机械能热运动.docx
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机械能热运动
№3
中职物理动态分层教学有效化研究
课题组实验班专用
备
课
笔
记
第二单元机械能热现象及应用
实验班级12综合高中(机电、电子)
执教者姓名____许金友___
江苏省如东职业高级中学
2012——2013学年度第一学期
学生单元学习过程记载表
姓名
上单元考核层次
本章初选层次
新授后任务单完成情况
考前二次选层
第1轮考试成绩
第2轮考试
考核最高成绩
考核层次确定
考核降次者任务完成情况
层次
成绩
学生单元学习过程记载表
姓名
上单元考核层次
本章初选层次
新授后任务单完成情况
考前二次选层
第1轮考试成绩
第2轮考试
考核最高成绩
考核层次确定
考核降次者任务完成情况
层次
成绩
本单元对照组班级学生成绩记载表
姓名
第一轮B卷考试成绩
第二轮考试
姓名
第一轮B卷考试成绩
第二轮考试
层次
成绩
层次
成绩
本单元实验成绩分析
班级均分
C层次学生所占比例
B层次学生所占比例
A层次学生所占比例
A卷未能通过合格的学生所占比例
实验班
对照班
分析与
结论
注:
班级均分中每个学生的成绩取两次考试的最高分统计。
课外辅导与心理沟通活动记载
活动目的
活动日期
参加学生
活动过程
结果评价
活动目的
活动日期
参加学生
活动过程
结果评价
活动目的
活动日期
参加学生
活动过程
结果评价
教案序数:
NO.33-37授课时间:
月日节
教学内容:
学生利用晚自修和课上的时间,借助于导学案自主学习第二单元内容,并完成导学案中的相关问题和习题。
教学目的:
1、通过自主学习,自主建构概念。
2、通过自主学习及作业的完成情况,自我评价选择学习层次,为下一步的学习做好准备。
教学方法:
自主学习、互助学习、教师答疑。
教学过程:
1、第1、2节课及课前或课后晚自修自主完成1、2、3三节的自学任务。
2、第3节课前20分钟对自主学习中的存在问题开展小组互助学习,对小组讨论不能解决的问题,做好记录。
在后25分钟,组间互相解决问题,或由老师回答。
3、第4课及晚自修完成后2节的自学任务。
4、第5节课前20分钟对自主学习中的存在问题开展小组互助学习,对小组讨论不能解决的问题,做好记录。
在后25分钟,组间互相解决问题,或由老师回答。
课上生成记载:
教后感:
教案序数:
NO.38-39授课时间:
月日节
教学内容:
功、功率
教学目的:
1、理解功的概念,知道做功的两个必要因素(A)。
2、掌握力与位移有夹角时的做功公式(A);了解该公式的推导、知道正功、零功、负功(B)。
3、、掌握物体沿斜面运动重力做功计算的几种方法、掌握合力做功计算的两种方法(C)。
4、了解比值定义法(B)。
5、理解功率的定义,知道功率与速度的关系(A),了解平均功率与瞬时功率(B)。
6、了解汽车运行中的实际工作情况(C)。
教学重点:
本堂课可分为两部分讲,一是讲功,二是讲功率。
重点放在功上
教学难点:
力与位移有一定夹角的功的求法
教学方法:
举例、画图、对比、提问
教学时数:
2课时
教学过程:
导入:
同学们,能源与我们的生活、学习、工作息息相关
1、没有能就没有生命——生命是以能量代谢和物质代谢为基础的;
2、没有能就没有这个世界——万物生长靠太阳
3、没有能就没有现代文明
不难想象,假如地球上没有能源,我们的世界将是一个什么样子。
世界上的战争很多因能源而起,比如阿富汗战争、伊朗战争、利比亚战争。
能有多种形式。
(请同学列举能的形式)
——光能、热能、电能、化学能、机械能、核能等等。
从今天开始,我们将来共同学习一种最简单的能的形式——机械能。
进入新授:
第二章机械能
§2.1功和功率
一、功
(请同学们回忆一下,初中所学过的功的概念)
在物理学中,把力和受力物体在力的方向上的位移的乘积,叫做力对物体所做的功。
很显然,我们初中讲的功,只是一种特殊的情况,即
1、力与物体的位移在同一方向的情况
公式:
W=Fs
单位:
焦耳(J)1J=1N·M
表示1N的力使物体在力的方向上发生1m的位移所做的功
★这里需要提醒同学们注意:
做功有两个必不可少的因素
(1)作用在物体上的力,
(2)在力的方向上发生的位移
二者缺一不可
举例:
(1)一个小球在光滑的水平面上,由于惯性发生了位移,做不做功?
(2)举重运动员,举着杠铃不动时,做不做功?
(3)人提着水桶在水平地面上匀速前进,做不做功?
为什么?
[过渡句]
以上讲的是初中学过的关于功的概念。
在日常生活中,很多时候,力与运动方向既不互相垂直,也不在同一条直线上。
比如,我们放假的时候,斜向上拉着箱子回家,力是斜向上方的,位移是向正前方的,那么它的做功情况又是怎样的呢?
现在我们就来讨论这个问题。
2、力与位移有夹角的做功
如图所示:
我们可以先将F进行分解,分解成水平方向的F1和竖直方向的F2
在水平方向上,F1发生了位移,位移的大小S,所以F1做功为
类比:
相当于运动会上,一个班级可以分为男子组和女子组,男子组没得分,女子组得了分。
所以整个班级的总分实际上就等于女子组的得分。
W1=F1S
在竖直方向上:
F2没有发生位移,所以没做功。
▲所以力F所做的功,实际上就等于F1所做的功
即W=W1=F1S而F1=Fcosα
所以W=FScosα
由此可见:
力对物体所做的功,等于力的大小、位移的大小、力和位移间夹角的余弦这三者的乘积。
二、功的正负
1、复习三角函数的有关知识。
图中r恒大于零,x,y的正负由所在象限决定。
①在a图中,角α在第一象限,00<α<900,x、y都大于零。
所以在00<α<900时,
,即正弦、余弦皆为正值。
②在b图中,角α在第二象限,900<α<1800,y都大于零,x小于零。
所以在900<α<1800时,
,即正弦为正值、余弦为负值。
③在c图中,角α=0,y等于零,x等于r。
所以在α=0时,
④在d图中,角α=1800,y等于零,x等于-r。
所以在α=1800时,
⑤角α=900,y等于r,x等于零。
所以在α=900时,
2、在公式W=FScosα中,α的取值范围为0≤α≤1800
(1)正功
当0°≤α<90°时,cosα>0,W>0,力对物体做正功。
其效果是使物体的速度越来越快,动能越来越大
其中,当α=0°时cosα=1,公式W=FScosα可简化为W=FS,这就是我们初中所讲的力跟位移方向相同的情况。
因此初中学习的内容,只是我们今天学习的内容的一个部分,是做功的一种特殊情况。
(2)零功
当α=90°时,cosα=0,因此W=0,力对物体不做功
这就是我们初中讲的,当力跟位移垂直时的情形。
举例:
①提水桶在水平方向移动不做功
②图中支持力和重力不做功。
(3)负功
当90°<α≤180°时,cosα<0,W<0,力对物体做负功。
其中,当α=180°时,cosα=-1,公式可简化为W=-Fs
▲注意:
力对物体做负功,我们也可说成物体克服力做了功,但在数值上变为正的。
举例:
重10N的物体,竖直向上运动了2米,则重力做了W=-Gh=-10*2J=-20J,也可以说成物体克服重力做了20J的功(其数值变为正)
例题:
【例1】一重为10N的物体,沿倾角为37度的斜面下滑了5m,求在这个过程中,重力对物体所做的功。
解法一:
公式法
斜面的倾角为370,显然重力与位移的夹角为530
所以W=GScos530=10×5×0.6J=30J
解法二:
拿重力乘以物体在竖直方向的位移h
h=Ssin370
W=Gh=GSsin370=GScos530=10×5×0.6J=30J
解法三:
如图所示,将重力分解成沿斜面向下的F1和垂直于斜面向下的F2,其中F2跟位移S垂直不做功,所以F1所做的功就是重力所做的功
因为F1=Gsin370
所以W=W1=(Gsin370)S=GSsin370=GScos530=10×5×0.6J=30J
▲以后求重力做功的问题,这三种方法都可以用,希望大家记住并理解。
★重力对物体所做的功,只与高度差有关,与物体的路径无关。
例:
这三种情况,物体虽然所走的路径不一样,但下落的高度差相等,所以重力做功相同。
都是
【例2】如图所示,汽车在爬坡过程中,哪些力做正功,哪些力做负功,哪些力不做功。
★强调:
(1)功只有大小、正负,没有方向,是标量。
(2)如果物体受几个力的作用时,此公式既适用于每个力做功的情况,也适用于合力做功的情况,且合力所做的功等于各个力所做功的代数和。
【例3】如图所示,物体在拉力和阻力的共同作用下,向前运行了10m,分别求拉力、阻力和合力所做的功,并分析他们之间的关系。
解:
WF=Fs=10×10J=100J
WFf=-FfS=-4×10J=-40J
F合=F-Ff=(10-4)N=6N
WF合=F合S=6×10J=60J
有W合=WF+WFf
【例4】如图所示,分析物体的受力情况,求各个力及合力所做的功,并分析它们之间的关系。
解:
如图所示物体共受重力、支持力、拉力、摩控力共四个力的作用。
WG=GScos1200=-GScos600=-100×5×0.5J=-250J
WFf=FfScos1800=-FfS=-20×5J=-100J
WFn=FnScos900=0
WF=FS=90×5J=450J
W合=F合S=(F-Ff-F1)S=(90-100×0.5-20)×5J=100J
所以W合=WG+WFf+WF
请同学们思考:
求合力所做总功的两种方法。
(1)先求合力,再求合力所做的功;
(2)先求出各个力所做的功,然后求这些功的代数和。
三、功率
前面我们讲过,物体运动有快有慢,为了描述物体运动的快慢,我们用物体运动的位移S,跟完成这段位移所用时间t的比值,来描述物体运动的快慢,这个比值称为速度,即
V=S/t
▲同样,做功也有快有慢,为了描述物体的做功快慢,我们也可以用力对物体所做的功W,与完成这些功所用时间t的比值来描述,这个比值我们给它一个名称叫功率。
1、定义:
一个力所做的功W跟完成这些功所用时间t的比值,叫做功率。
用P表示
2、定义式:
P=
此定义法属比值定义法,P的大小与W、t无关。
关于比值定义法,请同学们看导学案第六页。
3、单位:
瓦(w),1W=1J/s
4、物理意义:
功率是表示力做功快慢的物理量。
5、功率的计算式P=FV
当F跟S的方向一致时,W=FS,P=
即功率等于作用力与速度的乘积。
6、平均功率与瞬时功率
关于平均功率与瞬时功率,请同学们看导学案6-7页。
★讨论:
(1)当F一定时,P与v成正比,这时实际功率P随着速度v的增大而增大。
比如,火车在刚起动并做匀加速运动时,F不变,随速度的增加,实际功率越来越大,直到实际功率等于额定功率时,速度达到最大值。
(2)当P一定时,F与v成反比,如果需要较大的力F,则需减小速度v。
比如,
A、汽车上坡时,需要较大的牵引力,必须换档降速
B、重载卡车,正压力大,摩擦力大,需要的牵引力大,必须低速行驶
C、最大速度受最大功率的限制(最大速度时,牵引力等于阻力)要提高最大速度,必须提高发动机功率。
汽车的实际工作情况,看导学案第10页
例题:
P56-57例2
课堂小结:
课堂练习:
P57第1—2题
课后作业:
1、导学案P43课后作业
2、物理练习册相关练习。
教案序数:
NO.40授课时间:
月日节
教学内容:
动能、动能定理
教学目的:
1、理解能的概念能及功和能的关系(B);
2、了解动能的定义,掌握动能的计算公式(A);
3、掌握动能定理,并能应用动能定理进行简单的计算(A);
4、理解动能定理,能灵活应用动能定理解决实际问题。
(B)
5、理解动能、动能定理公式的推导(C);
教学重点:
动能、动能定理
教学难点:
动能定理的理解及应用
授课时数:
1课时
教学过程:
复习上课:
1、力与位移有夹角时,力对物体做功的公式是什么?
2、力对物体在什么情况下做正功?
负功?
不做功?
3、几个力对物体所做的总功,可能用哪两种方法来求得?
导入:
请同学们合上书,谁来说说看,第二章的总标题是什么?
——机械能
关于机械能,我们在初中已有所认识,它包括两种形式,谁来说说看?
——动能和势能。
这一堂课,我们先来认识动能的有关知识
进入新授:
§6.2动能动能定理
(在讲动能、动能定理之前,我们先来了解一下,有关能的概念,以及功与能的关系)
一、功和能
1、能的概念
上堂课我们学习了物体对外做功的问题,不知同学们有没有注意到:
不是所有的物体、任何时候都能对外做功的。
比如:
(1)停止的汽车不能推动前面的木块,对木块做功,而行驶的汽车能。
(2)锤直接放在木桩上,不能对木桩做功,而将锤抡起一定高度后能。
(3)流动的河水能带动叶轮做功,而静止在水缸里的水则不能。
(4)拉开的弓能将箭射出去(即对箭做功),而未拉的弓则不能。
因此,人们规定
如果一个物体能够对外界做功,我们就说这个物体具有能。
2、做功的过程是能量转化的过程
比如:
(1)内燃机通过膨胀推动活塞对外做功,将内能转化为机械能
(2)运动物体通过摩擦力做功,将机械能转化为内能
(请同学们举一些做功是能量转化过程的例子)
老师继续补充一些例子
(3)掷铅球手对铅球做功的过程,实际上是将体内的化学能转化为铅球的动能的过程。
(4)水流通过冲击发电机叶轮做功,将机械能转化为电能。
3、功是能量转化的量度
功和能的单位都是焦耳,但它们有着本质的区别
能是状态量,表示物体含有能量的多少;
功是过程量,由于做功,使甲种形式的能减少,乙种形式的能增加,做功是甲能减少和乙能增加的过程,即是能量转化的过程,
打比方:
如图所示,
甲容器中有10L水,乙容器中有2L的水,这都是状态量,表示每个容器在某一时刻含有水的多少,相当于“功和能”中的“能”
从甲容器中移3L水到一容器中,这个移水是个过程,相当于“功和能”中的做功的过程。
显然,甲容器中水的减少量等于乙容器中水的增加量,也等于移水的数量(3L)
★同样的道理,做功的过程是将甲种形式的能转化成乙种形式的能,甲能的减少量等于乙能的增加量,在数值上就等于甲物体对乙物体做的功。
因此,我们说,功是能量转化的量度。
比如,用手掷铅球,是将化学能转化为动能的过程,手对铅球做了多少功,就表示你体内有多少化学能转化为铅球的动能。
小结功和能
二、动能
1、定义:
在初中我们已经学过动能的定义,请同学们回忆一下:
物体由于运动而具有的能叫做动能。
用
表示。
那么,动能的大小与哪些因素有关呢?
下面我们来一起讨论。
2、动能的大小
▲由动能的定义可知,物体不运动,则物体没有动能,即静止的物体动能为零。
▲由上面讲的“功是能量转化的量度”可知:
静止的物体获得的动能,就等于外力对该物体所做的功。
即W=Ek-0=Ek
(类比:
原来你袋子里没有钱,现在我给了你5元钱,那么,你袋子里拥有的钱,就等于我给你的钱,即5元钱。
也就是说,要知道你现在拥有的钱,只要知道我给了你多少钱就可以了)
因此,只要算出对物体做了多少功,就可以知道做功后物体的动能
▲假设一个物体的质量为m,在恒力F的作用下,从静止开始运动,经过一段位移后的速度为V
由
又F=ma
所以W=Fs=ma*
由此可知
=
★物体的动能等于它的质量跟它的速度平方的乘积的一半。
3、单位
因此,动能的单位跟功的单位相同,也是焦耳。
4、说明:
(1)动能是标量,只有大小,没有方向,与速度的方向无关。
(2)动能只有正值,没有负值。
例题:
P58例1
三、动能定理
我们共同来做一条题目
质量为m的物体,初速度为V1,在水平方向上受到与V1同向的合力F的作用,经过一段位移后,速度为V2,求合外力对物体所做的功。
解:
因为F合=ma,s=
所以W合=F合S=ma×
=
即W合=Ek1-Ek2=△Ek
这表明,外力对物体做的功,等于物体动能的变化量,即末动能减初动能,这就是动能定理。
1、动能定理(P110)
合外力对物体所做的功,等于物体动能的改变量。
公式:
2、说明:
(1)若合外力方向与物体运动方向相同时,合外力对物体做正功,W﹥0,则物体动能增加。
(2)若合外力方向与物体运动方向相反时,合外力对物体做负功,(即物体克服阻力做功,又称物体对外做功)W﹤0,则物体动能减小。
(3)若合外力等于0,则W=0,物体的动能不变,即物体做匀速直线运动。
(4)运用动能定理解决实际问题比用牛顿第二定律方便(它只需要考虑初状态和末状态,无需考虑过程)。
例题:
P59例2
课堂小结:
课堂练习:
质量为4×103Kg的载重汽车,在5×103N的牵引力作用下,速度由10m/s,增加到20m/s,若汽车运动过程中受到的平均阻力为2×103N,求汽车速度发生上述变化所通过的位移。
(分别用动能定理和牛顿第二定律解)
解一:
用牛顿第二定律解
解二:
用动能定理解
课后作业:
1、导学案P44课后作业
2、物理练习册相关练习
教案序数:
NO.41授课时间:
月日节
教学内容:
势能
教学目的:
1、掌握重力势能的概念、大小及相对性(A)。
2、了解重力做功与重力势能的变化关系(B)。
3、了解重力势能公式的推导(C)。
4、了解弹性势能和势能的概念(C)。
教学重点:
重力势能的大小、相对性及重力势能的变化与重力做功的关系
教学难点:
重力做功与重力势能的变化关系
授课时数:
1课时
教学过程:
复习上课:
1、什么是能?
功和能存在什么样的关系?
2、什么叫动能?
动能是大小?
3、动能定理的内容是什么?
导入:
同学们,不知道大家有没有注意到:
▲将铁锤直接放在木桩上,不能将木桩打进去,也就是不能对木桩做功,说明锤没有能;如果将铁锤抡起一定的高度,再放下来,则能对木桩做功,说明铁锤抡起后具有能。
▲再比如:
如果不将弓拉开,箭就射不出去,说明没有能;如果将弓拉开,手放开,箭就飞出去,说明拉开的弓箭具有能量。
▲显然,抡起的锤也好,拉开的箭也好,都不在运动。
说明,这种能不是动能,而是我们今天所要共同研究的另一种机械能——势能。
进入新授:
势能
一、重力势能
1、概念:
物体由于被举高而具有的能叫做重力势能。
2、大小
▲假如说,物体处于地面时的势能为零。
▲把质量为m的物体从地面匀速举高到高度h处,
则外力F做的功为W=Fh=mgh
▲前面我们讲过“功是能量转化的量度”
对物体做了多少功,则物体就获得多大的能。
因此,原来没有能量的物体,经过做功后,获得了mgh的能量,这个能就是势能,用Ep表示。
则有W=mgh=Ep-0=Ep
即Ep=mgh
结论:
物体的重力势能等于物体的质量、重力加速度和高度的乘积。
3、单位
1Kg.m/s2.m=1N.m=1J
故重力势能与功、动能的单位相同,都是焦耳。
4、重力势能的相对性
如图所示,一层楼的高度为3m,讲台的
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- 机械能 热运动