第十五章《功和机械能》.docx
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第十五章《功和机械能》
第十五章《功和机械能》
第一节:
功
教学目标:
⒈理解做功的两个必要因素。
认识在什么情况下力对物体做了功,在什么情况下没有做功。
⒉理解计算功的公式和单位,并会用功的公式进行简单计算。
⒊常识性了解功的原理。
知道使用任何机械都不省功。
会应用功的原理进行简单的计算。
⒋利用不同的研究方法得到功的原理,培养学生的逻辑推理能力。
教学重点
做功的两个必要因素
教学难点
⒈运用公式W=FS计算机械功
⒉实验结论的归纳得出功的原理
教学方法讲授法、自学指导法实验探索法
教学用具木块、木板、细绳,小车杠杆和支架、钩码、滑轮、细线、刻度尺
课时安排2课时
教学步骤
一、导入新课复习提问
⒈力的三要素是什么?
⒉力能产生哪些作用效果?
二、引入
在物理学中,当一个力作用在物体上,物体在这个力的作用下在力的方向上通过了一段距离,我们就说这个力有了成效。
在物理学里,经常要提到“功”的概念,就吸收了“成效”的意思,当然在物理学中功还有它特殊的含义。
三、新课教学力学中的“功”
㈠、学生自学本节课文第一、二自然段,并参看图及图注。
提问并由学生回答讨论以下问题:
⑴力学里所说的“功”,它的含义是什么?
当一个力作用在物体上,物体在这个力的作用下通过一段距离,力学里就说这个力对物体做了功。
⑵分析图1,做功的实例:
在什么力作用下,(这个力的方向是怎样?
)沿什么方向移动通过了一段距离?
什么力对物体做了功?
⑶力学里的功包括哪两个必要因素?
力学里的功包括两个必要因素:
一是作用在物体上的力,二是物体在力的方向上通过的距离。
强调:
“两个必要因素”的含义是指“缺一不可”。
只有作用在物体上的力,而没有物体在力的方向上通过的距离,即如果物体仍静止不动,这个力就没有对物体做功。
结合课本图2,分析两个小朋友做的功等于零的道理。
如果物体靠惯性做匀速直线运动,虽然在水平方向上通过了距离,但并没有水平方向的力作用于它,所以没有什么力做功。
结合“在极光滑的水平冰面上滑动的冰球”一例,说明没有什么力对冰球做功。
⑷练习、分析并演示以下问题,讨论力对物体是否做功?
①放在水平木板上的小车,在水平拉力作用下前进了一段距离,拉力和重力这两个力哪个力对物体做了功?
为什么?
②用手提着木块不动,木块受几个力的作用?
哪个力对木块做了功?
③用沿水平的拉力拉动小车在水平木板上前进。
当把拉力去掉后,小车还向前运动一段距离,在这段距离上,拉力对小车做功了吗?
通过以上问题的讨论,进一步理解做功的两个必要因素。
研究力对物体做功时,要分清哪个力对物体做功,或者哪个物体(施力物体)对哪个物体(受力物体)做功。
㈡、功的计算
⒈演示,画板图如图并加以分析。
放在水平面上的小车,在水平拉力作用下前进一段距离,如图1所示,拉力对小车做了功。
甲:
拉力为F,小车在拉力方向上通过的距离是s,拉力对小车做功;
乙:
拉力为2F,小车在拉力方向上通过的距离是s,拉力做的功是甲图中拉力所做功的2倍。
丙:
拉力为2F,小车在拉力方向上通过的距离是2s,拉力做的功是甲图中拉力所做功的4倍。
小结:
可见力越大,使物体移动的距离越大,做的功越多。
功的大小跟作用在物体上的力成正比,跟物体通过的距离成正比。
⒉功的计算公式
功=力×距离;即:
功等于力与物体在力的方向上通过的距离的乘积。
用W表示功,用F表示力,s表示物体在力的方向上通过的距离,则功的公式可写成:
W=FS
⒊功的单位
在国际单位制中,力的单位是牛顿(N),距离的单位是米(m),功的单位是牛顿·米,它有一个专用名称叫焦耳,简称焦(J)。
1焦=1牛·米
在应用杠杆平衡条件计算时,力和力臂的积的单位时“N•m”,不能写成“J”,这两个单位的物理意义有所不同。
几点说明
①使用W=F·s,要注意单位的统一。
②做功的多少只由W=F·s决定,跟物体是做匀速直线运动还是做变速运动无关。
③知道1焦的物理意义,知道1焦的大小。
⒋例题:
课本P105,求推箱子的小朋友做了多少功?
举箱子的小朋友做了多少功?
由一名学生板演,其他学生自己演算。
要求解题规范化。
W1=F·s=50牛×10米=500焦
匀速举高箱子,箱子受到两个力,G和F´,F´=G
W2=F´h=100N×1.5m=150J
追问:
此题中木箱受到几个力的作用?
哪个力做了功?
对什么物体做功?
重力做了功没有?
为什么?
学生回答,教师小结。
㈢、小结
⒈力学里的功包括两个必要因素:
一是作用在物体上的力,二是物体在力的方向上通过的距离。
⒉功等于力与物体在力的方向上通过的距离的乘积。
W=F·s
⒊功的单位是牛顿·米,它有一个专用名称叫焦耳,简称焦(J)
四、实验研究 研究内容:
使用机械能不能省功?
⒈杠杆实验
⑴实验目的:
研究使用杠杆提升重物时能不能省功?
即手直接提升重物做的功与利用杠杆提升重物做的功是否相等。
⑵实验中动力就是手的拉力,阻力的大小等于钩码重。
实验是利用杠杆的平衡条件算出手对杠杆的拉力。
实验中手的拉力方向始终要竖直向上,重力方向始终竖直向下,所以它们做功的距离是沿力的方向的距离。
把两个刻度尺分别竖直放在砝码及手旁,记下砝码和手的起始位置。
当用杠杆提升砝码到一定高度时,再记下砝码和手的终了位置,求出砝码升高的高度h(米)和手移动的距离s(米)。
实验中,杠杆的重及杠杆在运动中的摩擦力忽略不计,实验研究的是理想机械。
⑶按课文实验1,并参照图组装实验器材,将实验结果填入数据表格中,写出实验结论。
⒉动滑轮实验
⑴实验目的:
研究使用动滑轮提升重物时能不能省功?
即手直接提升重物做的功与利用动滑轮提升重物做的功是否相等。
⑵实验中动力就是手的拉力,阻力的大小等于钩码重。
图,实验是利用杠杆的平衡条件算出手对杠杆的拉力。
实验中手的拉力方向始终要竖直向上,重力方向始终竖直向下,所以它们做功的距离是沿力的方向的距离。
把两个刻度尺分别竖直放在砝码及手旁,记下砝码和手的起始位置。
当用动滑轮提升砝码到一定高度时,再记下砝码和手的终了位置,求出砝码升高的高度h(米)和手移动的距离s(米)。
实验中,动滑轮的重及滑轮在运动中的摩擦力忽略不计,实验研究的是理想机械。
⑶按课文实验2,并参照图14—5组装实验器材,将实验结果填入数据表格中,写出实验结论。
⒊总结实验结论
⑴学生报告实验记录数值和实验结论。
教师将几组数值记于黑板一或事先画好表格的小黑板)上。
⑵实验表明:
利用杠杆提升砝码,使用杠杆所做的功F·s(焦)和直接用手所做的功G·h(焦)相等,即使用杠杆不能省功。
利用动滑轮提起砝码,使用滑轮做的功F·s和直接用手所做的功G·h相等,即使用动滑轮也不能省功。
⑶总结出功的原理:
①使用机械时,人们直接用手做的功,都等于使用机械做的功。
使用任何机械都不能省功,这个结论叫做功的原理。
②功的原理对任何机械都适用。
⒋思维发散:
使用任何机械都不省功,为什么人们还要使用机械呢?
(课文后“想想议议”)
因为使用机械可以改变动力的大小、方向和动力作用点移动的距离,使用机械还可以改变做功的快慢,使用机械还能比较方便的完成人们不方便完成的工作等,使用机械有很多好处。
⒌斜面
⑴斜面也是一种简单机械,例如在向卡车上装中的货物时,常用木板搭成一个斜面,把重物推上去;爬坡度很陡的山,人感到很吃力,要是沿着盘山公路走就不会感到吃力,可见使用斜面可以省力。
根据功的原理,可知使用斜面不省功,省了力就要多费距离。
⑵学生练习:
试证明斜面的长度是斜面高度的几倍,所用的推力就是物体重力的几分之一。
⒍小结
⑴功的原理:
使用任何机械都不能省功。
动力对机械做的功等于机械克服阻力所做的功;
⑵斜面:
使用斜面可以省力,斜面的长度是斜面高度的几倍,所用的推力就是物体重力的几分之一。
五、总结
六、作业处理:
七、反思:
第二节:
机械效率
教学目标
⒈知道什么是有用功、额外功和总功。
⒉知道什么叫机械效率,知道计算公式。
知道机械效率总小于1。
⒊知道提高机械效率的意义和主要方法。
⒋学习组装滑轮组和会测滑轮组的机械效率;
⒌通过学生实验,使学生进一步明确机械效率取决于有用功在总功里所占的百分比,从而了解提高机械效率的途径。
教学重点
⒈使用任何机械都要做额外功
⒉滑轮组的组装,重物上升距离、绳端通过距离的测量
教学难点
⒈有用功、总功的正确判断,理解效率的物理意义
⒉实验的原理
教学方法讲授法实验法
教学用具滑轮、钩码、线、弹簧秤、铁架台、刻度尺
课时安排2课时
教学步骤
一、导入新课复习提问
做功的因素是什么?
功的原理是什么?
二、引入
功的原理告诉我们,使用任何机械都不能省功,实际上使用机械还要多做功。
例如用动滑轮提升重物时,把滑轮本身也提起来了,滑轮受到重力作用,也发生了一段距离,对滑轮也有做功。
另外滑轮与绳子之间存在着摩擦,克服阻力也要多做功。
在利用机械做功时,我们所需的只是其中的一部分,而额外要多做的功也占一部分,那么机械做功就存在一个效率问题。
三、新课教学有用功、额外功、总功
⒈演示实验:
用弹簧秤匀速拉动绳端,使重物G升高。
从弹簧秤读出拉力F的值,用刻度尺测出重物提升的高度h和弹簧秤移动的距离s。
实验数值G=5牛,h=0.5米,F=3牛,s=1米
弹簧秤的拉力(动力)对动滑轮做的功:
W动=F·s=3牛×1米=3焦
提高重物,动滑轮克服阻力做的功:
W阻=G·h=5牛×0.5米=2.5焦
⒉提问:
由实验可以看到W动>W阻,这是为什么?
前面研究简单机械和功的原理时,我们没有考虑摩擦,没有考虑使用动滑轮提升重物时动滑轮本身重等因素,是理想情况。
实际上,我们用动滑轮等简单机械提升重物时,由于要克服摩擦以及不得不把动滑轮一起提升,这时我们用的力(动力)就比没有摩擦时要大(该实验中,理想情况下拉力是2.5牛,而实际的拉力是3牛)。
做的功要比没有摩擦时大一些(该实验中,不考虑摩擦时动力做的功是2.5焦,而实际动力对滑轮做的功是3焦)。
⒊小结
①有用功(W有用):
利用机械工作时对人们有用的功叫有用功。
在用动滑轮提高重物的实验中,用来提高物体的功对我们是有用的,是必须做的。
本实验中的有用功W有=G·h=5牛×0.5米=2.5焦。
②额外功(W额外):
对人们没有用,但又不得不做的功叫做额外功。
本实验中,用来克服摩擦做的功、把动滑轮提升0.5米做的功对我们没有用,但又不得不做的功,这种功叫额外功。
使用任何机械做额外功是不可避免的。
③总功(W总):
有用功与额外功的总和叫总功。
有用功加额外功是总共做的功,叫总功。
本实验中总功W总=F·s=F·2h=3牛×1米=3焦。
本实验中做的额外功W额外=W总-W有用=3焦-2.5焦=0.5焦。
④判断有用功、额外功
判断有用功、额外功要看做功的过程中,我们想达到的目的是什么,实现这一目的所做的功就是有用功。
其余部分就是额外功。
例如:
用桶打水,提水的功是有用功,提桶的功是额外功;水里捞桶,提桶的功是有用功,提水的功是额外功。
⑤练习:
计算图中三种不同方法将沙子运上三楼所做的有用功,额外功和总功。
以加深对概念的理解。
四、机械效率
⒈根据以上实验,你能算出有用功在总功中占的百分比吗?
⒉定义:
有用功跟总功的比值叫机械效率,即有用功占总功的百分比。
⒊公式:
⒋有用功总小于总功,所以机械效率总小于1
⒌练习:
某起重机的机械效率是70%,它表示什么意思?
答:
使用起重机提升重物时所做的有用功跟总功的比值是70%,也可以说有用功在总功中占有70%,另30%做的是额外功。
⒍提高机械效率
阅读课本提高机械效率一段,小结要点,指出采取减小额外
功是提高机械效率的有效方法。
⒎例题解析
每个动滑轮重力为3N,用右图两种滑轮组来提升
重物G,哪些功是有用功、哪些功是总功?
哪个滑轮
组机械效率高,为什么?
分析:
提升重物G升高h,这一部分功为有用功;绳
子末端在力F作用下通过S的距离,这个功是总功。
W有用
=Gh,两个滑轮组的W有用相同。
S1=3h,S2=5h,则总功
分别为W总1=3F1h,W总2=5F2h。
其中乙滑轮组要提升的滑
轮数量更多,做的额外功也较多,所以甲滑轮组机械效率较大。
五、实验学习组装滑轮组和测滑轮组的机械效率
⒈实验原理
用滑轮组提升重物G升高h是做功的目的,这一部分功为有用功;而所有的功都是由绳子末端在力F作用下通过S的距离产生的,这个功是总功。
实验原理:
⒉需要测量的物理量
钩码的重力G——弹簧秤;
钩码被提升的高度h——刻度尺;
作用在绳子末端的拉力F——弹簧秤;
绳子末端被拉高的高度s——刻度尺。
⒊注意事项
在实验中要将距离测量的准确些。
注意会将细绳绕在滑轮上。
尽可能在竖直方向上使用弹簧秤。
注意弹簧秤的示数要用牛顿表示。
拉动的过程中,尽可能使物体匀速上升。
注意分析实验中所出现误差的原因。
⒋实验记录
次数
G/N
h/m
W有用/J
F/N
S/m
W总/J
η
1
2
⒌小结
根据机械效率的定义,运用公式
可以测出滑轮组的机械效率。
需要测量的物理量有4个:
钩码的重力G;钩码被提升的高度h;作用在绳子末端的拉力F;绳子末端被拉高的高度S。
六、总结
七、作业处理
八、反思:
第三节功率
教学目标
⒈理解功率。
知道什么是功率,知道其物理意义;
⒉知道计算功率的公式、单位,并能进行简单的计算。
教学重点功率的物理意义
教学难点功率和机械效率的辨析
教学方法类比法
课时安排1课时
教学步骤
一、导入新课复习提问
⒈力学里的功包括了两个必要因素是什么?
功要如何计算?
⒉工地上,要把1000块大理石运到20m高的楼上,已知每块大理石重50N,用起重机可以在2分钟之内一次运完。
用一个人来运,需要20小时,这两种方法各需要做多少功?
哪种方法做功快?
二、引入
用起重机和人来运送大理石,所做的功是相等的。
但是用起重机要快的多。
可见,做功不但有多少问题,还有快慢的问题。
我们已经学过用速度来表示物体运动的快慢。
为了表示做功的快慢我们用功率这个物理量。
三、新课教学功率
⒈意义:
用来表示物体做功快慢的物理量。
⒉定义:
单位时间内完成的功。
类比如何比较物体运动的快慢得到如何比较物体做功快慢的方法。
⒊定义式:
⒋单位:
瓦特
1瓦特=1焦耳/秒1W=1J/s
⒌1W的物理意义:
物体在1秒内做功1J。
⒍指导阅读:
P215图14-12,对各种常见物体的功率有所了解。
⒎功率是机器的主要技术指标之一。
指导阅读P215最后一段,简要说明选购机器时,要根据实际需要和可能选择功率合适的机器。
四、范例分析
例:
高出水面30m处有一个容积是50m3的水塔,要用一台水泵在1小时内抽水充满水塔。
这台水泵的功率至少要多大?
分析:
首先应弄懂题目的意思,找出已知量和待求量,分析时沿着
→W=Gh→G=mg→m=ρV的顺序进行;解题之前可以将需要求的量逐步列出,使学生明确解题的思路。
A.50m3的水质量是多少Kg?
B.50m3的水重力多少N?
C.水泵一共要完成多少功?
D.1小时内做这么多功,水泵的功率是多少?
五、小结
⒈意义:
用来表示物体做功快慢的物理量;
⒉功率的公式:
六、作业处理:
七、反思:
第四节动能和势能
教学目标
1.了解能量的初步概念。
2.知道什么是动能及影响动能大小的因素。
3.知道什么是势能及影响势能大小的因素。
4.知道什么是机械能及机械能的单位。
教学重点决定动能、势能大小的因素。
教学难点判断物体所具有的机械能。
教学方法讲授法
教学时间1课时
教学过程
一、引入新课:
从能源,体能方面引入能量复习知识;功和能的关系
二、新课教学能量
演示:
A玩具小车拉木块;B举高的钩码拉木块(通过铁架台和滑轮)C伸长的橡皮筋拉木块。
问:
三个物体是否对木块做功?
(学生回答:
做了功)
归纳:
⑴物体能够做功,我们就说它具有能量,物体能做的功越多,它的能量就越大。
⑵怎样判断物体是否有能量?
看它能否做功。
三、动能探究动能大小与什么因素有关
⒈概念:
物体由于运动而具有的能叫动能
⒉决定动能大小因素
演示实验:
图1-1
A.质量相同,速度越大,做的功越多,动能越大;
B.速度相同,质量越大,做的功越多,动能越大。
结论:
动能的大小与物体的质量和运动的速度有关。
四、势能(重力势能和弹性势能)探究势能的大小与什么因素有关
⒈重力势能
①概念:
物体由于被举高而具有的能叫重力势能
②重力势能大小的决定因素
演示实验:
如右图
结论:
重力势能大小与物体被举高的
高度和质量有关。
⒉弹性势能
①概念:
物体由于发生弹性形变而具有的能叫弹性势能。
②弹性势能大小决定的因素:
形变的大小
⒊机械能:
动能和势能统称为机械能,它的单位是:
焦耳
五、练习、小结
六、作业:
本节
七、反思:
第五节机械能及其转化
教学目标
1.知道动能和势能、弹性势能可以相互转化。
2.能解释有关动能和势能相互转化的例子。
教学重点动能和势能相互转化
教学难点能解释有关动能和势能相互转化的简单物理现象。
教学方法演示实验法
教学时间1课时
教学过程
一.复习提问:
什么叫动能、重力势能、弹性势能?
它们的大小各由什么因素决定?
二.引入新课:
演示小球竖直上抛,分析其上升和下落过程。
三.新课教学
1.动能和重力势能、弹性势能的相互转化。
(1).指出演示小球竖直上抛过程中,动能转化成势能(上升),势能转化成动能(下落)。
(2).演示滚摆实验。
A.学生观察并分析滚摆下落,上升过程中能的转化.
B.归纳:
下降:
高度↓,速度↑,质量不变,是重力势能转化为动能。
上降:
高度↑,速度↓,质量不变,是动能转化为重力势能。
(3).举例说明动能和重力势能相互转化的例子。
如自行车下坡、荡秋千、高空掷物、荡秋千、人造地球卫星等。
2.动能和弹性势能的相互转化。
(1)演示实验:
小车的动能与弹性势能的相互转化。
A.学生观察并分析小车运动过程中能的转化.
B.归纳:
弹簧压缩:
小车速度↓,弹簧形变↑,是动能转化为弹性势能。
弹簧恢复:
小车速度↑,弹簧形变↓,是弹性势能转化为动能。
(2)演示实验:
分析乒乓球从手中下落到地上,又向上弹的过程中能的转化情况。
分析:
乒乓球从手中下落到刚接触地面是重力势能转化成动能,从接触地面到发生到最大形变是动能转化成弹性势能,从恢复形变到离开地面是弹性势能转化为动动,从离开地面上升的过程是动能转化为重力势能。
(3)举例动能与弹性势能相互转化的例子。
⒊介绍人造地球卫星的能量转化关系
四、总结
五、作业处理
六、反思:
九洪中学九年级物理教案
第十五章
功和机械能
教师:
李运洪
2013年2月22日
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