初中物理功教学课件

初中物理功的教学课件——目录第一章功的基本概念第二章功的计算与判定第三章功的应用与能量守恒功的定义计算步骤功与机械能•••功的公式典型例题功率•••功的正负判定技巧能量守恒•••第一章功的基本概念在物理学中，功是一个描述力与运动相互作用的基本概念本章我们将探讨功的定义、计算公式以及物理意义，为后续的学习打下坚实基础什么是功？在物理学中，功是用来描述力对物体作用效果的物理量当力使物体发生位移时，我们就说力对物体做了功更准确地说，功是力使物体沿力的方向发生位移时产生的物理效应功的大小等于力与物体位移的乘积及两者夹角的余弦功是一个标量，它只有大小没有方向功的国际单位是焦耳（符号为），以英国物理学家詹姆斯焦耳命名J·功的定义公式功的数学表达式特殊情况分析当力与位移方向相同时，°，°，此时•θ=0cos0=1W=F·s当力与位移方向相反时，°，°，此时•θ=180cos180=-1W=-F·s其中当力与位移方向垂直时，°，°，此时•θ=90cos90=0W=0表示功的大小，单位是焦耳•W J表示力的大小，单位是牛顿•F N表示位移的大小，单位是米•s m表示力与位移方向之间的夹角•θ力与位移夹角示意图上图展示了力与位移之间夹角的不同情况箭头表示力的方向，箭头表示位移的方向，F s表示两者之间的夹角θ当力与位移方向完全一致时，夹角°，此时力对物体做的功最大；当力与位移方向θ=0完全相反时，夹角°，此时力对物体做负功；当力与位移方向垂直时，夹角θ=180°，此时力对物体不做功θ=90功的正负意义正功负功零功当力的方向与位移方向夹角小于°时，当力的方向与位移方向夹角大于°时，当力的方向与位移方向夹角等于°时，909090值为正，力对物体做正功值为负，力对物体做负功值为，力对物体不做功cos cos cos0正功意味着力促进了物体的运动，增加负功意味着力阻碍了物体的运动，减少例如圆周运动中向心力对物体不做功，了物体的机械能例如推动物体使其了物体的机械能例如摩擦力对运动因为向心力始终垂直于位移方向前进物体的作用生活中的功实例推门开门做功当我们推门时，施加的力与门的位移方向基本一致，力做正功推门的过程中，我们的提重物做正功肌肉能量转化为门的动能当我们提起重物时，我们的力克服了重力，与位移方向一致，做了正功这个过程中，我们的化学能转化为重物的重力势能第二章功的计算与判定在这一章中，我们将学习如何计算不同情况下的功，掌握判断力是否做功以及功的正负的技巧通过具体的计算步骤和例题演示，帮助大家建立解决功相关问题的能力功的计算步骤计算夹角，代入公式求功确定物体位移大小和方向确定力与位移之间的夹角，计算的值分析力的大小和方向θcosθ计算物体在力作用下移动的距离，确定位将、和代入公式，计算s F scosθW=F·s·cosθ确定作用在物体上的力的大小F，分析力的移的方向注意位移是矢量，有大小和方向功的大小方向如果有多个力，需分别计算每个力做检查计算结果的单位是否为焦耳，并分析J的功，然后求和在复杂运动中，可能需要将位移分解或使用结果的物理意义在有些情况下，需要将力分解为不同方向的积分计算分量，分别计算各分量做的功例题演示例题力与位移方向相同的情况题目一个物体受牛顿的恒定力作用，沿力的方向移动了米，求力对物体做的功105分析由于力与位移方向相同，夹角°，θ=0cosθ=1解答代入功的计算公式结论力对物体做的功为焦耳50当力与位移方向相同时，力对物体做的功最大这种情况在许多物理问题中很常见，例如水平推动物体、竖直提升物体等复杂情况力与位移夹角非零例题描述解题过程物理意义分析一个物体受到大小为牛顿的力作用，在已知条件当力与位移之间存在夹角时，只有力在位20这个力的作用下，物体移动了米已知力移方向的分量做功在本例中，力在位移3力牛顿•F=20的方向与位移方向的夹角为°，求力对方向的分量为×60F·cosθ=20N

0.5=10N位移米•s=3物体做的功夹角°•θ=60应用功的计算公式由于°，所以cos60=

0.5力与位移夹角示意上图直观地展示了力与位移夹角的余弦关系当力与位移之间存在夹角时，只有力Fsθ在位移方向的分量对做功有贡献F·cosθ从图中可以看出，当夹角增大时，值减小，力做的功也随之减小当°时，θcosθθ=90，力不做功；当°时，，力做负功cosθ=0θ90cosθ0功的判定技巧判断力与位移方向关系常见力做功情况分析多力情况的分析方法首先确定力的方向和位移的方向，然后重力物体下落时，重力做正功；物体当物体受到多个力作用时，应分别计算判断两者之间的夹角上升时，重力做负功每个力做的功，然后求和得到合力做的功摩擦力摩擦力总是与物体的运动方向如果夹角°，则力做正功•θ90相反，因此摩擦力总是做负功如果夹角°，则力做负功•θ90弹力弹簧压缩过程中，弹力做负功；如果夹角°，则力不做功•θ=90弹簧伸长复原过程中，弹力做正功向心力在圆周运动中，向心力始终垂直于位移方向，因此向心力不做功课堂小练习123物体匀速水平推拉物体竖直上抛运动物体在斜面上滑下一个物体在水平地面上以匀速直线运动，分一个物体竖直向上抛出，在上升过程中一个物体在光滑斜面上滑下，分析各力做功析以下力对物体做功情况情况重力方向与位移相反，做负功水平推力方向与位移相同，做正功重力可分解为平行于斜面和垂直于斜空气阻力方向与位移相反，做负功•面两个分量重力方向垂直于位移，不做功在下落过程中平行分量方向与位移相同，做正功地面支持力方向垂直于位移，不做功重力方向与位移相同，做正功垂直分量方向垂直于位移，不做功摩擦力方向与位移相反，做负功空气阻力方向与位移相反，做负功斜面支持力方向垂直于位移，不做功第三章功的应用与能量守恒在本章中，我们将探讨功与能量之间的深刻联系，了解功率的概念，以及能量守恒原理在物理问题中的应用通过将功的概念与能量联系起来，我们可以更全面地理解物理世界的运行规律功与机械能关系功是能量转化的桥梁功与机械能变化的关系功是能量从一种形式转化为另一种形式的过程当力对物体做功时，能量会从当合外力对物体做正功时，物体的机械能增加；当合外力对物体做负功时，物施力物体转移到受力物体，或者在受力物体内部发生形式转换体的机械能减少例如，当我们提起一个物体时，我们的肌肉做功，化学能转化为物体的重力势能；当物体下落时，重力做功，重力势能转化为动能功率的概念功率的定义功率的计算公式功率的另一种表达式功率是单位时间内做功的多少，表示做功的在匀速运动情况下，功率也可以表示为快慢功率越大，单位时间内做的功越多，完成相同功所需时间越短其中功率的国际单位是瓦特，以英国工程师W其中是沿位移方向的力，是物体的速度F v詹姆斯瓦特命名瓦特等于焦耳秒表示功率，单位是瓦特·11/•P W这个公式表明，在给定力的情况下，物体运•W表示做的功，单位是焦耳J动越快，功率越大表示时间，单位是秒•t s生活中的功率实例电灯功率标识电梯功率与速度关系电灯上标注的功率（如、、）表示电灯每秒消耗的电能功率越大，电灯40W60W100W电梯的功率决定了它运送乘客的能力高功率电梯可以承载更多乘客，或以更快的速度运行越亮，但同时也消耗更多的电能现代灯通常可以用更低的功率（如）产生与传统灯泡相同的亮度，体现了能LED9W100W根据公式，当电梯载重不变时，提升速度越快，需要的功率越大这就是为什么高速P=F·v源效率的提高电梯需要更强大的电动机功与牛顿第二定律联系力的作用功的效应动能变化根据牛顿第二定律，力会使物体产生加速度力对物体做功会改变物体的能量状态合外力做功导致物体速度变化，进而引起动能变化力做正功时，物体获得能量；做负功时，物体其中是力，是质量，是加速度损失能量F ma这种关系由动能定理描述动能定理简述动能定理的表述动能定理的意义动能定理是功与动能变化之间的关系，它指出物体动能的变化等于外力对物体所做的功动能定理揭示了力做功与物体运动状态变化之间的定量关系，是能量守恒定律的一个特例其中合是合外力对物体做的功•W是物体动能的变化量•ΔEk是物体质量•m是初速度，是末速度•v0v典型例题计算滑块在斜面上的功和动能变化题目描述解题分析计算过程一个质量为千克的滑块从高度为米的光在光滑斜面上，只有重力对滑块做功重重力做的功23滑斜面顶端释放，滑到斜面底部求力做功可以通过高度变化计算重力对滑块做的功•滑块到达斜面底部时的速度•根据动能定理，重力做的功等于滑块动能求解末速度的增加其中初速度为零，所以初始动能为零实验演示建议实验目的实验步骤通过实验验证功与动能变化之间的关系，加深对动能定理的理解测量小车的质量

1.m用弹簧测力计以恒定的力拉动小车，保持力的方向与位移方向一致实验材料

2.F记录小车移动的距离

3.s弹簧测力计•测量小车的初速度和末速度

4.v0v小车或滑块•计算力做的功和动能变化

5.W=F·sΔEk=½mv²-½mv0²水平桌面或轨道•比较和的值，验证动能定理

6.WΔEk米尺或卷尺•计时器•实验装置示意图上图展示了验证功与动能关系的实验装置实验中，我们使用弹簧测力计对滑块施加恒定的力，使其在水平面上运动通过测量力的大小、滑块移动的距离以及速度的变化，可以验证动能定理实验装置包括弹簧测力计（用于施加和测量力）、滑块（作为受力物体）、光滑平面（减小摩擦力影响）、标尺（测量位移）以及计时装置（测量速度）能量守恒定律简介能量的形式能量守恒定律机械能守恒能量有多种形式，包括机械能（动能和势能）、能量守恒定律指出在一个孤立系统中，能量在只有保守力（如重力、弹力）做功的系统中，热能、电能、化学能等能量可以从一种形式的总量保持不变，能量既不会凭空产生，也不机械能守恒，即动能和势能的总和保持不变转化为另一种形式会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形非保守力（如摩擦力）做功会导致机械能转化式为其他形式的能量生活中的能量守恒实例秋千摆动滑梯滑下秋千摆动是能量守恒的典型例子当秋千处于最高点时，它具有最大的重力势能和最小的动能；当秋千通过最低点时，它具有最大的动能和最小的重力势能儿童在滑梯上滑下的过程中，重力势能转化为动能开始时，孩子在滑梯顶端拥有最大的重力势能；滑下过程中，重力做功，势能减少，动能增加在理想情况下（忽略空气阻力和摩擦），秋千的机械能（动能与势能之和）保持不变，体现了能量守恒原理课堂思考题为什么摩擦力做负功？功率大的机器一定效率高吗？如何利用功的概念设计省力工具？摩擦力总是与物体的运动方向相反，因此功率和效率是两个不同的概念功率表示摩擦力与位移的夹角为°，单位时间内做功的多少，而效率表示有用根据功的公式，当做相同的功时，180cosθ=-W=F·s，所以摩擦力做负功功与总功的比值力和位移成反比省力工具通过增加位移1来减小所需的力从能量角度看，摩擦力做负功意味着它将功率大的机器可能效率低，因为它可能消物体的机械能转化为热能，导致物体机械耗大量能源但只有一小部分转化为有用功例如，斜面、杠杆、滑轮组等简单机械都能减少，最终使运动物体停下来思考高效率的机器能够将更大比例的输入能量是基于这一原理思考为什么登山道路我们走路时，摩擦力是否总是做负功？转化为有用功，无论其功率大小通常是之字形的而不是直上山顶？这与功的概念有什么关系？复习总结功的定义与计算1功是力使物体发生位移的物理量，用公式计算功W=F·s·cosθ的单位是焦耳J计算功时，需要分析力的大小、位移大小以及两者之间的夹角，2功的正负意义并正确应用公式功的正负取决于力与位移方向的关系力与位移方向相同时，做正功•功与能量的关系3力与位移方向相反时，做负功•功是能量转化的方式正功增加物体的机械能，负功减少物体的力与位移方向垂直时，不做功•机械能动能定理物体动能的变化等于合外力对物体所做的功4功率及其应用功率是单位时间内做功的多少，表示做功的快慢，计算公式为P=W/t功率的单位是瓦特，在工程技术中有广泛应用W拓展阅读与学习资源推荐物理实验视频经典物理题库互动模拟软件《趣味物理实验功与能量》系列视频《中学物理竞赛题精选》收录了大量与《能量实验室》是一款优秀的物理模拟展示了多种生动有趣的实验，帮助你直功、能量相关的经典题目，难度从基础软件，允许你设计各种与功和能量相关观理解功和能量的概念这些视频通过到挑战都有覆盖每道题都配有详细解的虚拟实验你可以调整各种参数（如高清慢动作展示能量转换过程，使抽象析，帮助你提升解题能力和物理思维质量、摩擦系数、弹性系数等），观察概念变得具体可见定期练习这些题目，将大大增强你的物它们对功和能量转换的影响，从而加深理应用能力对物理规律的理解谢谢观看！期待你们的精彩表现课后作业计算一个人提起千克重物上升米所做的功

1.102分析自行车上坡时各种力做功情况

2.设计一个验证功与能量关系的实验方案

3.预习提示希望通过本次课程的学习，同学们已经掌握了功的基本概念和计算方法下节课我们将学习更多关于能量守恒定律的内容，请预习教材相关章节，功是物理学中的重要概念，它连接力学和能量学，理解功将帮助你更好思考能量守恒的应用实例地理解物理世界的运行规律。