高中物理 11 机械功教案4 鲁科版必修2.docx

高中物理 11 机械功教案4 鲁科版必修2.docx

《高中物理 11 机械功教案4 鲁科版必修2.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理 11 机械功教案4 鲁科版必修2.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高中物理11机械功教案4鲁科版必修2

2019-2020年高中物理1.1机械功教案4鲁科版必修2

教学目标

1．知识与技能

（1）理解功的概念和做功两个要素。

（2）会利用公式进行有关运算．

2．过程与方法

（1）理解正、负功的含义，能解释相关现象．

（2）W=Flcosa要灵活运用．

3．情感、态度与价值观

（1）生产、生活中处处体现了功的问题．

（2）合理、正确地做“功”有益于社会．

教学重点、难点

教学重点

理解功的概念及正负功的意义。

教学难点

利用功的定义式解决有关问题。

教学方法

教学方法

教师启发、引导，学生自主阅读、思考，讨论、交流学习成果。

教学手段

教学工具

计算机、投影仪、CAI课件、录像片

教学活动

（一）引入新课

教师活动：

初中我们学过做功的两个因素是什么?

学生思考并回答：

一是作用在物体上的力，二是物体在力的方向上移动的距离。

扩展：

高中我们已学习了位移，所以做功的两个要素我们可以认为是：

①作用在物体上的力；②物体在力的方向上移动的位移。

导入：

一个物体受到力的作用，且在力的方向上移动了一段位移，这时，我们就说这个力对物体做了功。

在初中学习功的概念时，强调物体运动方向和力的方向的一致性，如果力的方向与物体的运动方向不一致呢？

相反呢？

力对物体做不做功？

若做了功，又做了多少功？

怎样计算这些功呢？

本节课我们来继续学习有关功的知识，在初中的基础上进行扩展。

（二）进行新课

1、推导功的表达式

教师活动：

如果力的方向与物体的运动方向一致，该怎样计算功呢？

投影问题一：

物体m在水平力F的作用下水平向前行驶的位移为s，如图甲所示，求力F对物体所做的功。

学生活动：

思考老师提出的问题，根据功的概念独立推导。

在问题一中，力和位移方向一致，这时功等于力跟物体在力的方向上移动的距离的乘积。

W=Fs

教师活动：

如果力的方向与物体的运动方向成某一角度，该怎样计算功呢？

投影问题二：

物体m在与水平方向成α角的力F的作用下，沿水平方向向前行驶的距离为s，如图乙所示，求力F对物体所做的功。

学生活动：

思考老师提出的问题，根据功的概念独立推导。

在问题二中，由于物体所受力的方向与运动方向成一夹角α，可根据力F的作用效果把F沿两个方向分解：

即跟位移方向一致的分力F1，跟位移方向垂直的分力F2，如图所示：

据做功的两个不可缺少的因素可知：

分力F1对物体所做的功等于F1s。

而分力F2的方向跟位移的方向垂直，物体在F2的方向上没有发生位移，所以分力F2所做的功等于零。

所以，力F所做的功W=W1＋W2=W1=F1s=Fscosα

教师活动：

展示学生的推导结果，点评、总结，得出功的定义式。

力F对物体所做的功等于力的大小、位移的大小、力和位移夹角的余弦这三者的乘积。

即：

W=Fscosα

W表示力对物体所做的功，F表示物体所受到的力，s物体所发生的位移，α力F和位移之间的夹角。

功的公式还可理解成在位移方向的分力与位移的乘积，或力与位移在力的方向的分量的乘积。

在SI制中，功的单位为焦。

1J=1N·m

在用功的公式计算时，各量要求统一采用国际单位制。

2、对正功和负功的学习

教师活动：

指导学生阅读课文P5的正功和负功一段。

通过上边的学习，我们已明确了力F和位移s之间的夹角，并且知道了它的取值范围是０°≤α≤180°。

那么，在这个范围之内，cosα可能大于0，可能等于0，还有可能小于0，从而得到功W也可能大于0、等于0、小于0。

请画出各种情况下力做功的示意图，并加以讨论。

学生活动：

认真阅读教材，思考老师的问题。

①当α=π/2时，cosα=0，W=0。

力F和位移s的方向垂直时，力F不做功；

②当α＜π/2时，cosα＞0，W＞0。

这表示力F对物体做正功；

③当π/2＜α≤π时，cosα＜0，W＜0。

这表示力F对物体做负功。

教师活动：

投影学生画图情况，点评、总结。

点评：

培养学生分析问题的能力。

教师活动：

指导学生阅读课文。

提出问题，力对物体做正功或负功时有什么物理意义呢？

结合生活实际，举例说明。

学生活动：

阅读课文，理解正功和负功的含义。

回答老师的问题。

教师活动：

倾听学生回答，点评、总结。

①功的正负表示是动力对物体做功还是阻力对物体做功

功的正负由力和位移之间的夹角决定，所以功的正负决不表示方向，而只能说明做功的力对物体来说是动力还是阻力。

当力对物体做正功时，该力就对物体的运动起推动作用；当力对物体做负功时，该力就对物体运动起阻碍作用。

②功的正负是借以区别谁对谁做功的标志

功是标量，只有量值，没有方向。

功的正、负并不表示功的方向，而且也不是数量上的正与负。

我们既不能说“正功与负功的方向相反”，也不能说“正功大于负功”，它们仅表示相反的做功效果。

正功和负功是同一物理过程从不同角度的反映。

同一个做功过程，既可以从做正功的一方来表述也可以从做负功的一方来表述。

一个力对物体做负功，往往说成物体克服这个力做功。

打个比喻，甲借了乙10元钱，那么从甲的角度表述，是甲借了钱；从乙的角度表述，乙将钱借给了别人。

例如：

一个力对物体做了-6J的功，可以说成物体克服这个力做了6J的功。

3、几个力做功的计算

教师活动：

刚才我们学习了一个力对物体所做功的求解方法，而物体所受到的力往往不只一个，那么，如何求解这几个力对物体所做的功呢?

投影例题：

如图所示，一个物体在拉力F1的作用下，水平向右移动位移为s，求各个力对物体做的功是多少?

各个力对物体所做功的代数和如何?

物体所受的合力是多少?

合力所做的功是多少?

学生活动：

认真审题，解决问题。

教师活动：

投影学生解题过程，点评总结。

解析：

物体受到拉力F1、滑动摩擦力F2、重力G、支持力F3的作用。

重力和支持力不做功，因为它们和位移的夹角为90°；F1所做的功为：

W1=Fscosα，滑动摩擦力F2所做的功为：

W2=F2scos180°=-F2s。

各个力对物体所做功的代数和为：

W=（F1cosα-F2）s

根据正交分解法求得物体所受的合力F=F1cosα-F2合力方向向右，与位移同向；

合力所做的功为：

W=Fscos０°=（F1cosα-F2）s

总结：

当物体在几个力的共同作用下发生一段位移时，这几个力对物体所做的功可以用下述方法求解

（1）求出各个力所做的功，则总功等于各个力所做功的代数和；

（2）求出各个力的合力，则总功等于合力所做的功。

教师活动：

投影例题：

一个质量m=2kg的物体，受到与水平方向成37°角斜向上方的拉力F1=10N，在水平地面上移动的距离s=2m。

物体与地面间的滑动摩擦力F2=4.2N。

求外力对物体所做的总功。

学生活动：

认真审题，解决问题。

教师活动：

投影学生解题过程，点评总结。

解析：

拉力F1对物体所做的功为W1=F1scos37°=16J。

摩擦力F2对物体所做的功为W2=F2scos180°=-8.4J。

外力对物体所做的总功W=W1＋W2=7.6J。

（另解：

先求合力，再求总功）

点评：

通过实际问题的应用，培养学生独立分析问题的能力。

（三）课堂总结、点评

教师活动：

让学生概括总结本节的内容。

请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。

学生活动：

认真总结概括本节内容，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，看谁的更好，好在什么地方。

点评：

总结课堂内容，培养学生概括总结能力。

教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。

（四）实例探究

☆对“功”的理解

［例1］水流从高处落下，对水轮机做3×108J的功，对这句话的正确理解是（）

A．水流在对水轮机做功前，具有3×108J的能量

B．水流在对水轮机做功时，具有3×108J的能量

C．水流在对水轮机做功后，具有3×108J的能量

D．水流在对水轮机做功的过程中，能量减少3×108J

解析：

本题考查了功和能的关系，并且同实际中的科技应用联系起来。

解：

根据“功是能量转化的量度”可知，水流在对水轮机做功的过程中，有能量参与转化，水流对水轮机做了3×108J的功，则有3×108J的机械能减少了。

故答案应选D。

点拨：

功是能量转化的量度是指做功的过程就是能量转化的过程。

做了多少功，就有多少能量发生转化，绝不能说功是能量的量度。

☆关于“功”的计算

［例2］以一定的初速度竖直向上抛出一小球，小球上升的最大高度为h，空气阻力的大小恒为f，则从抛出至落回到原出发点的过程中，空气阻力对小球做的功为（）

A．零B．C．D．

解析：

在小球从抛出至落回原地的过程中，小球所受阻力的方向变化了，所以是变力，如何求这一变力做的功，可分段处理。

答案：

C

点拨：

对于变力所做的功，可分段处理，求出每一段上（转换为恒力）该力所做的功，再求各段上功的代数和，或者求平均力，再求平均力所做的功。

★巩固练习

1、起重机将质量为100kg的重物竖直向上移动了2ｍ，下列三种情况下，做功的力各有哪几个?

每个力做了多少功?

是正功还是负功?

（不计阻力，ｇ=9.8ｍ/s2）

（1）匀加速提高，加速度a1=0.2ｍ/s2；

（2）匀速提高；

（3）匀减速下降，加速度大小a2=0.2ｍ/s2.

答案：

（1）拉力和重力；W拉=2×103J，WＧ=-1.96×103J；拉力做正功，重力做负功

（2）拉力和重力；均等于1.96×103J；拉力做正功，重力做负功

（3）拉力和重力；拉力做功-2×103J；重力做功1.96×103J；拉力做负功，重力做正功

2、如图在光滑的水平面上，物块在恒力F=100Ｎ的作用下从A点运动到B点，不计滑轮的大小，不计绳与滑轮的质量及绳、滑轮间的摩擦，Ｈ=2.4ｍ，α=37°，β=53°，求拉力F做的功。

答案：

100J

学生活动

作业

★课余作业书面完成“练习”。

板书设计

1.1机械功

1．功的定义：

2．做功的两个要素

3．功的公式：

W=Flcosa

4．单位：

焦耳（J）

5．功有正、负之分

①当α=π/2时，cosα=0，W=0。

力F和位移s的方向垂直时，力F不做功；

②当α＜π/2时，cosα＞0，W＞0。

这表示力F对物体做正功；

③当π/2＜α≤π时，cosα＜0，W＜0。

这表示力F对物体做负功。

教

学

后

记

2019-2020年高中物理1.1机械功教案5鲁科版必修2

一、教学目标

1．理解功的概念：

（1）知道做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。

2．掌握功的计算：

（l）知道计算机械功的公W=Fscosθ；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=Fscosθ进行有关计算。

二、重点、难点分析

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。

三、教具

带有牵引细线的滑块（或小车）。

四、主要教学过程

（－）引入新课

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。

（二）教学过程设计

1．功的概念

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：

（l）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技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？

图1

滑决所受的重力mg对滑块是否做了功？

桌面对滑块的支持力N是否对滑决做了功？

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。

2．功的公式

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？

与同学一起分析得出这一位移为scosθ。

至此按功的前一公式即可得到如下计算公式：

图2

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Fcosθ，再与S相乘，结果仍然是W=Fscosθ。

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θ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。

即W=Fscosθ接下来给出F=100N、s=5m、θ=37O，与同学一起计算功W，得出W=400N·m。

就此说明IN·m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=1N·m。

最后明确板书为：

在国际单位制中，功的单位是焦耳（J）

1J＝1N·m

3．正功、负功

（1）首先对功的计算公式W=Fscosθ的可能值与学生共同讨论。

从cosθ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θ的取值范围，最后总结并作如下板书：

当0＜θ＜900时为正值，W为正值，称为力对物体做正功，或称为力对物体做功。

当θ＝900时，W=0，力对物体做零功，即力对物体不做功。

当900　＜θ＜900时，cosa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。

功是能量转化的全度，功是标全。

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。

4．例题讲解或讨论

练习1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？

AB

DC

图3

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。

练习2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：

3N，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？

的合力对P做多少功？

F2

F1

图4

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方向上的分量分别为3m、4m，F1对P做功为3N*3m时，

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=5N×5m=25J。

练习3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）

F

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ZF。

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，则可知物体向有发生S位移过程中，Q点的位移

为2s，因而力F拉绳所做的功W=F·2s=2Fs。

两种不同处理方法结果是相同的。

（三）课堂小结

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。

五、说明

1．考虑到功的定义式W=Fscosθ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。

六、作业

（1）预习下节

（2）P7

（2）、（3）

（3）