E为什么等于FS?高中必修二物理

物理源于生活也必须应用于生活。可以说,物理知识和人们的生产生活实践是密不可分的,下面小编为大家收集整理了“高中物理教案”,欢迎阅读与借鉴!

一、课题:万有引力定律

二、课型:概念课(物理按教学内容课型分为:规律课、概念课、实验课、习题课、复习课)

1.理解万有引力定律的含义并会用万有引力定律公式解决简单的引力计算问题。

2.知道万有引力定律公式的适用范围。

(二)过程与方法:在万有引力定律建立过程的学习中,学习发现问题、提出问题、猜想假设与推理论证等方法。

1.培养学生研究问题时,抓住主要矛盾,简化问题,建立理想模型的处理问题的能力。

2.通过牛顿在前人的基础上发现万有引力定律的思考过程,说明科学研究的长期性,连续性及艰巨性,提高学生科学价值观。

重点:万有引力定律的内容及表达公式。

难点:1.对万有引力定律的理解;2.学生能把地面上的物体所受重力与其他星球与地球之间存在的引力是同性质的力联系起来。

六、教学法:合作探究、启发式学习等

七、教具:多媒体、课本等

回顾以前对月-地检验部分的学习,明确既然太阳与行星之间,地球与月球之间、地球对地面物体之间具有与两个物体的质量成正比,跟它们的距离的二次方成反比的引力。这里进一步大胆假设:是否任何两个物体之间都存在这样的.力?

引发学生思考:很可能有,只是因为我们身边的物体质量比天体的质量小得多,我们不易觉察罢了,于是我们可以把这一规律推广到自然界中任意两个物体间,即具有划时代意义的万有引力定律.然后在学生的兴趣中进行假设论证。

学生自主阅读教材第40页万有引力定律部分,思考以下问题:

1.什么是万有引力?并举出实例。

教师引导总结:万有引力是普遍存在于宇宙中任何有质量的物体之间的相互吸引力。日对地、地对月、地对地面上物体的引力都是其实例。

2.万有引力定律怎样反映物体之间相互作用的规律?其数学表达式如何?并注明每个符号的单位和物理意义。

教师引导总结:万有引力定律的内容是:宇宙间一切物体都是相互吸引的。两物体间的引力大小,跟它的质量的乘积成下比,跟它们间的距离平方成反比. 式中各物理量的含义及单位:F为两个物体间的引力,单位:N.m1、m2分别表示两个物体的质量,单位:kg,r为两个物体间的距离,单位:m。G为万有引力常量:G=6.67×10-11 N·m2/kg2,它在数值上等于质量是1Kg的物体相距米时的相互作用力,单位:N·m2/kg2.

3.万有引力定律的适用条件是什么?

教师引导总结:只适用于两个质点间的引力,当物体之间的距离远大于物体本身时,物体可看成质点;当两物体是质量分布均匀的球体时,它们间的引力也可直接用公式计算,但式中的r是指两球心间的距离。

4.你认为万有引力定律的发现有何深远意义?

教师引导总结:万有引力定律的发现有着重要的物理意义:它对物理学、天文学的发展具有深远的影响;它把地面上物体运动的规律和天体运动的规律统一起来;对科学文化发展起到了积极的推动作用,解放了人们的思想,给人们探索自然的奥秘建立了极大信心,人们有能力理解天地间的各种事物。

在完成上述问题后,小组讨论,学生在教师的引导下进一步深化对万有引力定律的理解,即:

1.普遍性:万有引力存在于任何两个物体之间,只不过一般物体的质量与星球相比太小了,他们之间的万有引力也非常小,完全可以忽略不计。

2.相互性:两个物体相互作用的引力是一对作用力与反作用力。

3.特殊性:两个物体间的万有引力和物体所在的空间及其他物体存在无关。

4.适用性:只适用于两个质点间的引力,当物体之间的距离远大于物体本身时,物体可看成质点;当两物体是质量分布均匀的球体时,它们间的引力也可直接用公式计算,但式中的r是指两球心间的距离。

请两名学生上讲台做个游戏:两人靠拢后离开三次以上。创设情境,加深学生对本节知识点的印象和运用,请一位同学上台展示计算结果,师生互评。

1.请估算这两位同学,相距1m远时它们间的万有引力多大?(可设他们的质量为50kg)

解:由万有引力定律得: 代入数据得:F1=1.7×10-7N

2.已知地球的质量约为6.0×1024kg,地球半径为6.4×106m,请估算其中一位同学和地球之间的万有引力又是多大?

解:由万有引力定律得:代入数据得:F2=493N

3.已知地球表面的重力加速度,则其中这位同学所受重力是多少?并比较万有引力和重力?

比较结果为万有引力比重力大,原因是因为在地球表面上的物体所受万有引力可分解为重力和自转所需的向心力。

小结:学生在教师引导下认真总结概括本节内容,完成多媒体呈现的知识网络框架图,并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结,进行生生互评。

作业:完成“问题与练习”。

本学期期采用的教材为人民教育出版社出版的《物理》选修3-1,共分为三章,分别是

第一章静电场、第二章恒定电流、第三章磁场。静电场是高中阶段的基础内容之一,它的核心是电场的概念及描述电场特性的物理量,全章共9节内容,从电荷、电场的角度来研究电学中的基本知识。恒定电流为第二章内容,其主要研究的内容为一些基本的电路知识,主要包括欧姆定律、焦耳定律、串并联电路等,本章的知识须要以静电场的相关知识作为基础,在教学中应注意联系静电场的有关内容。最后一章为磁场,磁场和电场密切联系又具有相似性,因此通过对比,可以对本章内容起到良好的帮助。

本届高二学生基础不是太好,但不能降低要求,除对少部分同学要提高要求以外,对大多数学生以掌握基本概念基本规律为主要目的,此外还应适当掌握分析物理问题解决物理问题的方法,并提高能力。

针对本学期教学内容和学生的特点,采取重知识和重概念在此基础上提高学生能力的方法:强调学生的课前预习,争取少讲、精练、多思考。培养学生分析问题解决问题的能力。特别培养学生利用数学知识解决物理问题的能力,提高学生的实验动手能力,加强学生实验的教学,加强物理综合知识的分析和讨论。培养学生的综合素质。充分调动学生的主动性、积极性。让学生变成学习的主人。

1.认真钻研教学大纲及调整意见、体会教材编写意图。注意研究学生学习过程,了解

不同学生的主要学习障碍,在此基础上制定教学方案,充分调动学生学习主动性。

2.要特别强调知识与能力的阶段性,强调掌握好基础知识、基本技能、基本方法 , 这是能力培养的基础。对课堂例题与习题要精心筛选,不要求全、求难、求多,要求精、求少、求活,强调例题与习题的教育教学因素,强调理解与运用。

3.加强教科研工作,提高课堂效率。要把课堂教学的重点放在使学生科学地认识和理解物理概念和规律、掌握基本科学方法、形成科学世界观方面。要充分利用现代教育技术手段,提高教育教学质量和效益。

4.通过观察实验和推理,归纳出物理概念和物理规律,使学生学习和掌握有关规律,同时着重培养和发展他们的实验能力,以及由实验结果归纳出物理规律的能力。

5.结合所学知识的教学,对学生进行思想品德教育和爱国主义教育,辩证唯物主义的教育。

1.严格执行教学处的集体备课制度,提高集体备课质量。每周集体备课,先由上一周安排的每一节教学内容的主备人向全组明确本节的重点、难点、教学方法、主要例题、课后作业、教学案等,然后由全组教师研讨、质疑、确认,形成共案。全组老师要统一教学进度、统一教学规范。

2.制定教学进度。在认真分析教材与学生实际情况的基础之上,确定课时安排。为实现给全体学生奠定一个扎实的物理基础提供合理的时间保证。必修物理将突出文科学生的特点、合理安排,以便保证全年级在学业水平测试中获得满意成绩。

3.提高课堂的教学效率,加强对课堂教学模式的探索。细化每一章每一节的教学要求,明确课时分配及每一节课的课时目标。对每一节课的重难点内容作更深入的分析、探讨,确立突破的方法和途径。加强对各种课型的研究,尤其是探究课。

4.精选习题。针对每一节课的课时目标,精心选择典型习题,做到知识点与习题的'对应。分类编排课堂例题、课外巩固习题、小练检测题、章节复习题。注重学生能力的提高过程。

5.强化作业批改。通过作业批改督促学生端正课外学习的态度、了解学生对知识的理解与掌握、规范学生的答题。为课时目标的确定和分类教学指导提供依据。

6.加强学科组老师的交流与合作。通过听课、评课对教学模式进行探究,提高课堂教学效果;在精选习题过程中,选题与审题分工合作;对每一节课的重难点进行突破时集思广益。

7.充分开发教学资源。加强实验教学,能充分利用实验室提供的器材,利用身边资源开发有价值的小实验为学生提供更多的感性认识。搜集多媒体素材,制作课件,提高教学容量与效果。

8.激发学生学习的兴趣和积极性,促进学生全面发展。成立学习小组,开展研究性学习,培养学生的合作、探究、表达能力;举行学科竞赛,促进学生的特长发展。开设讲座,介绍物理学前沿与物理学家生平,让学生明白科学的价值和意义。

(1)知道做机械功的两个不可缺少的因素,知道做功和工作的区别;

(2)知道当力与位移方向的夹角大于90时,力对物体做负功,或说物体克服这个力做了功。

(1)知道计算机械功的公式W=Fscos知道在国际单位制中,功的单位是焦耳(J);知道功是标量。

(2)能够用公式W=Fscos进行有关计算。

1.重点是使学生在理解力对物体做功的两个要素的基础上掌握机械功的计算公式。

2.物体在力的方向上的位移与物体运动的位移容易混淆,这是难点。

3.要使学生对负功的意义有所认识,也较困难,也是难点。

带有牵引细线的滑块(或小车)。

功这个词我们并不陌生,初中物理中学习过功的一些初步知识,今天我们又来学习功的有关知识,绝不是简单地重复,而是要使我们对功的认识再提高一步。

先请同学回顾一下初中学过的与功的概念密切相关的如下两个问题:什么叫做功?谁对谁做功?然后做如下总结并板书:

(1)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,物理学中就说这个力对物体做了功。

然后演示用水平拉力使滑块沿拉力方向在讲桌上滑动一段距离,并将示意图画到黑板上,如图1所示,与同学一起讨论如下问题:在上述过程中,拉力F对滑块是否做了功?滑块所受的重力mg对滑块是否做了功?桌面对滑块的支持力N是否对滑块做了功?强调指出,分析一个力是否对物体做功,关键是要看受力物体在这个力的方向上是否有位移。至此可作出如下总结并板书:

(2)在物理学中,力和物体在力的方向上发生的位移,是做功的两个不可缺少的因素。

就图1提出:力F使滑块发生位移s这个过程中,F对滑块做了多少功如何计算?由同学回答出如下计算公式:W=Fs。就此再进一步提问:如果细绳斜向上拉滑块,如图2所示,这种情况下滑块沿F方向的位移是多少?与同学一起分析并得出这一位移为s cos 。至此按功的前一公式即可得到如下计算公式:

再根据公式W=Fs做启发式提问:按此公式考虑,只要F与s在同一直线上,乘起来就可以求得力对物体所做的功。在图2中,我们是将位移分解到F的方向上,如果我们将力F分解到物体位移s的方向上,看看能得到什么结果?至此在图2中将F分解到s的方向上得到这个分力为Fcos,再与s相乘,结果仍然是W=Fscos。就此指出,计算一个力对物体所做的功的大小,与力F的大小、物体位移s的大小及F和s二者方向之间的夹角有关,且此计算公式有普遍意义(对计算机械功而言)。至此作出如下板书:

力对物体所做的功,等于力的大小、位移的大小、力和位移的夹角的余弦三者的乘积。

接下来给出F=100N、s=5m、=37,与同学一起计算功W,得出W=400Nm。就此说明1Nm这个功的大小被规定为功的单位,为方便起见,取名为焦耳,符号为J,即1J=1Nm。最后明确板书为:

在国际单位制中,功的单位是焦耳(J)

(1)首先对功的计算公式W=Fscos的可能值与学生共同讨论。从cos 的可能值入手讨论,指出功W可能为正值、负值或零,再进一步说明,力F与s间夹角的取值范围,最后总结并作如下板书:

当090时,cos为正值, W为正值,称为力对物体做正功,或称为力对物体做功。

当=90时,cos=0,W=0,力对物体做零功,即力对物体不做功。

当90180时,cos为负值, W为负值,称为力对物体做负功,或说物体克服这个力做功。

(2)与学生一起先讨论功的物理意义,然后再说明正功、负功的物理意义。

①提出功是描述什么的物理量这个问题与学生讨论。结合图1,使学生注意到力作用滑块并持续使滑块在力的方向上运动,发生了一段位移,引导学生认识其特征是力在空间位移上逐渐累积的作用过程。

然后就此提出:这个累积作用过程到底累积什么?举如下两个事例启发学生思考:

a.一辆手推车上装有很多货物,搬运工推车要用很大的力。向前推一段距离就要休息一会儿,然后有了力气再推车走。

b.如果要你将重物从一楼向六楼上搬,搬运过程中会有什么感觉?

首先使学生意识到上述两个过程都是人用力对物体做功的过程,都要消耗体能。就此指出做功过程是能量转化过程,做功越多,能量转化得越多,因而功是能量转化的量度。能量是标量,相应功也是标量。板书如下:

功是描述力在空间位移上累积作用的物理量。功是能量转化的量度,功是标量。

②在上述对功的意义认识的基础上,讨论正功和负功的意义,得出如下认识并板书:

正功的意义是:力对物体做功向物体提供能量,即受力物体获得了能量。

负功的意义是:物体克服外力做功,向外输出能量(以消耗自身的能量为代价),即负功表示物体失去了能量。

例1.课本p.110上的〔例题〕是功的计算公式的应用示范。分析过程中应使学生明确:推力F对箱子所做的功,实际上就是推力F的水平分力Fcos对箱子所做的功,而推力 F的竖直分力Fsin与位移s的方向是垂直的,对箱子不做功。

例2.如图3所示,ABCD为画在水平地面上的`正方形,其边长为a,P为静止于A点的物体。用水平力F沿直线 AB拉物体缓慢滑动到B点停下,然后仍用水平力F沿直线BC拉物体滑动到C点停下,接下来仍用水平力F沿直线CD拉物体滑动到D点停下,最后仍用水平力F沿直线DA拉物体滑动到A点停下。若后三段运动中物体也是缓慢的,求全过程中水平力F对物体所做的功是多少?

此例题先让学生做,然后找出一个所得结果是W=0的学生发言,此时会有学生反对,并能说出W=4Fa才是正确结果。让后者讲其思路和做法,然后总结,使学生明确在每一段位移a中,力F都与a同方向,做功为Fa,四个过程加起来就是4Fa。强调:功的概念中的位移是在这个力的方向上的位移,而不能简单地与物体运动的位移画等号。要结合物理过程做具体分析。

例3.如图4所示,F1和F2是作用在物体P上的两个水平恒力,大小分别为:F1=3N,F2=4N,在这两个力共同作用下,使物体P由静止开始沿水平面移动5m距离的过程中,它们对物体各做多少功?它们对物体做功的代数和是多少?F1、F2的合力对P做多少功?

此例题要解决两个方面的问题,一是强化功的计算公式的正确应用,纠正学生中出现的错误,即不注意力与位移方向的分析,直接用3N乘5m、4N乘5m这种低级错误,引导学生注意在题目没有给出位移方向时,应该根据动力学和运动学知识作出符合实际的判断;二是通过例题得到的结果,使学生知道一个物体所受合力对物体所做的功。等于各个力对物体所做的功的代数和,并从合力功与分力功所遵从的运算法则,深化功是标量的认识。

解答过程如下:位移在F1、F2方向上的分量分别为s1=3m、s2=4m,F1对P做功为9J,F2对P做功为16J,二者的代数和为25J。F1、F2的合力为5N,物体的位移与合力方向相同,合力对物体做功为W=Fs=5N5m=25J。

例4.如图5所示。A为静止在水平桌面上的物体,其右侧固定着一个定滑轮O,跨过定滑轮的细绳的P端固定在墙壁上,于细绳的另一端Q用水平力F向右拉,物体向右滑动s的过程中,力F对物体做多少功?(上、下两段绳均保持水平)

本例题仍重点解决计算功时对力和位移这两个要素的分析。如果着眼于受力物体,它受到水平向右的力为两条绳的拉力,合力为2F。因而合力对物体所做的功为W=2Fs;如果着眼于绳子的Q端,即力F的作用点,则可知物体向右发主s位移过程中,Q点的位移为2s,因而力F拉绳所做的功W=F2s=2Fs。两种不同处理方法结果是相同的。

1.对功的概念和功的物理意义的主要内容作必要的重复(包括正功和负功的意义)。

2.对功的计算公式及其应用的主要问题再作些强调。

1.考虑到功的定义式W=Fscos与课本上讲的功的公式相同,特别是对式中s的解释不一,有物体位移与力的作用点的位移之分,因而没有给出明确的功的定义的文字表达。实际问题中会用功的公式正确进行计算就可以了。从例题4可以看出,定义一个力对物体所做的功,将位移解释为力的作用点在力的方向上的位移是比较恰当的。如果将位移解释为受力物体在力的方向上的位移,学生会得出W=Fs这一错误结果,还会理直气壮地坚持错误,纠正起来就困难多了。

2.由于对功的物理意义的讲解是初步的,因而对正功、负功的物理意义的讲解也是初步的。这节课中只是讲到受力物体得到能量还是失去能量这个程度。在学习了机械能守恒定律之后,再进一步作出说明。在机械能守恒的物理过程中,有重力做功,地球上的一个物体的机械能并没有增加,因而正、负功的意义就不能用能量得失关系去说明了。在这种情况下,重力做正功,表示势能向动能转化;重力做负功,表示动能向势能转化,这里的正功、负功不再表示能量得失,而是表示能量转化方向的。

1、知道摩擦力产生的条件;

2、能在简单的问题中,根据物体的运动状态,判断静摩擦力的有无、大小和方向;知道存在着最大静摩擦力;

3、掌握动摩擦因数,会在具体问题中计算滑动摩擦力,掌握判定摩擦力方向的方法;

4、知道影响动摩擦因数的因素;

1、通过观察演示实验,概括出摩擦力产生的条件以及摩擦力的特点,培养学生的观察、概括能力.通过静摩擦力与滑动摩擦力的区别对比,培养学生的分析综合能力.

渗透物理方法的教育.在分析物体所受摩擦力时,突出主要矛盾,忽略次要因素及无关因素,总结出摩擦力产生的条件和规律.

1、两个互相接触且有相对滑动或的物体,在它们的接触面上会产生阻碍相对运动的摩擦力,称为滑动摩擦力;

2、两个物体相互接触,当有相对滑动的趋势,但又保持相对静止状态时,在它们接触面上出现的阻碍相对滑动的作用力

3、两个物体间的滑动摩擦力的大小跟这两个物体接触面间的压力大小成正比.

4、动摩擦因数的大小跟相互接触的两个物体的材料有关.

5、摩擦力的方向与接触面相切,并且跟物体相对运动或相对运动趋势相反.

6、静摩擦力存在最大值——最大静摩擦力.

1、本节课的内容分滑动摩擦力和静摩擦力两部分.重点是摩擦力产生的条件、特性和规律,通过演示实验得出关系.

2、难点是在理解滑动摩擦力计算公式时,尤其是理解水平面上运动物体受到的摩擦力时,学生往往直接将重力大小认为是压力大小,而没有分析具体情况.

一、讲解摩擦力有关概念的教法建议

介绍滑动摩擦力和静摩擦力时,从基本的事实出发,利用二力平衡的知识使学生接受摩擦力的存在.由于摩擦力的内容是本节的难点,所以在讲解时不要求“一步到位”,关于摩擦力的概念可以通过实验、学生讨论来理解.

1、可以让学生找出生活和生产中利用摩擦力的例子;

2、让学生思考讨论,如:

(1)、摩擦力一定都是阻力;

(2)、静止的物体一定受到静摩擦力;

(3)、运动的物体不可能受到静摩擦力;

主要强调:摩擦力是接触力,摩擦力是阻碍物体间的相对运动或相对运动趋势的,但不一定阻碍物体的运动,即在运动中也可以充当动力,如传送带的例子.

二、有关讲解摩擦力的大小与什么因素有关的教法建议

1、滑动摩擦力的大小,跟相互接触物体材料及其表面的光滑程度有关;跟物体间的正压力有关;但和接触面积大小无关.注意正压力的解释.

2、滑动摩擦力的大小可以用公式:

1.了解什么是热辐射及热辐射的特性。

2.了解黑体辐射,了解黑体热辐射的强度与波长的关系 。

3.了解能量子的概念 及提出的科学过程,领会这一科学突破过程中科学家的思想。

4.了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点,体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识 。

讲授为主,启发、引导。

师:19世纪末,牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功:在机械运动方面不用说,在分子物理方面,成功地解释了温度、压强、气体的内能。在电磁学方面,建立了一个能推断一切电磁现象的 Maxwell方程。另外还找到了力、电、光、声等都遵循的规律---能量转化与守恒定律。当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到头了。

1900年在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物理学家开尔文作了展望新世纪的发言:“科学的大厦已经基本完成,后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。” “但是,在物理学晴朗天空的远处,还有两朵令人不安的乌云。”

这两朵乌云是指什么呢? 一朵与黑体辐射有关,另一朵与迈克尔逊实验有关。然而, 事隔不到一年(1900年底),就从第一朵乌云中降生了量子论,紧接着(1905年)从第二朵乌云中降生了相对论。经典物理学的大厦被彻底动摇,物理学发展到了一个更为辽阔的领域。正可谓“山重水复疑无路, 柳暗花明又一村”。

我们这节课就来学习“能量量子化的发现 ——物理学新纪元的到来”。

师:请同学们阅读教材27第一段,思考:什么是热辐射,物体的热辐射有什么特性?(学生阅读教材、思考问题)

师:我们周围的一切物体都在辐射各种波长的电磁波,这种辐射与由于物体中的分子、原子受到激发而造成的,它与温度有关,因此称为热辐射。

所辐射电磁波的特征与温度有关。 当温度升高时,热辐射中较短波长的成分越来越强。。例如:在给铁块加热使其温度升高时,从看不出发光到暗红到橙色到黄白色 ,这表明辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。

课件展示:铁块在温度升高时颜色的变化(下图)。

辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。

教师:除了热辐射之外,物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。不同的物体吸收和反射电磁波的能力是不一样的。

(板书)能全部吸收各种波长的电磁波而不发生反射的物体,称为绝对黑体,简称黑体。

教师:课件展示黑体模型(如下图)并进行阐释。

不透明的材料制成带小孔的空腔,那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收,最终不能从空腔射出。这个小孔可近似看作黑体。

2.黑体辐射的实验规律

教师:一般材料的物体和黑体辐射电磁波的情况有什么不同呢?

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  导读:在只有重力或弹力做功的物体系统内(或者不受其他外力的作用下),物体系统的动能和势能(包括重力势能和弹性势能)发生相互转化,但机械能的总能量保持不变。这个规律叫做机械能守恒定律。为此长沙新东方整理了高一物理中机械能守恒定律方面的知识点,供同学们参考学习。

  θ= 90° 力F对物体不做功,

  ①公式只适用于恒力做功

  ② F和S是对应同一个物体的;

  ③某力做的功仅由F、S和q决定, 与其它力是否存在以及物体的运动情况都无关。

  2.重力的功:WG=mgh ——只 跟物体的重力及物体移动的始终位置的高度差有关,跟移动的路径无关。

  3.摩擦力的功(包括静摩擦力和滑动摩擦力)

  摩擦力可以做负功,摩擦力可以做正功,摩擦力可以不做功,

  一对静摩擦力的总功一定等于0,一对滑动摩擦力的总功等于 - fΔS

  (1)弹力对物体可以做正功可以不做功,也可以做负功。

  5.合力的功——有两种方法:

  (1)先求出合力,然后求总功,表达式为

  (2)合力的功等于各分力所做功的代数和,即

  6.变力做功:基本原则——过程分割与代数累积

  (1)一般用动能定理 W合=ΔEK求之;

  (2)也可用(微元法)无限分小法来求, 过程无限分小后, 可认为每小段是恒力做功;

  (3)还可用F-S图线下的“面积”计算;

  (4)或先寻求F对S的平均作用力。

  7.做功意义的理解问题:解决功能问题时,把握“功是能量转化的量度”这一要点,做功意味着能量的转移与转化,做多少功,相应就有多少能量发生转移或转化。

  1. 定义式:,所求出的功率是时间t内的平均功率。

  2. 计算式:P=Fvcos θ , 其中θ是力F与速度v间的夹角。用该公式时,要求F为恒力。

  (1)当v为即时速度时,对应的P为即时功率;

  (2)当v为平均速度时,对应的P为平均功率。

  (3)重力的功率可表示为 PG=mgv⊥,仅由重力及物体的竖直分运动的速度大小决定。

  (4)若力和速度在一条直线上,上式可简化为 Pt=F·vt

  1. 定义:物体由于运动而具有的能叫动能

  3.动能和动量的关系:动能是用以描述机械运动的状态量。动量是从机械运动出发量化机械运动的状态,动量确定的物体决定着它克服一定的阻力还能运动多久;动能则是从机械运动与其它运动的关系出发量化机械运动的状态,动能确定的物体决定着它克服一定的阻力还能运动多远。

  1.定义:合外力所做的总功等于物体动能的变化量. —— 这个结论叫做动能定理.

  式中W合是各个外力对物体做功的总和,ΔEK是做功过程中始末两个状态动能的增量.

  3.推导:动能定理实际上是在牛顿第二定律的基础上对空间累积而得:

  在牛顿第二定律 F=ma 两端同乘以合外力方向上的位移s,即可得

  4. 对动能定理的理解:

  ①如果物体受到几个力的共同作用,则(1)式中的 W表示各个力做功的代数和,即合外力所做的功. W合=W1+W2+W3+……

  ②应用动能定理解题的特点:跟过程的细节无关.即不追究全过程中的运动性质和状态变化细节.

  ③动能定理的研究对象是质点.

  ④动能定理对变力做功情况也适用.动能定理尽管是在恒力作用下利用牛顿第二定律和运动学公式推导的,但对变力做功情况亦适用. 动能定理可用于求变力的功、曲线运动中的功以及复杂过程中的功能转换问题.

  ⑤对合外力的功 (总功) 的理解

  ⑴可以是几个力在同一段位移中的功,也可以是一个力在几段位移中的功,还可以是几个力在几段位移中的功

  ⑵求总功有两种方法:

  一种是先求出合外力,然后求总功,表达式为

  另一种是总功等于各力在各段位移中做功的代数和,即ΣW=W1+W2+W3+……

  考点5.重力做功的特点与重力势能

  1. 重力做功的特点:重力做功与路径无关,只与始末位置的竖直高度差有关,当重力为的物体从A点运动到B点,无论走过怎样的路径,只要A、B两点间竖直高度差为h,重力mg所做的功均为

  2. 重力势能:物体由于被举高而具有的能叫重力势能。其表达式为:,其中h为物体所在处相对于所选取的零势面的竖直高度,而零势面的选取可以是任意的,一般是取地面为重力势能的零势面。由于零势面的选取可以是任意的,所以一个物体在某一状态下所具有的重力势能的值将随零势面的选取而不同,但物体经历的某一过程中重力势能的变化却与零势面的选取无关。

  3. 重力做功与重力势能变化间的关系:重力做的功总等于重力势能的减少量

  a. 重力做正功时,重力势能减少,减少的重力势能等于重力所做的功 - ΔEP= WG

  b. 克服重力做功时,重力势能增加,增加的重力势能等于克服重力所做的功 ΔEP= - WG

  1. 发生弹性形变的物体具有的能叫做弹性势能

  2.弹性势能的大小跟物体形变的大小有关,EP′= 1/2×kx2

  3. 弹性势能的变化与弹力做功的关系:

  弹力所做的功,等于弹性势能减少. W弹= - ΔEP′

  考点7.机械能守恒定律

  1. 机械能:动能和势能的总和称机械能。而势能中除了重力势能外还有弹性势能。所谓弹性势能批量的是物体由于发生弹性形变而具有的能。

  2、机械能守恒守律:只有重力做功和弹力做功时,动能和重力势能、弹性势能间相互转换,但机械能的总量保持不变,这就是所谓的机械能守恒定律。

  3 、机械能守恒定律的适用条件:

  (1)对单个物体,只有重力或弹力做功。

  (2)对某一系统,物体间只有动能和重力势能及弹性势能相互转化,系统跟外界没有发生机械能的传递, 机械能也没有转变成其它形式的能(如没有内能产生),则系统的机械能守恒。

  (3)定律既适用于一个物体(实为一个物体与地球组成的系统),又适用于几个物体组成的物体系,但前提必须满足机械能守恒的条件。

  考点8:功能关系——功是能量转化的量度

  ⑴ 重力所做的功等于重力势能的减少

  ⑵ 电场力所做的功等于电势能的减少

  ⑶ 弹簧的弹力所做的功等于弹性势能的减少

  ⑷ 合外力所做的功等于动能的增加

  ⑸ 只有重力和弹簧的弹力做功,机械能守恒

  ⑹ 重力和弹簧的弹力以外的力所做的功等于机械能的增加 WF= E2-E1= ΔE

  ⑺克服一对滑动摩擦力所做的净功等于机械能的减少ΔE = fΔS( ΔS为相对滑动的距离)

  ⑻ 克服安培力所做的功等于感应电能的增加

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作者在学余对高一必修二的某些章节进行了深入分析,同时将自己的思路整理为文章。由于时间仓促与精力问题,可能存在知识点覆盖盲区与部分差错,还望点出。知识整理不易,希望大家能多多支持!

当一个外力(或多个外力的合力)作用于物体上,且该物体在沿该力方向上有位置的移动,则认为该力对此物体做了功。从某个角度可以说功评判的是某个力对该物体位置移动所作出的贡献。物体的位置移动为该力做功的直接反映,而欲想真正探究功还得回到力本身。

力的做功公式为W=Fs·cosα(若无特殊交代,除斜面坡度外本章中α均为力与位移方向之夹角)。接下来先对该公式进行理解性解释。此种解释方式较不正规,却有助于对功的理解。我们知道,一个力由三个部分组成:大小、方向与作用点,其中力的大小在公式中由F直接表示。而作用点在该阶段可视为质点的物体而言没有太大讨论的必要,外力施加于其上时作用点在本章暂不考虑。我们的重点是通过力的方向来彻底理解该做功公式。可以这么理解:对于力的方向,需与位移s与cosα合并一同作解释,它们三者的关系密不可分。当力F的方向与cosα合并后,位移s便被独立;当位移s与cosα合并后,力F便被独立。接下来先给它们关系的第一种解释。

为了方便此时的研究,我们不妨假设此物体此时只受三个力:支持力、重力与斜向右上方的拉力,且此时物体水平向右运动。我们通过矢量正交分解法则可以将力F分解为水平方向上的分力Fx与竖直方向上的分力Fy,其中分力Fx满足Fx=Fcosα。上文已经说到,功即是一个力对物体位置变化所做出的贡献,而物体在此情况下水平向右运动,容易得到力F对物体运动变化贡献的部分有且仅有Fx一个部分。那么,在此情况下对力F的做功问题研究就轻松地转换为了求Fx即F·cosα的做功问题,那么此时s就是那个最初始的、本真的位移,它被F·cosα孤立了。在这种理解下,做功公式不妨写作W=F·cosα·s。

而另一种说法抓住的是它的原始定义,即并不改变力F(放弃对其正交分解),而是抓住沿力的位移的关键字眼进行解释。为了方便研究与对比,此时物体的受力情况与运动状态同前一段相同,但保留力F不做改动,将物体的位移s分别沿力与垂直力方向分解为sx与sy,且sx满足sx=s·cosα。现在仍回到本节首段的第二句话,即功为力对物体位置移动所做出的贡献。此时可以将力F分离出,作为一个视为整体的力研究对物体运动的贡献。从力与运动关系角度看,由牛顿第二定律容易得到,当物体质量恒定时,加速度与力F成正比,且它们的方向相同;从做功角度看,只有以力为根本要求所产生的加速度之方向才能是其对物体位置移动做出贡献的方向,亦即力只能对与它相同方向的位移做出贡献。所以,在这种说法之下,我们保留力F不变,将物体的位移分解为力F所做功之位移与非力F所做功之位移,即沿力位移sx与垂直位移sy。此时求对力F做功下物体位移s的有效位移问题就巧妙地转化为了求sx即s·cosα的位移,此时F是未经过分解的、最本真的力,它被s·cosα孤立了。在这种理解下,做功公式不妨写作W=F·s·cosα。

在上文中我们研究了力F的一般做功形式。本节一开头我们就已经点明了要想真正探究功只能回到力本身,现在我们即通过这一点再来研究其的独立性与整体性。

力是做功的主语,对运动作出贡献而又受限于物体的运动。它的最大意义在于能量的传递,这一点我们将留到后面再进行深入探讨。现在我们先来研究其独立性与整体性。一个力在做功时,其实质只和受力对象与其本身有关,再没有第三者插入干扰他们的关系。当物体从静止起,开始受且仅受此非瞬变力时,其相对速度的变化△v便完全、彻底的由该力所贡献(即运动方向与F方向相同);而生活中又时常有诸如重力等其他外力施于物体上,此时力F便不一定能将自己的全部部分对物体的位移做出贡献了(即物体的运动方向与F方向不同),此时它就有无用功的成分(这里的有用功与无用功需区别于机械效率中有用功与额外功)。所以在思考做功的两个因素即力与运动方向时,应分开考虑:其做功力F具有独立性,而物体在力的方向上通过的位移应抓住整个系统的受力情况来研究。

接下来我们接着讨论由公式引出的两种情况,它们有相交处,也有特殊处。第一种便是受力不做功。若有一力F施加在物体上,该物体保持静止,或是该力与物体运动方向呈90°夹角,那么该力不做功。黑板擦擦黑板和人提水两个例子中,黑板收到的滑动摩擦力与水桶受到的拉力均不做功。倘若某一物体受合外力F后回到原地且保持原速率,即合外力力F作用前后物体的运动状态及位置情况未曾发生改变,那么力F不做功,即力F做功W=0(这点在之后的功能关系与动能定理中会更加深入)。在机械功的范畴内,当任意一个刚体经过一系列力的做功或不做功的作用后,若运动状态相同、所处高度相同,我们认定其具有的重力势能和动能相同,即机械能相同。当然,若是该物体发生了弹性形变,它具有通过释放弹性势能产生对外做功的能力,又要另论。所以,要判断某个力做功是非为0,即是否做功时,应先独立判断再整体判断,先研究该力每时每刻的方向与其瞬时速度是否垂直,从而快速判断其做功情况。再者,通过力的方向是否有角度的转变来判断是否需要分段或是改位移为路程计算。最后通过整体判断其运动状态和位置情况的改变,用机械能守恒定律可以很好地解决,这点将会在后面的章节一起研究。

第二种则是更为普遍的做功,即有力有功。这里不过多展开。但值得一提的是汽车在水平路面 上来回运动的例子,要判断其牵引力做的功应该以路程而不是位移计算。因为汽车的牵引方向每时每刻都与运动方向相同,而在总过程求做功中s就不再是位移,而是路程(或也可将s分为s前与s后两段位移求解,这是一般方法)。

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