功的高一物理教案

　　一、教學(xué)目標(biāo)

　　1.理解功的概念:

　　(1)知道做機(jī)械功的兩個(gè)不可缺少的因素,知道做功和"工作"的區(qū)別;

　　(2)知道當(dāng)力與位移方向的夾角大于90°時(shí),力對(duì)物體做負(fù)功,或說(shuō)物體克服這個(gè)力做了功。

　　2.掌握功的計(jì)算:

　　(1)知道計(jì)算機(jī)械功的公式W=Fscosα;知道在國(guó)際單位制中,功的單位是焦耳(J);知道功是標(biāo)量。

　　(2)能夠用公式W=Fscosα進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。

　　二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

　　1.重點(diǎn)是使學(xué)生在理解力對(duì)物體做功的兩個(gè)要素的基礎(chǔ)上掌握機(jī)械功的計(jì)算公式。

　　2.物體在力的方向上的位移與物體運(yùn)動(dòng)的位移容易混淆,這是難點(diǎn)。

　　3.要使學(xué)生對(duì)負(fù)功的意義有所認(rèn)識(shí),也較困難,也是難點(diǎn)。

　　三、教具

　　帶有牽引細(xì)線的滑塊(或小車)。

　　四、主要教學(xué)過(guò)程

　　(一)引入新課

　　功這個(gè)詞我們并不陌生,初中物理中學(xué)習(xí)過(guò)功的一些初步知識(shí),今天我們又來(lái)學(xué)習(xí)功的有關(guān)知識(shí),絕不是簡(jiǎn)單地重復(fù),而是要使我們對(duì)功的認(rèn)識(shí)再提高一步。

　　(二)教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

　　1.功的概念

　　先請(qǐng)同學(xué)回顧一下初中學(xué)過(guò)的與功的概念密切相關(guān)的如下兩個(gè)問(wèn)題:什么叫做功?誰(shuí)對(duì)誰(shuí)做功?然后做如下總結(jié)并板書:

　　(1)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。

　　然后演示用水平拉力使滑塊沿拉力方向在講桌上滑動(dòng)一段距離,并將示意圖畫到黑板上,如圖1所示,與同學(xué)一起討論如下問(wèn)題:在上述過(guò)程中,拉力F對(duì)滑塊是否做了功?滑塊所受的重力mg對(duì)滑塊是否做了功?桌面對(duì)滑塊的支持力N是否對(duì)滑塊做了功?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。至此可作出如下總結(jié)并板書:

　　(2)在物理學(xué)中,力和物體在力的方向上發(fā)生的位移,是做功的兩個(gè)不可缺少的因素。

　　2.功的公式

　　就圖1提出:力F使滑塊發(fā)生位移s這個(gè)過(guò)程中,F對(duì)滑塊做了多少功如何計(jì)算?由同學(xué)回答出如下計(jì)算公式:W=Fs。就此再進(jìn)一步提問(wèn):如果細(xì)繩斜向上拉滑塊,如圖2所示,這種情況下滑塊沿F方向的位移是多少?與同學(xué)一起分析并得出這一位移為s cos α。至此按功的前一公式即可得到如下計(jì)算公式:

　　W=Fscosα

　　再根據(jù)公式W=Fs做啟發(fā)式提問(wèn):按此公式考慮,只要F與s在同一直線上,乘起來(lái)就可以求得力對(duì)物體所做的功。在圖2中,我們是將位移分解到F的方向上,如果我們將力F分解到物體位移s的方向上,看看能得到什么結(jié)果?至此在圖2中將F分解到s的方向上得到這個(gè)分力為Fcosα,再與s相乘,結(jié)果仍然是W=Fscosα。就此指出,計(jì)算一個(gè)力對(duì)物體所做的功的大小,與力F的大小、物體位移s的大小及F和s二者方向之間的夾角α有關(guān),且此計(jì)算公式有普遍意義(對(duì)計(jì)算機(jī)械功而言)。至此作出如下板書:

　　W=Fscosα

　　力對(duì)物體所做的功,等于力的大小、位移的大小、力和位移的夾角的余弦三者的乘積。

　　接下來(lái)給出F=100N、s=5m、α=37°,與同學(xué)一起計(jì)算功W,得出W=400N·m。就此說(shuō)明1N·m這個(gè)功的大小被規(guī)定為功的單位,為方便起見,取名為焦耳,符號(hào)為J,即1J=1N·m。最后明確板書為:

　　在國(guó)際單位制中,功的單位是焦耳(J)

　　1J=1N·m

　　3.正功、負(fù)功

　　(1)首先對(duì)功的計(jì)算公式W=Fscosα的可能值與學(xué)生共同討論。從cos α的可能值入手討論,指出功W可能為正值、負(fù)值或零,再進(jìn)一步說(shuō)明,力F與s間夾角α的取值范圍,最后總結(jié)并作如下板書:

　　當(dāng)0°≤α<90°時(shí),cosα為正值, W為正值,稱為力對(duì)物體做正功,或稱為力對(duì)物體做功。

　　當(dāng)α=90°時(shí),cosα=0,W=0,力對(duì)物體做零功,即力對(duì)物體不做功。

　　當(dāng)90°<α≤180°時(shí),cosα為負(fù)值, W為負(fù)值,稱為力對(duì)物體做負(fù)功,或說(shuō)物體克服這個(gè)力做功。

　　(2)與學(xué)生一起先討論功的物理意義,然后再說(shuō)明正功、負(fù)功的物理意義。

　　①提出功是描述什么的物理量這個(gè)問(wèn)題與學(xué)生討論。結(jié)合圖1,使學(xué)生注意到力作用滑塊并持續(xù)使滑塊在力的方向上運(yùn)動(dòng),發(fā)生了一段位移,引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)其特征是力在空間位移上逐漸累積的作用過(guò)程。

　　然后就此提出:這個(gè)累積作用過(guò)程到底累積什么?舉如下兩個(gè)事例啟發(fā)學(xué)生思考:

　　a.一輛手推車上裝有很多貨物,搬運(yùn)工推車要用很大的力。向前推一段距離就要休息一會(huì)兒,然后有了力氣再推車走。

　　b.如果要你將重物從一樓向六樓上搬,搬運(yùn)過(guò)程中會(huì)有什么感覺(jué)?

　　首先使學(xué)生意識(shí)到上述兩個(gè)過(guò)程都是人用力對(duì)物體做功的過(guò)程,都要消耗體能。就此指出做功過(guò)程是能量轉(zhuǎn)化過(guò)程,做功越多,能量轉(zhuǎn)化得越多,因而功是能量轉(zhuǎn)化的量度。能量是標(biāo)量,相應(yīng)功也是標(biāo)量。板書如下:

　　功是描述力在空間位移上累積作用的物理量。功是能量轉(zhuǎn)化的量度,功是標(biāo)量。

　　②在上述對(duì)功的意義認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上,討論正功和負(fù)功的意義,得出如下認(rèn)識(shí)并板書:

　　正功的意義是:力對(duì)物體做功向物體提供能量,即受力物體獲得了能量。

　　負(fù)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(jià)),即負(fù)功表示物體失去了能量。

　　4.例題講解或討論

　　例1.課本p.110上的〔例題〕是功的計(jì)算公式的應(yīng)用示范。分析過(guò)程中應(yīng)使學(xué)生明確:推力F對(duì)箱子所做的功,實(shí)際上就是推力F的水平分力Fcosα對(duì)箱子所做的功,而推力 F的豎直分力Fsinα與位移s的方向是垂直的,對(duì)箱子不做功。

　　例2.如圖3所示,ABCD為畫在水平地面上的正方形,其邊長(zhǎng)為a,P為靜止于A點(diǎn)的物體。用水平力F沿直線 AB拉物體緩慢滑動(dòng)到B點(diǎn)停下,然后仍用水平力F沿直線BC拉物體滑動(dòng)到C點(diǎn)停下,接下來(lái)仍用水平力F沿直線CD拉物體滑動(dòng)到D點(diǎn)停下,最后仍用水平力F沿直線DA拉物體滑動(dòng)到A點(diǎn)停下。若后三段運(yùn)動(dòng)中物體也是緩慢的,求全過(guò)程中水平力F對(duì)物體所做的功是多少?

　　此例題先讓學(xué)生做,然后找出一個(gè)所得結(jié)果是W=0的學(xué)生發(fā)言,此時(shí)會(huì)有學(xué)生反對(duì),并能說(shuō)出W=4Fa才是正確結(jié)果。讓后者講其思路和做法,然后總結(jié),使學(xué)生明確在每一段位移a中,力F都與a同方向,做功為Fa,四個(gè)過(guò)程加起來(lái)就是4Fa。強(qiáng)調(diào):功的概念中的位移是在這個(gè)力的方向上的位移,而不能簡(jiǎn)單地與物體運(yùn)動(dòng)的位移畫等號(hào)。要結(jié)合物理過(guò)程做具體分析。

　　例3.如圖4所示,F1和F2是作用在物體P上的兩個(gè)水平恒力,大小分別為:F1=3N,F2=4N,在這兩個(gè)力共同作用下,使物體P由靜止開始沿水平面移動(dòng)5m距離的過(guò)程中,它們對(duì)物體各做多少功?它們對(duì)物體做功的代數(shù)和是多少?F1、F2的合力對(duì)P做多少功?

　　此例題要解決兩個(gè)方面的問(wèn)題,一是強(qiáng)化功的計(jì)算公式的正確應(yīng)用,糾正學(xué)生中出現(xiàn)的錯(cuò)誤,即不注意力與位移方向的分析,直接用3N乘5m、4N乘5m這種低級(jí)錯(cuò)誤,引導(dǎo)學(xué)生注意在題目沒(méi)有給出位移方向時(shí),應(yīng)該根據(jù)動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)作出符合實(shí)際的判斷;二是通過(guò)例題得到的結(jié)果,使學(xué)生知道一個(gè)物體所受合力對(duì)物體所做的功。等于各個(gè)力對(duì)物體所做的功的代數(shù)和,并從合力功與分力功所遵從的運(yùn)算法則,深化功是標(biāo)量的認(rèn)識(shí)。

　　解答過(guò)程如下:位移在F1、F2方向上的分量分別為s1=3m、s2=4m,F1對(duì)P做功為9J,F2對(duì)P做功為16J,二者的代數(shù)和為25J。F1、F2的合力為5N,物體的位移與合力方向相同,合力對(duì)物體做功為W=Fs=5N×5m=25J。

　　例4.如圖5所示。A為靜止在水平桌面上的物體,其右側(cè)固定著一個(gè)定滑輪O,跨過(guò)定滑輪的細(xì)繩的P端固定在墻壁上,于細(xì)繩的另一端Q用水平力F向右拉,物體向右滑動(dòng)s的過(guò)程中,力F對(duì)物體做多少功?(上、下兩段繩均保持水平)

　　本例題仍重點(diǎn)解決計(jì)算功時(shí)對(duì)力和位移這兩個(gè)要素的分析。如果著眼于受力物體,它受到水平向右的力為兩條繩的拉力,合力為2F。因而合力對(duì)物體所做的功為W=2Fs;如果著眼于繩子的Q端,即力F的作用點(diǎn),則可知物體向右發(fā)主s位移過(guò)程中,Q點(diǎn)的位移為2s,因而力F拉繩所做的功W=F·2s=2Fs。兩種不同處理方法結(jié)果是相同的。

　　五、課堂小結(jié)

　　1.對(duì)功的概念和功的物理意義的主要內(nèi)容作必要的重復(fù)(包括正功和負(fù)功的意義)。

　　2.對(duì)功的計(jì)算公式及其應(yīng)用的主要問(wèn)題再作些強(qiáng)調(diào)。

　　六、說(shuō)明

　　1.考慮到功的定義式W=Fscosα與課本上講的功的公式相同,特別是對(duì)式中s的解釋不一,有物體位移與力的作用點(diǎn)的位移之分,因而沒(méi)有給出明確的功的定義的文字表達(dá)。實(shí)際問(wèn)題中會(huì)用功的公式正確進(jìn)行計(jì)算就可以了。從例題4可以看出,定義一個(gè)力對(duì)物體所做的功,將位移解釋為力的作用點(diǎn)在力的方向上的位移是比較恰當(dāng)?shù)�。如果將位移解釋為受力物體在力的方向上的位移,學(xué)生會(huì)得出W=Fs這一錯(cuò)誤結(jié)果,還會(huì)理直氣壯地堅(jiān)持錯(cuò)誤,糾正起來(lái)就困難多了。

　　2.由于對(duì)功的物理意義的講解是初步的,因而對(duì)正功、負(fù)功的物理意義的講解也是初步的。這節(jié)課中只是講到受力物體得到能量還是失去能量這個(gè)程度。在學(xué)習(xí)了機(jī)械能守恒定律之后,再進(jìn)一步作出說(shuō)明。在機(jī)械能守恒的物理過(guò)程中,有重力做功,地球上的一個(gè)物體的機(jī)械能并沒(méi)有增加,因而正、負(fù)功的意義就不能用能量得失關(guān)系去說(shuō)。在這種情況下,重力做正功,表示勢(shì)能向動(dòng)能轉(zhuǎn)化;重力做負(fù)功,表示動(dòng)能向勢(shì)能轉(zhuǎn)化,這里的正功、負(fù)功不再表示能量得失,而是表示能量轉(zhuǎn)化方向的

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