52功——教學(xué)過程設(shè)計(jì)(完整版)
【正文】 質(zhì)量為 m 的木塊，放在傾角為 的斜面體上，當(dāng)斜面與木塊保持相對(duì)靜止沿水平方向向右勻速移動(dòng)距離 s 的過程中，作用在木塊上的各個(gè)力分別做功多少？合力的功是多少？ 分析：木塊發(fā)生水平位移的過程中，作用在木塊上共有三個(gè)力，重力 mg，支持力 ，靜摩擦力 ，根據(jù)木塊的平衡條件，由這三個(gè)力的大小，物體的位移及力與位移的夾角．即可由功的計(jì)算公式算出它們的功． 解：沿斜面建立直角坐標(biāo)將重力正交分解，由于物體相對(duì)斜面靜止而在水平面上做勻速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)力的平衡條件可得 斜面對(duì)木塊的支持力 為 斜面對(duì)木塊的靜摩擦力 為 支持力 與位移 s 間的夾角為 ，則支持力做的功 摩擦力 與位移 s 的夾角為 ，則摩擦力 做功 重力與位移的夾角為 90176。這節(jié)課中只是講到受力物體得到能量還是失去能量這個(gè)程度。兩種不同處理方法結(jié)果是相同的。等于各個(gè)力對(duì)物體所做的功的代數(shù)和，并從合力功與分力功所遵從的運(yùn)算法則，深化功是標(biāo)量的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，摩擦力也做功（再此題里摩擦力做負(fù)功），因此本題涉及到總功的理解與計(jì)算。就此指出做功過程是能量轉(zhuǎn)化過程，做功越多，能量轉(zhuǎn)化得越多，因而功是能量轉(zhuǎn)化的量度。 ＜ α≤180176。最后明確板書為： 在國(guó)際單位制中，功的單位是焦耳 (J) 1J＝ 1N就此指出，計(jì)算一個(gè) 力對(duì)物體所做的功的大小，與力 F的大小、物體位移 s的大小及 F和 s二者方向之間的夾角 α 有關(guān)，且此計(jì)算公式有普遍意義 (對(duì)計(jì)算機(jī)械功而言 )。 （一）引入新課 功這個(gè)詞我們并不陌生，初中物理中學(xué)習(xí)過功的一些初步知識(shí)，今天我們又來學(xué)習(xí)功的有關(guān)知識(shí)，絕不是簡(jiǎn)單地重復(fù)，而是要使我們對(duì)功的認(rèn)識(shí)再提高一步。就此再進(jìn)一步提問：如果細(xì)繩斜向上拉滑塊，如圖 2 所示，這種情況下滑塊沿 F 方向的位移是多少？與同學(xué)一起分析并得出這一位移為 s cos α 。就此說明 1N 當(dāng) α=90176。 然后就此提出：這個(gè)累積作用過程到底累積什么？舉如下兩個(gè)事例啟發(fā)學(xué)生思考： a．一輛手推車上裝有很多貨物，搬運(yùn)工推車要用很大的力。 負(fù)功的意義是 ：物體克服外力做功，向外輸出能量 (以消耗自身的能量為代價(jià) )，即負(fù)功表示物體失去了能量。強(qiáng)調(diào)：功的概念中的位移是在這個(gè)力的方向上的位移，而不能簡(jiǎn)單地與物體運(yùn)動(dòng)的位移畫等號(hào)。如果著眼于受力物體，它受到水平向右的力為兩條繩的拉力，合力為 2F。從例 題 4 可以看出，定義一個(gè)力對(duì)物體所做的功，將位移 解釋為力的作用點(diǎn)在力的方向上的位移 是比較恰當(dāng)?shù)摹? 解：正確選項(xiàng)為 C． 點(diǎn)評(píng)：求功時(shí)，必須要明確哪個(gè)力在哪個(gè)過程中的功．根據(jù)功的定義，力 F 所做的功與 F 的大小及在 F 的方向上發(fā)生的位移大小的乘積有關(guān)，與物體是否受其它力及物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等其它因素均無關(guān)．即力做功具有獨(dú)立性． 例 3 如圖所示，拉力 F 使質(zhì)量為 m 的物體勻速地沿著長(zhǎng)為 L 傾角為 的斜面的一端向上滑到另一端，物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 ，分別求作用在物體上各力對(duì)物體所作的功． 分析：選物體為研究對(duì)象，其受力為拉力 F，重力 mg，彈力 ，摩擦力 。 這里功為正僅表示此力是物體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，千萬不能將功為正理解為功的方向與位移方向一致，因?yàn)楣κ菢?biāo)量，是沒有方向的。先分析各力大小，由于物體勻速運(yùn)動(dòng)： 因此， ， 。用類似于證明 vt 圖像與橫軸圍成的面積在數(shù)值上等于位移 s（因?yàn)?s=vt）一樣，我們也能證明， Fs 圖像與橫軸圍成的面積在數(shù)值上等于力 F 所做的功 W（ W=F 滑動(dòng)摩擦力對(duì)物體做負(fù)功 —— 物體克服滑動(dòng)摩擦力做功，這是比較常見的情形。如果受靜摩擦力作用的物體位移不為零，靜摩擦力做功也可能為零，如右圖所示，勻速向右行駛的車廂內(nèi)，用力將物塊 m 壓在左壁上，物塊相對(duì)車廂靜止，由力的平衡知，車廂壁對(duì)物塊有豎直向上的靜摩擦力 ，位移方向水平向右，故 與位移方向垂直，靜摩擦力對(duì)物塊不做功?；瑒?dòng)摩擦力不做功的情況如 右圖所示。此變力在物體發(fā)生 20m位移的過程中做的功在數(shù)值上等于圖中陰影線標(biāo)出的梯
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