算公式:W = F l cosα
如图两种情况下，拉力 F 做功的效果相同么？
【注意事项】功是标量，但有正负，正负表示力对物体做功还是克服力做功。
新课讲解
α cosα W 物理意义
α = π/2
0 ≤ α＜π/2
π/2 ＜α ≤ π
cosα=0
cosα＞0
cosα＜0
W = 0
W＞0
W＜0
表示力F对物体不做功
表示力F对物体做正功
表示力F对物体做负功
注意：正功、负功不表示方向相反，仅表示不同做功的效果！
负功的物理意义：
正功的物理意义：
表示该力是动力；
表示该力是阻力。
注意：某力做多少负功，也可说成“物体克服该力做多少正功”（取绝对值）。
v
f=5N
F1
A
F2
B
新课讲解
方法：将力、位移矢量的箭尾平移到同一个作用点上。
l
F
l
F
l
F
确定正负功：
寻找力与位移的夹角
W = F l cos30°
W = F l cos150°
W = F l cos150°
W > 0
W < 0
W < 0
功是标量，只有大小，没有方向。
但因为余弦值有正负，所以功有正负。
但是正负不表示方向，也不表示大小。
比较功的大小只看绝对值
例如：－8J > 5J
新课讲解
四、总功的计算
在日常生活中，一个物体往往是在几个力的共同作用下发生一段位移，那么如何计算这几个力对物体所做的总功？
①求出各个力所做的功，则总功等于各个力所做功的代数和。
②求出各个力的合力，则总功等于合力所做的功。
（ 为合力与位移方向的夹角）
经典例题
Classic Example
经典例题
1.如图所示，坐在雪橇上的人与雪橇的总质量为m，在与水平面成θ角的恒定拉力F作用下，沿水平地面向右移动了一段距离l.已知雪橇与地面间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，则雪橇受到的
A.支持力做功为mgl
B.重力做功为mgl
C.拉力做功为Flcos θ
D.滑动摩擦力做功为－μmgl
√
解析　支持力和重力与位移方向垂直，不做功，A、B错误；
拉力和滑动摩擦力做功分别为W1＝Flcos θ，W2＝－μ(mg－Fsin θ)l，C正确，D错误.
经典例题
2.(多选)质量为m的物体，静止在倾角为θ的斜面上，斜面沿水平方向向右匀速移动了距离l，如图所示.物体始终相对斜面静止，则下列说法正确的是
A.重力对物体做正功
B.合力对物体做功为零
C.摩擦力对物体做负功
D.支持力对物体做正功
解析　物体的受力和位移如图所示，支持力FN与位移l的夹角α<90°，故支持力做正功，D选项正确；
重力方向与位移方向垂直，故重力不做功，A选项错误；
摩擦力Ff与位移l的夹角大于90°，故摩擦力做负功，C选项正确；
物体做匀速运动，所受合力为零，合力做功为零，B选项正确.
√
√
√
经典例题
解：根据题意得
W ＝ mgΔh
＝ mg(CB-CA)
＝ 196J
3.如图所示，一人通过光滑的定滑轮用轻绳拉着质量为m=10kg物体极其缓慢地从A处移到B处，如果CA=3m，AB=4m,那么在这一过程中，人通过绳子拉物体做了多少功？
经典例题
4.一人用平行于斜面的推力把重 G = 500 N 的货物从斜面底端推到斜面顶端。已知斜面的倾角 α = 37°，斜面长 l = 5 m，斜面与货物间的动摩擦因数 μ = 0.2，推力 F = 400 N。求：货物从斜面底端运动到顶端的过程中，所受各力分别对其做的功。（货物可视为质点，取 sin 37° = 0.6，cos 37° = 0.8）
解：将货物视为质点，则其位移 s = l = 5 m
推力 F 对货物做功：W1 = Fs = 400×5 J = 2000 J
重力 G 对货物做功：
W2 =Gs（cos90°+α）=-Gssinα
=-500×5×0.6 J= -1500 J
支持力N对货物做功：W3=Nscos90°=0
摩擦力 f 对货物做功：W4=fscos1800=（Gcosα）scos 180°
= -0.2×500×0.8×5 J
= -400 J
课堂练习
Classroom Practice
课堂练习
1.两质量相等的物体A、B分别放在粗糙水平面上和光滑的水平面上，在同样的拉力F作用下，产生相同的位移s，则拉力( )
A、对A做的功多 B、对B做功多
C、一样多 　 D、以上都有可能
粗糙 光滑
A B
F F
θ θ
C
课堂练习
2.用拉力F将一个重为5N的物体匀速升高3m，在这个过程中（ ）
A．拉力F对物体做的功是15J
B．物体克服重力做的功是15J
C．合力对物体做的功是15J
D．合力对物体的功为0
ABD
课堂练习
3. 如图所示，若用轻绳拴一物体，使物体以恒定加速度向下做减速运动，则下列说法正确的是( )
A.重力做正功，拉力做负功，合外力做正功
B.重力做正功，拉力做负功，合外力做负功
C.重力做正功，拉力做正功，合外力做正功
D.重力做负功，拉力做负功，合外力做负功
B
课堂练习
4.(功的计算)用水平恒力F作用于质量为m的物体上，使之在光滑的水平面上沿力的方向移动距离l，恒力F做功为W1；再用该恒力作用在质量为2m的物体上，使之在粗糙的水平面上沿力的方向移动同样的距离l，恒力F做功为W2，则两次恒力做功的关系是
A.W1>W2 B.W1C.W1＝W2 D.无法判断
答案:C
解析　物体沿力的方向运动，恒力做功就是指力F做的功，根据W＝Flcos α，两次做功过程中F、l、α均相同，所以两次F做功相同，即W1＝W2.
课堂练习
5.(总功的计算)如图10所示，质量m＝50 kg的滑雪运动员从高度h＝30 m的坡顶由静止下滑，斜坡的倾角θ＝37°，滑雪板与雪面之间的动摩擦因数μ＝0.1.则运动员滑至坡底的过程中：(g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，装备质量不计)
(1)滑雪运动员所受的重力对他做了多少功？
(2)各力对运动员做的总功是多少？
答案　（1）1.5×104 J （2）1.3×104 J
解析　（1）重力做的功为：
（2）各分力对运动员做的总功与合力对运动员做功相同，运动员所受合力为：
F合＝mgsin 37°－μmgcos 37°＝260 N
合力做的功W合＝F合·l＝260×50 J＝1.3×104 J.
课堂小结
Class Summary
课堂小结
1、定义：一个物体受到力的作用，并且在力的方向上发生一段位移，我们就说这个力对物体做了功。
一、认识机械功
2、做功的两个必要因素：
（1）必须有力作用在物体上。
（2）物体在力的方向上要发生一段位移。
3、恒力做功的公式：
4、根据图像求功：当力的方向与位移方向一致时，不论F是恒力还是变力，图像与坐标轴所包围的面积表示该力做功的大小。
二、正功与负功
注意：正功、负功不表示方向相反，仅表示不同做功的效果！！
三、总功的计算
感谢观看
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