1.1 机械功 课件 高一下学期物理鲁科版（2019）必修第二册.pptx

第1章功和机械能1.1机械功

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、木块甚至石头等。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?子弹击碎玻璃瞬间导入：神奇之能

能量，我们既熟悉又陌生。运动的物体具有动能，被举高的物体具有势能，物体的动能和势能可相互转化。这些能量与哪些因素有关?能量转化遵循怎样的规律?通过本章的学习，认识了功和机械能之间的关系，你就会明白其中的奥秘。水电站泄洪场景

用一定的力斜拉购物篮移动时(图1-1)，拉力方向与篮的位移方向有一定的夹角，拉力对篮做功了吗?在初中物理的基础上，本节我们进一步深化对功的认识，学习力与位移互成角度时功的计算。图1-1人拉购物篮

1机械功的含义

能量（Energy）01具有能量的物体能做一些事情、完成一些工作

能量表示物体做功的本领功是能量转化的量度

动能:物体运动而具有的能量机械能势能重力势能弹性势能

机械功（W）02定义：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。单位：焦耳，符号J

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(mechanicalwork)，简称功，用W表示。SFFW＝Fs这个公式只适用于恒力方向与运动方向一致的情况。

如果力和位移不在同一直线上要如何计算？

在生产生活中，我们经常见到类似斜拉购物篮的情景，这时作用于物体的力与物体的位移成一定夹角。在这个过程中，拉力做的功是多少呢?我们把斜拉购物篮这类情景转换为物理模型，物体在与水平方向成角的恒定拉力F作用下沿水平方向移动，发生的位移是s，在这个过程中，拉力F所做的功是多少?

如图1-2所示，可将F分解为沿水平方向向右的分力F1和沿竖直方向向上的分力F2。F1与物体位移的方向一致，对物体做了功；F2与物体位移的方向垂直，不对物体做功。

因此，恒力F对物体所做的功W就等于分力F1所做的功。再结合功的定义，可得出恒力做功的计算公式W＝Fscosαα力与位移的夹角

功只有大小没有方向，是标量。在国际单位制中，功的单位是焦耳，用符号J表示。如果1N的力使物体在力的方向上发生了1m的位移，那么这个力对该物体所做的功就是1J，即1J＝1N×1m＝1N·m

拓展用图像描述功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。

当F为恒力时，由F和s为邻边构成的矩形面积即表示功的大小，如图1-3(a)所示。

若F不是恒力，可将位移划分为若干等距的小段，在每个小段中F可近似看成恒力，其所做功的大小即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，如图1-3(b)所示。

思考：下列情形中，人是否对物体做功？

机械功的计算

由功的计算公式可知，当力F和物体位移s的大小都一定时，功W就由F与s的夹角α的余弦cosα决定。当α＝0°时，cosα＝1，W＝Fs，这就是初中物理中作用力与物体位移方向相同的情况。当α＝90°时，cosα＝0，W＝0，表示力F与物体位移的方向垂直时，对物体不做功。

当0°≤α＜90°时，cosα＞0，W＝Fscosα＞0，表示力F对物体做正功。当90°＜α≤180°时，cosα＜0，W＝Fscosα＜0，表示力F对物体做负功，也可说物体克服这个力做了功。当α＝180°时，cosα＝－1，W＝－Fs，表示作用力与物体位移方向相反。

夹角α的范围做功情况物理意义cosα＝0，W＝0，即力F对物体不做功力不是阻力也不是动力cosα＞0，W＞0，即力F对物体做正功力是动力，物体的动能增加cosα＜0，W＜0，即力F对物体做负功或物体克服力F做功力是阻力，物体的动能减小αFS甲αFS乙W＝Fscosα

注意事项功是标量，但有正负，表效果(做正功还是负功)功是过程量，计算需注意在哪段过程做的功正负表示力对物体做功还是克服力做功

例如，在某些飞机着陆滑跑中，要打开尾部的减速伞(图1-4)。在这个过程中，减速伞拉力的方向与飞机位移的方向相反，对飞机做负功，也可以说飞机克服这个拉力做了功。图1-4飞机着陆后打开尾部减速伞

当物体在多个外力共同作用下运动，求所有外力对物体做的总功时，需要逐个分析哪些力做功，哪些力不做功，哪些力做正功，哪些力做负功。功是标量，对功的叠加应采用求代数和的方法。所有外力对物体做的总功，等于各个