高中物理新課標人教必修二功

1、 2 功整體設(shè)計 功和能的概念是物理學中重要的基本概念,且貫穿在全部物理學中,所以教材在第一節(jié)給出能量的概念后,接著對功進行研究和討論.學生在初中已經(jīng)接觸過功,但這節(jié)內(nèi)容并不是初中內(nèi)容的簡單重復(fù),而是內(nèi)容的深化和拓展,尤其讓學生注意區(qū)分日常生活中我們所說的做“工”與力對物體的做功的區(qū)別. 教材從學生常見的起重機搬運貨物、機車牽引列車前行、手握握力器的事例入手,便于學生認識的逐步加深.教材本著創(chuàng)設(shè)情景,設(shè)疑激趣的原則,引導(dǎo)學生先分析力與位移同向的例子,然后探究力與位移有夾角時功的求解.在實際問題中,一個運動的物體往往不只受一個力的作用.教學中,讓學生多舉例子,體會在物體產(chǎn)生一個位移的過程中,這些

2、力有的是動力,有的可能是阻力,還有的力對物體的位移沒有直接的影響,從而引出正、負功的概念,教師要逐步引導(dǎo)學生總結(jié)歸納力做正、負功的條件,不要急于求成. 在實際教學過程中,應(yīng)多舉實例,讓學生動腦分析、通過觀察、分析、總結(jié)、表述的過程,深化概念的理解.再輔以針對性較強的課堂訓(xùn)練,使學生能夠熟練掌握功的基本概念及其求解方法.教學重點 理解功的概念及正、負功的意義.教學難點 利用功的定義解決有關(guān)問題.課時安排 1課時三維目標知識與技能1.理解功的概念,能利用功的一般公式進行功的計算.2.理解總功,能計算合外力對物體所做的總功.3.理解功是能量轉(zhuǎn)化的量度,并能舉例說明.過程與方法1.能從現(xiàn)實生活中發(fā)現(xiàn)與

3、功有關(guān)的問題.2.體會科學研究方法對人類認識自然的重要作用.3.能運用功的概念解決一些與生產(chǎn)和生活相關(guān)的實際問題.情感態(tài)度與價值觀 有參與科技活動的熱情,有將功的知識應(yīng)用于生活和生產(chǎn)實際的意識,勇于探究與日常生活有關(guān)的物理學問題.教學過程導(dǎo)入新課情景導(dǎo)入 貨物被起重機舉高,重力勢能增加了;列車在機車的牽引力之下,速度增大,動能增加了;彈簧受到拉伸或壓縮后,彈性勢能增加了;“神舟”飛船返回地面時,在落地之前打開降落傘,在空氣阻力作用下,速度減小,動能減少了;物體從高處自由下落,速度增加,動能增加了這些都是我們所熟知的一些物理現(xiàn)象,這些現(xiàn)象有一個共同的特征,你能看出來嗎? 吊裝貨物 “神舟”飛船返

4、回 列車加速 彈簧被壓縮問題導(dǎo)入 在圖中兩個人分別向前、后拉車,他們所用的力對車產(chǎn)生的效果相同嗎?如果車前進相同的位移,怎樣反映他們對車的作用效果? 拖拉機耕地時,對犁的拉力F是斜向上方的,而犁是在水平方向運動的,此時拖拉機的拉力F對犁做功嗎?推進新課一、功 復(fù)習回顧:功這個概念同學們并不陌生,我們在初中就已經(jīng)學習過它的初步知識.讓同學們思考做功的兩個因素:一是作用在物體上的力;二是物體在力的方向上移動的距離. 教師引導(dǎo):高中知識的學習對知識的定義與理解更加深入,我們已經(jīng)學習位移,對功的要素應(yīng)如何更加精確地描述? 擴展教學:可以精確描述為:作用在物體上的力; 物體在力的方向上移動的位移. 即如

5、果一個物體受到力的作用,并且在力的方向上發(fā)生了位移,物理學中就說這個力對物體做了功.概念理解:教師用手托黑板擦,提醒學生觀察與思考各力是否對物體做了功?過程一:平托黑板擦向上移動一段距離.過程二:平托黑板擦水平移動一段距離.問題1:在過程一中手對黑板擦的支持力與黑板擦的重力是否做功,并說明原因.問題2:在過程二中手對黑板擦的支持力與黑板擦的重力是否做功,并說明原因.學生思考討論并由代表總結(jié)回答,在上升過程中,位移方向在豎直方向,與支持力和重力共線,故二力做功了.在水平移動過程中位移水平,在重力和支持力方向無位移,故此過程二力均未做功.點評：通過知識回顧,復(fù)習做功的兩個要素,并通過簡單的課堂演示

6、,讓學生現(xiàn)場分析做功情況,加深做功要素的理解.并強調(diào)指出,分析一個力是否對物體做功,關(guān)鍵是要看受力物體在這個力的方向上是否有位移.問題探究問題1:如果力的方向與物體的運動方向一致,應(yīng)該怎樣計算這個力的功.課件展示情景一:物體m在水平力F的作用下水平向右的位移為l,如下圖所示,求力F對物體做的功.教師指導(dǎo)學生思考問題,根據(jù)功的概念獨立推導(dǎo).尤其強調(diào)力和位移方向一致,這時功等于力跟物體在力的方向上移動的位移的乘積.即W=Fl.問題2:若力的方向與物體的運動方向成某一角度,該怎樣計算功呢?課件展示情景二:物體m在與水平方向成角的力F的作用下,沿水平方向向前行駛的距離為l,如圖所示,求力F對物體所做的

7、功. 教師提示學生思考,雖然F與位移方向不一致,但可以根據(jù)力F的作用效果把F沿兩個方向分解.即跟位移方向不一致的分力F1,跟位移方向垂直的分力F2. 學生根據(jù)教師的提示畫出物體的受力分析圖,并在相互垂直的方向上正交分解,并求解F1、F2的功. 則分力F1所做的功等于F1l,分力F2的方向跟位移的方向垂直,物體在F2的方向上沒有發(fā)生位移,所以F2所做的功等于零. 因此,力F對物體所做的功W等于F1l,而F1=Fcos, 所以,W=Flcos 教師利用實物投影儀展示學生的推導(dǎo)結(jié)果,點評、總結(jié),得出功的定義式,及其文字敘述,并強調(diào)公式中各量的物理意義.通過讓學生動手親自推導(dǎo)公式,讓學生加深對公式的理

8、解,為公式的靈活應(yīng)用打好基礎(chǔ). 要點辨析:教師與學生共同通過具體實例的計算,對公式的使用注意事項總歸納:1.公式中F應(yīng)為恒力,即大小、方向不變.2.做功與物體運動形式(勻速或變速)無關(guān),也就是說,當F、l及其夾角確定后,功W就有確定值.3.計算功時,一定要明確是哪個力對物體做的功.4.功是過程量,是力在空間的積累量.5.公式中的單位:F牛(N);l米(m);W焦(J).二、正功和負功 公式理解:功的計算式W=Flcos包含cos這一要素,通過數(shù)學知識的學習我們知道:隨著的變化,cos的值也變化.指導(dǎo)學生利用數(shù)學知識討論隨的變化,cos的取值如何變化,從而得到功W的意義如何. 學生討論總結(jié):力F

9、與物體位移l的夾角的取值范圍為0°180°.那么,在這個范圍之內(nèi),cos可能大于0,可能等于0,還有可能小于0,從而得到功W也可能大于0、等于0、小于0. 教師指導(dǎo)學生思考所討論的問題,并畫出各種情況下力做功的示意圖.并通過示意圖總結(jié):1.當=時,cos=0,W=0.力F和位移l的方向垂直時,力F不做功;2.當<時,cos>0,W>0.這表示力F對物體做正功;3.當<時,cos<0,W<0.這表示力F對物體做負功.點評：教師通過實物投影儀投影學生畫圖情況,點評、總結(jié).利用數(shù)學知識分析物理問題是物理學習常用的手段.培養(yǎng)學生分析問題的能力.

10、指導(dǎo)學生閱讀課本內(nèi)容.提出問題,力對物體做正功或負功時有什么物理意義呢?結(jié)合生活實際,舉例說明. 概念理解:指導(dǎo)學生通過正功、負功的概念比較理解正、負功的意義. 在實際問題中,一個運動的物體往往不只受一個力的作用,在物體產(chǎn)生一個位移的過程中,這些力中有的力是動力,有的力則可能是阻力,還有的力對物體的位移沒有直接的影響.例如:用一個水平的力F拉物體在粗糙水平面上運動.這時我們說F對物體做了正功,而阻力f對物體也做了功,但是顯然f與F的功是有區(qū)別的,f做的功是負功,也可說成是物體克服阻力f做功.而支持力N和重力G就沒有做功.思維拓展 功是標量,只有數(shù)值,沒有方向.功的正、負并不表示功的方向,而且也

11、不是數(shù)量上的正與負.我們既不能說“正功與負功的方向相反”,也不能說“正功大于負功”,它們僅表示相反的做功效果.正功和負功是同一物理過程從不同角度的反映.舉例說明：在上圖中,可以說摩擦力做負功,也可以說物體克服摩擦力做了正功.比如摩擦力做了-20 J的功,可以說物體克服摩擦力做了20 J的功. 形象比喻:小明借了小剛50元錢,從小明的角度,是小明借了錢;從小剛的角度,是小剛把錢借給別人. 在上述對功的意義認識的基礎(chǔ)上,討論正功和負功的意義,得出如下認識: 正功的意義是:力對物體做功向物體提供能量,即受力物體獲得了能量. 負功的意義是:物體克服外力做功,向外輸出能量(以消耗自身的能量為代價),即負

12、功表示物體失去了能量.例題 一個質(zhì)量m=2 kg的物體,受到與水平方向成37°角斜向上方的力F1=10 N作用,在水平地面上移動的距離l=2 m,物體與地面間的滑動摩擦力F2=4.2 N,求外力對物體所做的總功.解法一:拉力F1對物體所做的功為：W1=F1lcos37°=10×2×0.8 J=1.6 J摩擦力F2對物體所做的功為：W2=F2lcos180°=-4.2×2 J=-8.4 J外力對物體所做的總功W等于W1和W2的代數(shù)和所以：W=W1+W2=7.6 J.解法二：物體受到的合力為:F合=F1cos37°-F2=10&

13、#215;N-4.2 N=3.8 N所以W=F合l=3.8×2 J=7.6 J.師生一起點評兩種解答過程,并對解題規(guī)律總結(jié)如下:(1)當物體在幾個力的共同作用下發(fā)生一段位移時,求這幾個力的總功的方法:一是根據(jù)功的公式W=Flcos,其中F為物體所受的合外力;二是先求各力對物體所做的功W1、W2、Wn,再求各力所做功的代數(shù)和,即W=W1+W2+Wn,注意代入功的正、負號.(2)由于功是標量,第二種方法較為簡便.課堂訓(xùn)練1.如圖所示,質(zhì)量為m的物體靜止于傾角為的光滑斜面體上,斜面體的質(zhì)量為M.現(xiàn)對該斜面體施加一個水平向左的推力F,使物體與斜面之間無相對滑動,一起沿水平方向向左移動了s,則

14、在此勻速運動過程中斜面體M對物體m做的功為（ ）A.Fs B.mgstan C. D.mgscossin答案：B2.起重機將質(zhì)量為100 kg的重物豎直向上移動了2 m,下列三種情況下,做功的力各有哪幾個力?每個力做了多少功?是正功還是負功?(不計阻力,g取9.8 m/s2)(1)勻加速提高,加速度a1=0.2 m/s2;(2)勻速提高;(3)勻減速下降,加速度大小a2=0.2 m/s2.答案：(1)拉力和重力;W拉=2×103 J,WG=-1.96×103 J;拉力做正功,重力做負功(2)拉力和重力;均等于1.96×103 J;拉力做正功,重力做負功(3)拉力和

15、重力;拉力做功-2×103 J;重力做功1.96×103 J;拉力做負功,重力做正功3.如圖,在光滑的水平面上,物塊在恒力F=100 N的作用下從A點運動到B點,不計滑輪的大小,不計繩與滑輪的質(zhì)量及繩、滑輪間的摩擦,H=2.4 m,=37°,=53°.求拉力F做的功.答案：100 J4.如圖所示的軌道ABCD中,AB、CD為光滑圓弧軌道,BC為長2 m的水平軌道,物體與水平軌道間的動摩擦因數(shù)=0.2,質(zhì)量為m的物體從高h=1 m的A處由靜止開始滑下,求：(1)物體第一次在軌道到達的最大高度H;(2)物體最后停在何處?答案：(1)H=0.6 m (2)物體

16、最后停在BC的中點課堂小結(jié)1.功是力作用在物體上對空間的積累效應(yīng),即談到“功”,必有力作用在物體上并在力的方向上發(fā)生一段位移.功是能量變化的量度,這個觀點是貫穿全章的主線.2.對公式W=Flcos要從三個方面理解:(1)功是針對某一力的,談到功時,一定要指明是哪個力對物體做了功;(2)力對物體做功只和物體的運動過程有關(guān),只要F、l、相同,則恒力F做的功就相同,而與物體的運動狀態(tài)無關(guān),即不管物體是加速運動、減速運動還是勻速運動;(3)由于位移與參考系的選取有關(guān),所以功具有相對性.3.功是標量,功的正負由夾角來確定.正、負功的意義是:力對物體做正功,表示施力物體能夠把能量傳遞給受力物體、受力物體的

17、能量增加;力對物體做負功表示受力物體把能量傳遞給其他的物體,受力物體的能量減少,即物體克服外力做功.4.公式W=Flcos只適用于恒力做功的情形.對于變力做功的問題可以用其他方式求解(“動能定理”一節(jié)里將會講得很透徹).布置作業(yè)1.教材“問題與練習”第2、3題.2.以小組為單位,讓學生舉出生活中力做正功、負功、不做功的實際例子,加深對教材內(nèi)容的理解.板書設(shè)計2 功活動與探究主題:探究功的標量性提示:如果功是矢量,功的計算將遵守什么法則?如果功是標量,功的計算將遵守什么法則?試通過下面給出的實例加以證明. 投影,展示問題:在光滑水平面上物體受到兩個沿水平方向、相互垂直的大小分別為6 N和8 N的

18、恒力,從靜止開始運動5 m,求每個力做的功和合力做的總功.參考答案：合力F=N=10 N,合力方向即合位移方向,容易求得與6 N的力夾角為53°,與8 N的力夾角為37°,所以W1=F1lcos1=6×5×cos53° J=18 JW2=F2lcos2=8×5×cos37° J=32 JW合=10×5×cos0° J=50 J=W1+W2可見,功的合成不符合平行四邊形定則,而滿足代數(shù)運算法則,故功是標量.習題詳解1.解答：W甲=Flcos(180°-)=Flcos30°=10×2×J=17.32 JW乙=-Flcos30°=-17.32 JW丙=Flcos30°=17.32 J2.解答:鋼繩的拉力做功W=Fl=2.0×104×5