高中物理人教版第七章機(jī)械能守恒定律功 第七單第二節(jié)功

第二節(jié)功執(zhí)教：滄州市第二中學(xué)梅玉明整體設(shè)計(jì)功和能的概念是物理學(xué)中重要的基本概念,且貫穿在全部物理學(xué)中,所以教材在第一節(jié)給出能量的概念后,接著對(duì)功進(jìn)行研究和討論.學(xué)生在初中已經(jīng)接觸過(guò)功,但這節(jié)內(nèi)容并不是初中內(nèi)容的簡(jiǎn)單重復(fù),而是內(nèi)容的深化和拓展,尤其讓學(xué)生注意區(qū)分日常生活中我們所說(shuō)的做“工”與力對(duì)物體的做功的區(qū)別.教材從學(xué)生常見(jiàn)的起重機(jī)搬運(yùn)貨物、機(jī)車牽引列車前行、手握握力器的事例入手,便于學(xué)生認(rèn)識(shí)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(xué)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(shí)功的求解.在實(shí)際問(wèn)題中,一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體往往不只受一個(gè)力的作用.教學(xué)中,讓學(xué)生多舉例子,體會(huì)在物體產(chǎn)生一個(gè)位移的過(guò)程中,這些力有的是動(dòng)力,有的可能是阻力,還有的力對(duì)物體的位移沒(méi)有直接的影響,從而引出正、負(fù)功的概念,教師要逐步引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)歸納力做正、負(fù)功的條件,不要急于求成.在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中,應(yīng)多舉實(shí)例,讓學(xué)生動(dòng)腦分析、通過(guò)觀察、分析、總結(jié)、表述的過(guò)程,深化概念的理解.再輔以針對(duì)性較強(qiáng)的課堂訓(xùn)練,使學(xué)生能夠熟練掌握功的基本概念及其求解方法.<課時(shí)安排>1課時(shí)<三維目標(biāo)>知識(shí)與技能1.理解功的概念,理解功的正負(fù)性，能利用功的一般公式進(jìn)行功的計(jì)算.2.理解總功,能計(jì)算合外力對(duì)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(shuō)明.過(guò)程與方法1.通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生觀察能力與分析思考能力.2.通過(guò)學(xué)生自已探究培養(yǎng)學(xué)生提出問(wèn)題解決問(wèn)題的能力.情感態(tài)度與價(jià)值觀培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的思想，通過(guò)學(xué)生探究功的正負(fù)養(yǎng)成科學(xué)探究的習(xí)慣和科學(xué)的思維方法。<教學(xué)重點(diǎn)>理解功的概念及正、負(fù)功的意義.<教學(xué)難點(diǎn)>1.糾正學(xué)生前概念錯(cuò)誤2.功的正負(fù)性討論3.利用功的定義解決有關(guān)問(wèn)題.教學(xué)過(guò)程導(dǎo)入新課情景導(dǎo)入播放大力士拉卡車比賽場(chǎng)面，并舉出實(shí)例物貨被起重機(jī)舉高,重力勢(shì)能增加了;列車在機(jī)車的牽引力之下,速度增大,動(dòng)能增加了;彈簧受到拉伸或壓縮后,彈性勢(shì)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(gè)共同的特征,你能看出來(lái)嗎?大力士拉卡車問(wèn)題導(dǎo)入在大力士拉卡車時(shí)他所用的力對(duì)車產(chǎn)生的了什么效果?拉力F是斜向上方的,而卡車是在水平方向運(yùn)動(dòng)的,此時(shí)人的拉力F對(duì)卡車做功嗎?推進(jìn)新課一、功復(fù)習(xí)回顧:功這個(gè)概念同學(xué)們并不陌生,我們?cè)诔踔芯鸵呀?jīng)學(xué)習(xí)過(guò)它的初步知識(shí).讓同學(xué)們思考做功的兩個(gè)因素:一是作用在物體上的力;二是物體在力的方向上移動(dòng)的距離.教師引導(dǎo):高中知識(shí)的學(xué)習(xí)對(duì)知識(shí)的定義與理解更加深入,我們已經(jīng)學(xué)習(xí)位移,對(duì)功的要素應(yīng)如何更加精確地描述?擴(kuò)展教學(xué):可以精確描述為:①作用在物體上的力;②物體在力的方向上移動(dòng)的位移.即如果一個(gè)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(xué)中就說(shuō)這個(gè)力對(duì)物體做了功.概念理解:教師舉兩個(gè)學(xué)生非常熟悉的場(chǎng)景引導(dǎo)學(xué)生去思考各力是否對(duì)物體做了功?場(chǎng)景一:舉重運(yùn)動(dòng)員舉起杠鈴場(chǎng)景二:籃球運(yùn)動(dòng)員舉球投欄問(wèn)題1:舉重運(yùn)動(dòng)員舉起杠鈴過(guò)程運(yùn)動(dòng)員對(duì)杠鈴是否做功？杠鈴的重力是否做功,并說(shuō)明原因.問(wèn)題2:籃球運(yùn)動(dòng)員舉球投欄過(guò)程中手對(duì)藍(lán)球是否做功？藍(lán)球的重力是否做功,并說(shuō)明原因.學(xué)生思考討論并由代表總結(jié)回答,在上升過(guò)程中,位移方向在豎直方向,與人的作用力和重力共線,故二力做功了.點(diǎn)評(píng)：通過(guò)知識(shí)回顧,復(fù)習(xí)做功的兩個(gè)要素,并通過(guò)簡(jiǎn)單的課堂演示,讓學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)分析做功情況,加深做功要素的理解.并強(qiáng)調(diào)指出,分析一個(gè)力是否對(duì)物體做功,關(guān)鍵是要看受力物體在這個(gè)力的方向上是否有位移.問(wèn)題探究問(wèn)題1:如果力的方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向一致,應(yīng)該怎樣計(jì)算這個(gè)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(duì)物體做的功.教師指導(dǎo)學(xué)生思考問(wèn)題,根據(jù)功的概念獨(dú)立推導(dǎo).尤其強(qiáng)調(diào)力和位移方向一致,這時(shí)功等于力跟物體在力的方向上移動(dòng)的位移的乘積.即W=Fl.問(wèn)題2:若力的方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向成某一角度,該怎樣計(jì)算功呢?課件展示大力士拉卡車的場(chǎng)景，教師以物體代替卡車和學(xué)生一起分析，下圖物體質(zhì)量m在與水平方向成α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(duì)物體所做的功.教師提示,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(gè)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(xué)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(méi)有發(fā)生位移,所以F2所做的功等于零.因此,力F對(duì)物體所做的功W等于F1l,而F1=Fcosα,所以,W=Flcosα教師點(diǎn)評(píng)，得出功的定義式,及其文字?jǐn)⑹?并強(qiáng)調(diào)公式中各量的物理意義.通過(guò)讓學(xué)生動(dòng)手親自推導(dǎo)公式,讓學(xué)生加深對(duì)公式的理解,為公式的靈活應(yīng)用打好基礎(chǔ).要點(diǎn)辨析:教師與學(xué)生共同通過(guò)具體實(shí)例的計(jì)算,對(duì)公式的使用注意事項(xiàng)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(yùn)動(dòng)形式(勻速或變速)無(wú)關(guān),也就是說(shuō),當(dāng)F、l及其夾角α確定后,功W就有確定值.3.計(jì)算功時(shí),一定要明確是哪個(gè)力對(duì)物體做的功.4.功是過(guò)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(fù)功（學(xué)生分組討論）公式理解:功的計(jì)算式W=Flcosα包含cosα這一要素,通過(guò)數(shù)學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)我們知道:隨著α的變化,cosα的值也變化.指導(dǎo)學(xué)生利用數(shù)學(xué)知識(shí)討論隨α的變化,cosα的取值如何變化,從而得到功W的意義如何.學(xué)生討論總結(jié):力F與物體位移l的夾角α的取值范圍為0°≤α≤180°.那么,在這個(gè)范圍之內(nèi),cosα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(xué)生思考所討論的問(wèn)題,并畫出各種情況下力做功的示意圖.并通過(guò)示意圖總結(jié):1.當(dāng)α=時(shí),cosα=0,W=0.力F和位移l的方向垂直時(shí),力F不做功;2.當(dāng)α<時(shí),cosα>0,W>0.這表示力F對(duì)物體做正功;3.當(dāng)<α≤π時(shí),cosα<0,W<0.這表示力F對(duì)物體做負(fù)功.點(diǎn)評(píng)：教師通過(guò)實(shí)物投影儀投影學(xué)生畫圖情況,點(diǎn)評(píng)、總結(jié).利用數(shù)學(xué)知識(shí)分析物理問(wèn)題是物理學(xué)習(xí)常用的手段.培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題的能力.指導(dǎo)學(xué)生閱讀課本內(nèi)容.提出問(wèn)題,力對(duì)物體做正功或負(fù)功時(shí)有什么物理意義呢?結(jié)合生活實(shí)際,舉例說(shuō)明.概念理解:指導(dǎo)學(xué)生通過(guò)正功、負(fù)功的概念比較理解正、負(fù)功的意義.教師：再出示上面的兩種場(chǎng)景讓學(xué)生分析各力做功的正負(fù)性，從感性上加深學(xué)生對(duì)功正負(fù)性理解。點(diǎn)評(píng)：在實(shí)際問(wèn)題中,一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體往往不只受一個(gè)力的作用,在物體產(chǎn)生一個(gè)位移的過(guò)程中,這些力中有的力是動(dòng)力,有的力則可能是阻力,還有的力對(duì)物體的位移沒(méi)有直接的影響.例如:用一個(gè)水平的力F拉物體在粗糙水平面上運(yùn)動(dòng).這時(shí)我們說(shuō)F對(duì)物體做了正功,而阻力f對(duì)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(fù)功,也可說(shuō)成是物體克服阻力f做功.而支持力N和重力G就沒(méi)有做功.思維拓展功是標(biāo)量,只有數(shù)值,沒(méi)有方向.功的正、負(fù)并不表示功的方向,而且也不是數(shù)量上的正與負(fù).我們既不能說(shuō)“正功與負(fù)功的方向相反”,也不能說(shuō)“正功大于負(fù)功”,它們僅表示相反的做功效果.正功和負(fù)功是同一物理過(guò)程從不同角度的反映.培養(yǎng)學(xué)生的理性思維例題一個(gè)質(zhì)量m=150kg的雪橇，受到與水平方向成37°角斜向上方的力F=500N,在水平地面上移動(dòng)的距離l=5m,雪橇與地面間的滑動(dòng)摩擦力F阻=100N,求力對(duì)雪橇做的總功.解法一:拉力F1對(duì)物體所做的功為：W1=F1lcos37°=500×5×J=2000J摩擦力F2對(duì)物體所做的功為：W2=F2lcos180°=-100×5J=-500J外力對(duì)物體所做的總功W等于W1和W2的代數(shù)和所以：W=W1+W2=1500J.解法二：物體受到的合力為:F合=F1cos37°-F2=500×N-100N=300N所以W=F合l=300×5J=1500J.師生一起點(diǎn)評(píng)兩種解答過(guò)程,并對(duì)解題規(guī)律總結(jié)如下:(1)當(dāng)物體在幾個(gè)力的共同作用下發(fā)生一段位移時(shí),求這幾個(gè)力的總功的方法:一是根據(jù)功的公式W=Flcosα,其中F為物體所受的合外力;二是先求各力對(duì)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(fù)號(hào).(2)由于功是標(biāo)量,第二種方法較為簡(jiǎn)便.提升訓(xùn)練（學(xué)生分組討論）如圖所示,質(zhì)量為m的物體從固定粗糙傾角為θ的斜面的頂端滑到斜面的底端,已知斜面體的高度是h,小物體與斜面的動(dòng)摩擦因數(shù)為u,試問(wèn)：小物體在下滑過(guò)程中受到幾個(gè)力的作用？力對(duì)小物體做功各是多少？2.（備選）如圖,在光滑的水平面上,物塊在恒力F=100N的作用下從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn),不計(jì)滑輪的大小,不計(jì)繩與滑輪的質(zhì)量及繩、滑輪間的摩擦,H=m,α=37°,β=53°.求拉力F做的功.答案：100J3（備選）.如圖所示的軌道ABCD中,AB、CD為光滑圓弧軌道,BC為長(zhǎng)2m的水平軌道,物體與水平軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=,質(zhì)量為m的物體從高h(yuǎn)=1m的A處由靜止開(kāi)始滑下,求：(1)物體第一次在軌道到達(dá)的最大高度H;(2)物體最后停在何處?答案：(1)H=m(2)物體最后停在BC的中點(diǎn)課堂小結(jié)1.功是力作用在物體上對(duì)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(gè)觀點(diǎn)是貫穿全章的主線.2.對(duì)公式W=Flcosα要從三個(gè)方面理解:(1)功是針對(duì)某一力的,談到功時(shí),一定要指明是哪個(gè)力對(duì)物體做了功;(2)力對(duì)物體做功只和物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程有關(guān),只要F、l、α相同,則恒力F做的功就相同,而與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān),即不管物體是加速運(yùn)動(dòng)、減速運(yùn)動(dòng)還是勻速運(yùn)動(dòng);(3)由于位移與參考系的選取有關(guān),所以功具有相對(duì)性.3.功是標(biāo)量,功的正負(fù)由夾角α來(lái)確定.正、負(fù)功的意義是:力對(duì)物體做正功,表示施力物體能夠把能量傳遞給受力物體、受力物體的能量增加;力對(duì)物體做負(fù)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=Flcosα只適用于恒力做功的情形.對(duì)于變力做功的問(wèn)題可以用其他方式求解(“動(dòng)能定理”一節(jié)里將會(huì)講得很透徹).思維小窗：如果θ不是力和位移的夾角而是與豎直方向的夾角，那么求力對(duì)物體做功的式子是什么？（留