高一物理教案：《功》(2)

　　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。向前推一段距離就要休息一會(huì)兒，然后有了力氣再推車走。

　　b.如果要你將重物從一樓向六樓上搬，搬運(yùn)過程中會(huì)有什么感覺?

　　首先使學(xué)生意識(shí)到上述兩個(gè)過程都是人用力對(duì)物體做功的過程，都要消耗體能。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。能量是標(biāo)量，相應(yīng)功也是標(biāo)量。板書如下：

　　功是描述力在空間位移上累積作用的物理量。功是能量轉(zhuǎn)化的量度，功是標(biāo)量。

　　②在上述對(duì)功的意義認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，討論正功和負(fù)功的意義，得出如下認(rèn)識(shí)并板書：

　　正功的意義是：力對(duì)物體做功向物體提供能量，即受力物體獲得了能量。

　　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。

　　4.例題講解或討論

　　例1.課本p.110上的〔例題〕是功的計(jì)算公式的應(yīng)用示范。分析過程中應(yīng)使學(xué)生明確：推力F對(duì)箱子所做的功，實(shí)際上就是推力F的水平分力Fcos對(duì)箱子所做的功，而推力 F的豎直分力Fsin與位移s的方向是垂直的，對(duì)箱子不做功。

　　例2.如圖3所示，ABCD為畫在水平地面上的正方形，其邊長為a，P為靜止于A點(diǎn)的物體。用水平力F沿直線 AB拉物體緩慢滑動(dòng)到B點(diǎn)停下，然后仍用水平力F沿直線BC拉物體滑動(dòng)到C點(diǎn)停下，接下來仍用水平力F沿直線CD拉物體滑動(dòng)到D點(diǎn)停下，最后仍用水平力F沿直線DA拉物體滑動(dòng)到A點(diǎn)停下。若后三段運(yùn)動(dòng)中物體也是緩慢的，求全過程中水平力F對(duì)物體所做的.功是多少?

　　此例題先讓學(xué)生做，然后找出一個(gè)所得結(jié)果是W=0的學(xué)生發(fā)言，此時(shí)會(huì)有學(xué)生反對(duì)，并能說出W=4Fa才是正確結(jié)果。讓后者講其思路和做法，然后總結(jié)，使學(xué)生明確在每一段位移a中，力F都與a同方向，做功為Fa，四個(gè)過程加起來就是4Fa。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)。要結(jié)合物理過程做具體分析。

　　例3.如圖4所示，F(xiàn)1和F2是作用在物體P上的兩個(gè)水平恒力，大小分別為：F1=3N，F(xiàn)2=4N，在這兩個(gè)力共同作用下，使物體P由靜止開始沿水平面移動(dòng)5m距離的過程中，它們對(duì)物體各做多少功?它們對(duì)物體做功的代數(shù)和是多少?F1、F2的合力對(duì)P做多少功?

　　此例題要解決兩個(gè)方面的問題，一是強(qiáng)化功的計(jì)算公式的正確應(yīng)用，糾正學(xué)生中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，即不注意力與位移方向的分析，直接用3N乘5m、4N乘5m這種低級(jí)錯(cuò)誤，引導(dǎo)學(xué)生注意在題目沒有給出位移方向時(shí)，應(yīng)該根據(jù)動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)作出符合實(shí)際的判斷;二是通過例題得到的結(jié)果，使學(xué)生知道一個(gè)物體所受合力對(duì)物體所做的功。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)。

　　解答過程如下：位移在F1、F2方向上的分量分別為s1=3m、s2=4m，F(xiàn)1對(duì)P做功為9J，F(xiàn)2對(duì)P做功為16J，二者的代數(shù)和為25J。F1、F2的合力為5N，物體的位移與合力方向相同，合力對(duì)物體做功為W=Fs=5N5m=25J。

　　例4.如圖5所示。A為靜止在水平桌面上的物體，其右側(cè)固定著一個(gè)定滑輪O，跨過定滑輪的細(xì)繩的P端固定在墻壁上，于細(xì)繩的另一端Q用水平力F向右拉，物體向右滑動(dòng)s的過程中，力F對(duì)物體做多少功?(上、下兩段繩均保持水平)

　　本例題仍重點(diǎn)解決計(jì)算功時(shí)對(duì)力和位移這兩個(gè)要素的分析。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。因而合力對(duì)物體所做的功為W=2Fs;如果著眼于繩子的Q端，即力F的作用點(diǎn)，則可知物體向右發(fā)主s位移過程中，Q點(diǎn)的位移為2s，因而力F拉繩所做的功W=F2s=2Fs。兩種不同處理方法結(jié)果是相同的。

　　五、課堂小結(jié)

　　1.對(duì)功的概念和功的物理意義的主要內(nèi)容作必要的重復(fù)(包括正功和負(fù)功的意義)。

　　2.對(duì)功的計(jì)算公式及其應(yīng)用的主要問題再作些強(qiáng)調(diào)。

　　六、說明

　　1.考慮到功的定義式W=Fscos與課本上講的功的公式相同，特別是對(duì)式中s的解釋不一，有物體位移與力的作用點(diǎn)的位移之分，因而沒有給出明確的功的定義的文字表達(dá)。實(shí)際問題中會(huì)用功的公式正確進(jìn)行計(jì)算就可以了。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)�。如果將位移解釋為受力物體在力的方向上的位移，學(xué)生會(huì)得出W=Fs這一錯(cuò)誤結(jié)果，還會(huì)理直氣壯地堅(jiān)持錯(cuò)誤，糾正起來就困難多了。

　　2.由于對(duì)功的物理意義的講解是初步的，因而對(duì)正功、負(fù)功的物理意義的講解也是初步的。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。在學(xué)習(xí)了機(jī)械能守恒定律之后，再進(jìn)一步作出說明。在機(jī)械能守恒的物理過程中，有重力做功，地球上的一個(gè)物體的機(jī)械能并沒有增加，因而正、負(fù)功的意義就不能用能量得失關(guān)系去說明了。在這種情況下，重力做正功，表示勢(shì)能向動(dòng)能轉(zhuǎn)化;重力做負(fù)功，表示動(dòng)能向勢(shì)能轉(zhuǎn)化，這里的正功、負(fù)功不再表示能量得失，而是表示能量轉(zhuǎn)化方向的。

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