新人教版初中物理教案功和机械能.docx
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新人教版初中物理教案功和机械能
第十一章 功和机械能
11.1 功
【学习目标】
1.知道做功的两个必要因素。
2.知道不做功的三种情况,会判断力是否做功。
3.知道功的计算公式和单位,并会用功的公式进行一些简单计算。
重点难点:
1.理解做功的两个要素,会用功的公式进行简单计算。
2.正确判断力对物体是否做功。
学习内容一:
力学中的功
学习指导:
阅读课本P62、P63的相关内容,理解做功的两个必要因素。
【自学检测】
1.用细绳水平拉着木块在水平桌面前进时木块受到四个力的作用,拉力对木块的移动作出了贡献,摩擦力对木块移动起阻碍作用。
2.做功的两个必要因素是:
①作用在物体上的力,②物体在力的方向上移动的距离。
【合作探究】教师巡视督促指导
对照做功的两个必要因素讨论:
1.图P11.1—2力对物体做功的实例有什么共同特点?
(画出受力方向和物体移动的方向进行分析总结)
2.图P11.1—3力没对物体做功的实例有什么共同特点?
(画出受力方向和物体移动的方向进行分析总结)
3.判断下列说法的对错(对的打“√”,错的打“×”)。
(1)只要有力作用在物体上,力就对物体做了功。
(×)
(2)物体只要移动了距离,就做了功。
(×)
(3)物体从高处落下重力做了功。
(√)
(4)有力作用在物体上,物体又移动了距离,这个力就做了功。
(×)
(5)手提着重物在水平地面上行走,人做了功。
(×)
(6)人用力推车,但车未动,人没有做功。
(√)
【展示交流】教师掌握情况
【精讲点拨】
怎样判断物体是否做功:
做功包含两个必要因素:
一个是有力作用在物体上,另一个是物体在力的方向上通过一段距离,二者缺一不可。
2.下面三种情况力没有对物体做功:
(1)劳而无功:
有力作用在物体上,但物体没有移动。
如:
小孩推车,车不动,推力不做功。
(2)不劳无功:
物体靠惯性移动一段距离,并不是受到力的作用向前运动。
如:
投出去的篮球在空中继续飞行。
(3)直无功:
力的方向与物体的运动方向垂直,力没做功,如:
小明提着水桶水平移动,拉力没有做功。
【即时练习】
1.下面几种情况下,力做了功的是(C)
A.用力把杠铃举在空中不动
B.用力提着水桶水平匀速移动
C.用力在斜面上拉车前进
D.物体在光滑的平面上匀速移动
2.下列情景中,重力对小球做功的是(A)
A.小球从高处下落
B.小球在地面上静止不动
C.小球沿水平轨道运动
D.小球在绳子拉力作用下在水平面内做匀速圆周运动
学习内容二:
功的计算
学习指导:
课本P63至P64文字内容和插图,熟记功的计算公式、单位及其换算。
【自学检测】
1.力学中,把力与在力的方向上移动的距离的乘积叫做功。
2.在力学里计算力对物体做功的公式是W=Fs。
3.公式中符号表示意义:
W表示功,F表示力,s表示距离。
4.在国际单位制中,力的单位是N,距离的单位是m,功的单位是N·m,它有一个专门的名称叫做焦耳,简称焦,符号是J,1J=__1__N·m。
【合作探究】教师巡视指导
1.自学例题:
①要求马做的功必须知道哪两个条件?
②先求什么,后求什么?
③计算时单位化成什么单位?
2.分析下列三种情况中做功的多少?
(1)甲将一块重为10牛的砖从水平面搬到10米高的脚手架上。
(2)乙将两块重为10牛的砖从水平面搬到10米高的脚手架上。
(3)丙将一块重为10牛的砖从水平面搬到20米高的脚手架上。
小结:
作用在物体上的力越大,使物体移动的距离越大,力所做的功就越多。
【展示交流】教师掌握情况
【精讲点拨】
1.起重机将重3×103N的楼板以1m/s的速度从一楼举到四楼顶(每层楼高按3m计算),又将楼板水平移动了3m,在整个过程中,起重机对楼板做的功是(D)
A.1×103J B.9×103J
C.2.7×104JD.3.6×104J
解析:
从一楼举到四楼拉力克服重力向上拉,使物体在力的作用下通过的距离是12m,做功为3.6×104J,水平移动3m时,起重机的拉力向上,属于垂直无功。
2.某同学用50N的力将重10N的足球踢出去15m远,该同学对足球做的功是(D)
A.750J
B.150J
C.没有做功
D.做了功,但条件不足,无法确定
解析:
足球踢出去后靠惯性移动的15m,这段距离该同学的踢力没有做功,足球踢出去前,脚对足球施加了力且球在力的作用下移动了一段距离,这期间踢力做功了,但是题目没给出受力移动的距离大小,所以该同学做了功,缺少条件无法计算。
【即时练习】
1.P64第1、2、3、4题
2.质量为100kg的物体,在拉力F的作用下沿水平地面匀速前进了5m,物体运动时受到的摩擦力是重力的0.05倍,求拉力F做的功。
(g=10N/kg)
【当堂练习】见训练案基础部分
11.2 功率
【学习目标】
1.理解功率的概念和计算公式。
2.会用功率的公式进行简单的计算。
3.学会测量功率的方法。
重点难点:
功率的概念和功率的计算。
学习内容:
功率
学习指导:
阅读课本P65至P66文字内容和插图,基本概念、定义用红笔做上记号,熟记功率定义及计算公式,功率单位。
【自学检测】
1.课本中大人和小孩爬相同楼梯,他们移动的距离相等,两者做的功不相等,大人做功多,小孩做功少,如果爬楼的时间相同,大人做功快。
2.物理学中用功率来表示物体做功快慢,它的定义是功与做功时间之比叫功率。
3.功率用符号__P__表示,功用符号__W__表示,时间用符号__t__表示,因此功率表达式是P=W/t。
4.在国际单位制中,功的单位是J,时间的单位是s,所以功率的单位是J/s,为了纪念英国的工程师瓦特,人们将功率的单位叫做瓦特,简称瓦,符号W。
1W=1J/S,1W的物理意义是1s内所做的功是1J,常见的单位还用kW。
1kW=1000W。
【合作探究】教师巡视督促指导
1.
(1)小红体重500N,在5s内跑到5m高的楼上,则小红做了2500J的功。
(2)小明体重500N,在10s内走到5m高的楼上,则小明做了2500J的功。
(3)小强体重400N,在10s内跑到6m高的楼上,则小强做了2400J的功。
上面三道题中:
小红和小明,小红做功快,你是怎么比较出来的?
做相同的功比较做功时间,做功时间少做功快。
小明和小强,小明做功快,你是怎样比较出来的?
相同时间比较做功的多少,相同时间做功多做功快。
2.学习P60例题。
①要计算起重机的功率需要知道哪几个物理量?
②先求什么?
后求什么?
③计算时要注意什么问题?
3.在学习了功率的知识后,你怎样测算比较三位同学爬杆的功率大小?
有几套方案?
解析:
①用相同的时间爬杆,测量出各自的体重和爬上杆的高度,即可以比较功率大小;
②让他们都爬到同一杆顶,测量出各自的体重和爬杆用的时间,即可比较功率大小;
③测量出各自的体重、爬杆用的时间和爬上杆的高度,算出功率进行比较。
【精讲点拨】
1.比较物体做功快慢方法(三种)
2.测量比较功率方法(三种)
3.定义式P=
普遍适用,推导式P=Fv求即时功率。
【即时练习】
1.下列关于功率的说法中,正确的是(B)
A.做功多的机械,功率一定大
B.做功快的机械,功率一定大
C.做功时间少的机械,功率一定大
D.功率是用做相同的功比较做功时间的方法比较做功快慢的
2.课后习题第2、3、4题分组计算,集体更正。
3.甲、乙两人的体重之比是8∶9,他们进行爬楼比赛,从一楼上到三楼所用的时间之比是4∶5,则两人克服重力所做的功之比是8∶9。
两人的功率之比是10∶9。
【当堂练习】见训练案基础部分
11.3 动能和势能
【学习目标】
1.了解能量的概念,通过实例理解动能、势能的概念。
2.通过探究,知道影响动能和势能大小的因素,并能解释简单的现象。
3.能够运用“控制变量法”进行实验设计,养成在实验中认真观察、勤于思考的习惯。
重点难点:
能量的概念,探究动能和势能大小影响因素分析。
学习内容一:
动能
学习指导:
阅读课本P67至P68文字内容,熟记动能概念。
【自学检测】
1.一个物体能够做功,这个物体就具有能量,简称为能,能量的单位是焦耳(与功的单位相同);一个物体能够做的功越多,表示这个物体的能量越大。
2.物体由于运动而具有的能叫做动能,一切运动的物体都具有动能。
如:
运动的汽车
3.下列物体具有动能的是(BC)
A.汽车停靠在路边
B.汽车匀速前进
C.苹果从树上掉下
【合作探究】教师巡视指导
探究:
物体的动能跟哪些因素有关?
(以钢球撞击木块为例,让钢球从斜槽上滚下,撞击在水平桌面上木块,使木块移动了一段距离。
)
猜想一:
动能的大小与物体的速度有关。
猜想二:
动能的大小与物体的质量有关。
(1)研究动能大小与速度的关系时,应控制质量一定。
做法:
将同一钢球,先后从斜面不同高度滚下,观察钢球将木块推动的距离。
木块被推动的距离越远,说明钢球对木块做的功越多,钢球的动能越大。
结论:
物体的动能与物体的运动速度有关,速度越大,物体的动能越大。
(2)研究动能大小与质量的关系时,应控制速度一定。
做法:
换用不同质量的钢球,先后从同一高度让其滚下,观察钢球推动木块的距离。
结论:
运动物体的质量越大,动能就越大。
总结:
影响动能大小的因素:
运动物体的速度和质量。
在质量相同时,物体的速度越大,动能越大;在速度相同时,物体的质量越大,动能越大。
【展示交流】教师掌握情况
【精讲点拨】
1.在碰撞过程中,你是如何判断钢球有没有做功?
试验中怎样比较动能的大小?
采用的什么方法?
2.在研究动能大小与速度关系时为什么要用同一个铁球?
在研究动能大小与质量关系时,为什么要让质量大小不同的铁球从同一高度滚下?
这又采用什么方法?
3.下表给出了一头牛慢步行走和一名普通中学生百米赛跑时的数据。
物体
质量m(kg)
速度v(m/s)
动能E(J)
牛
约600
约0.5
约75
中学生
约50
约6
约900
分析数据,可以看出,对物体动能大小影响较大的因素是速度,你这样判断的依据是从表中数据可以看出,中学生质量为牛的1/12,速度为牛的12倍,动能是900J,而牛的动能只有75J,故速度对动能的影响较大。
【即时练习】
1.“十次车祸九次快,还有喝酒和超载”。
结合P68“想想议议”知识介绍,你能从物理学的角度说明超速和超载为什么易引发交通事故吗?
2.P70第1、3题
3.判断对错
(1)质量大的物体动能大(×)
(2)速度大的物体动能大(×)
学习内容二:
势能
学习指导:
课本P69文字内容和插图,基本概念、定义用红笔做上记号,熟记势能概念。
【自学检测】
1.物体由于被举高而具有的能量,叫做重力势能。
2.物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。
3.势能包括重力势能和弹性势能。
【合作探究】教师巡视指导
一、探究:
重力势能与什么因素有关?
在研究物体的重力势能与哪些因素有关的实验中,三个相同的木桩被从空中静止释放的铁块撞击,陷入沙坑中的情况如图所示,在此实验中,我们是通过观察什么来比较各铁块重力势能的大小(做功多少)?
答:
木桩陷入的深度。
若A,B两铁块质量相等,则两铁块下落高度的关系是hA<hB;若A,C两铁块下落的高度相等,则两铁块质量的关系是mA<mC;实验得出的结论是:
物体重力势能的大小与物体的质量和所处的高度有关。
二、探究:
弹性势能与什么因素有关?
用小车压水平放置的弹簧,使弹簧压缩L后放手,小车被反弹在水面上运动一段距离s,如图,通过实验对比,他能得到的实验结论是______________________________。
【展示交流】教师掌握情况
【精讲点拨】
1.动能和势能的比较
动能
势 能
重力势能
弹性势能
产生
原因
物体运动
物体被举高
物体发生
弹性形变
影响
因素
物体质量:
大而大
运动速度:
大而大
物体质量:
大而大
被举高度:
大而大
发生弹性形变
的程度:
大而大
一、填空:
2.直升飞机在空中匀速上升过程中,它的(C)
A.重力势能增大,动能减小
二、问答:
B.重力势能和动能增大
C.动能不变,重力势能增大
D.动能和重力势能减小
分析:
动能的大小跟质量和速度有关,重力势能跟质量和举的高度有关。
当直升飞机在空中匀速上升时,它的质量不变,速度不变,所以它的动能不变,它的高度逐渐增大,所以重力势能逐渐增大。
(填“增大”“不变”或“减小”)
【即时练习】
16、在北部天空的小熊座上有著名的北极星,可以借助大熊座比较容易地找到北极星。
黑夜可以用北极星辨认方向。
1.下列物体中具有重力势能的是C、D、F、G;具有弹性势能的是A、E、H
A.因挤压而变形的气球
19、细胞也是生物最基本的功能单位,生物的呼吸、消化、排泄、生长、发育、繁殖、遗传等生命活动都是通过细胞进行的。
B.在水平路面上飞驰的小轿车
23、我国是世界上公认的火箭的发源地,早在距今1700多年前的三国时代的古籍上就出现了“火箭”的名称。
C.正在下落的桩锤
14、大我数地区的自来水水源取自水库、湖泊或河流。
自来水是主要的饮用水,饮用水源受到污染,会直接影响我们的身体健康。
D.停在空中不动的直升机
E.钟表中卷紧的发条
19、阳光、空气、水、土壤、岩石、植物、动物……构成了我们周围的环境。
我们人类也是环境中的一部分,我们都生活在一不定的环境之中。
人与自然和谐相处,共同发展,是我们共同的责任。
F.高山上的石头
预计未来20年,全球人均供水量还将减少1/3。
G.三峡水库中的水
H.被推开的弹簧门的弹簧
13、清洁的自来水被用来洗脸、刷牙、洗衣、拖地后就成了污水。
2.空中沿水平方向匀速飞行的一架飞机,正在向灾区空投物资,在空投过程中,飞机的动能和重力势能的变化情况是(B)
3、月球是距离地球最近的星球直径大约是地球的1/4,质量大约是地球的1/80,月球体积大约是地球的1/49,月球引力大约是地球的1/6。
A.动能和重力势能都增大
B.动能和重力势能都减小
C.动能减小,重力势能增大
D.动能增大,重力势能减小
3.P70第5题
【当堂练习】见训练案基础部分
11.4 机械能及其转化
【学习目标】
1.理解机械能的概念。
2.知道动能和势能之间可以相互转化和守恒定律。
3.能解释一些能之间转化的物理现象。
重点难点:
分析能量之间的转化。
学习内容一:
机械能及其转化
学习指导:
阅读课本P71至P72内容。
基本概念、定义用红笔做上记号。
【自学检测】
1.动能的大小跟物体的质量和速度有关。
2.重力势能的大小跟物体的质量和所处的高度有关。
3.动能和势能统称为机械能。
4.空中飞行的子弹由于速度很快具有很大的动能,又因为它处于空中,相对于地面子弹又具有重力势能。
【合作探究】教师巡视督促指导
一、【演示】滚摆实验
1.在摆轮下降的过程中,其重力势能逐渐转化为动能。
滚摆在下落过程中,转动的速度和高度分别是怎样变化的?
滚摆的动能和势能又是怎样变化的?
释放摆轮时,摆轮在最高点处于静止状态,此时摆轮只具有重力势能,没有动能。
摆轮下降时其高度降低,重力势能减少;摆轮旋转着下降;而且越转越快,其动能越来越大。
2.滚摆在哪个位置具有的动能最大,你是如何判断出动能最大的?
在哪个位置具有的重力势能最大?
如何判断的?
摆轮到最低点时,转动最快,动能最大;其高度最低,重力势能最小。
3.仿照摆轮下降的过程分析,得出摆轮上升过程中的动能和势能的变化情况。
二、【实验】单摆实验
1.将摆绳一端挂在黑板上边,使单摆在黑板前,平行于黑板摆动(不接触黑板),在黑板上记录摆球运动路线中左A、右最高点C和最低点B的位置。
2.分析单摆实验:
小球从A摆到B的过程中是重力势能转化为动能,从B点摆到C点的过程中是动能转化为重力势能,小球在B点动能最大,在A(或C)点动能最小,小球在A(或C)点重力势能最大,在B点重力势能最小。
3.(接步骤1)在黑板上记录小球由A到C再摆回到左边的最高点A′点(只让单摆运动一个来回),比较A、A′的位置关系,发现:
A、A′几乎在同一高度(或小球几乎能摆回到原来高度,好像“记得”它原来的位置),分析:
小球处在A点和A′点时具有的机械能大小有什么关系?
(因小球在A、A′时速度为零,没有动能,质量和所处的高度相等,重力势能相等,所以在动能和势能转化的过程中机械能的多少几乎没有变化,即机械能是守恒的)。
4.让单摆多摆动几次,记录最后一次小球能摆回的高度A″。
小球还能摆回到原来的高度吗?
分析:
因为小球除了受到重力和拉力以外,还受到空气阻力。
这个力越小,小球克服空气阻力对外做功损失的能量越少(“多”或“少”),小球摆回的高度越高,如果空气阻力为零,则小球能摆回到原来的高度,机械能的总量不会改变。
5.对比分析3、4后归纳机械能守恒定律:
如果只有动能和势能相互转化,机械能的总和是不变的(守恒的)。
三、课后P74第2、3两题
第2题:
乒乓球很轻,运动时受到空气阻力的影响很容易减速,怎样向地板抛乒乓球,才能使它弹跳到高于原来抛球的位置?
第3题蹦床:
重物向下落的过程中,重力势能转化为动能,接触到蹦床后,动能转化为蹦床的弹性势能,向上弹起的过程中,弹性势能转化为人的动能,上升的过程中动能转化为重力势能。
【展示交流】教师掌握情况
【精讲点拨】
1.实验:
“打鼻子的铁锁”中,铁锁是不会打到鼻子的,而且会离鼻子越来越远,这包含着什么道理?
(铁锁运动要克服空气阻力,消耗一部分机械能,机械能总量减小,铁锁回不到原来的高度,所以不会碰到鼻子。
)
2.阅读课文P73科学世界“人造地球卫星”,然后完成下面填空:
人造卫星沿椭圆形轨道围绕地球运行,离地球最近的一点叫近地点,最远的一点叫远地点,卫星在近地点时动能最大,重力势能最小,卫星在远地点时动能最小,重力势能最大。
卫星从近地点向远地点运动的过程当中,卫星的速度减慢,动能减小,重力势能增大;从远地点向近地点运动的过程当中,卫星的速度增大,动能增大,重力势能减小。
【即时练习】
1.分析章首图的过山车在运动过程中的能量转化情况。
2.某选手在自由式滑雪比赛中运动的轨迹如图所示,如果不计空气阻力,下列说法正确的是(C)
A.从a点向b点运动过程中,重力势能全部转化为动能
B.在a点和c点速度都为零,因此重力势能相等
C.从c点下落到d点过程中,重力势能转化为动能
D.在a点和e点都处于静止状态,因此机械能相等
学习内容二:
水能风能的利用
学习指导:
课本P72至P73文字内容,注意看懂插图11.4.4水电站剖面图。
【自学检测】
自然界的流水和风都具有大量的机械能。
【合作探究】教师巡视指导
1.水能形成的原因:
水的流动,我国的主要能源来自于水能,如长江三峡水力发电站。
风能的形成原因:
空气流动。
2.风能的优点:
无污染,取之不尽。
缺点:
受自然条件限制,不稳定。
【展示交流】教师掌握情况
【精讲点拨】
由于物体的动能大小决定于物体的质量和速度,所以水轮应安装在水的流量大,流速大的地方,请大家考虑用什么方法可以得到更多的动能?
(学生讨论并回答,教师及时补充)
动能和势能之间可以相互转化,要得到更大的动能,也可以应用这个道理.实际上,利用水流的动能就是利用增大水的重力势能的方法。
如:
在河流上选择合适的地方修筑拦河坝提高上游水位,水位越高、水量越大,水具有的重力势能也越大.当水流下时转化成的动能也越大。
水通过进水闸门和导管流下来带动水轮机工作,从而带动发电机发电。
【即时练习】
下列现象中利用风能或水能做功的是(ABD)
A.帆船在河水中逆流航行
B.风筝越飞越高
C.用太阳灶把水烧开
D.木船在河中顺流而下
【当堂练习】见训练案基础部分