高中物理 11 机械功教案14 鲁科版必修2.docx

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高中物理11机械功教案14鲁科版必修2

2019-2020年高中物理1.1机械功教案14鲁科版必修2

教学设计思路

从生活中的物质生产的基本动作和学生参与的互动实验，探究“功”的来历和做功的不可缺少的因素；再通过特殊情景引出一般情景，并通过等效思想，借鉴两种特殊情况推导出功的一般表达式；从功的一般表达式的深化研究得出功有正、负；从功的正、负引出功是矢量还是标量，通过“功是能量转化的量度”探究功是标量；通过例题得出几个力做功和它们的合力做功的关系；通过例题的拓展得出的适用条件，并为以后探究弹性势能的表达式埋下伏笔。

本节课的教学流程图如右图所示。

整个教学的设计和课堂教学的过程还应紧紧围绕着课程目标的三个维度展开。

教学目标

（一）知识与技能

1、知道功的来历，掌握做功的两个必要因素。

2、能从特殊到一般，一般到特殊推导功的一般表达式，知道功的单位。

3、掌握只适用于恒力，应为对地位移。

（二）过程与方法

1、通过演示和事例，并同时通过启发式探究，使学生明白“功”的来历并掌握做功的两个因素。

2、在推导过程中，通过猜想、从特殊到一般，再从一般到特殊的理论论证等方法培养学生科学论证能力和推理能力，并渗透等效思想，有意识地培养学生的科学思维和科学方法。

（三）情感态度与价值观

1、通过“为什么要引入功”和“功”的来历的探究，使学生体会到物理来源于生活，并使学生体验到物理学家在追寻守恒量和守恒定律过程中所做的研究过程。

2、通过科学探究教学培养学生的科学探究兴趣和热情。

教学用具

弓箭、重物、锯、木板、榔头、钉子、起子

教学过程

一．引入新课：

不同形式的能量之间可以互相转化。

能量变化的过程必然伴随着做功的过程，可见，功与能是紧密联系的两个物理量。

因此，在本章追寻守恒定律的过程中，首先学习功。

设问：

为什么要引入功？

二．通过启发式探究，使学生明白“功”的来历并掌握做功的两个因素。

通过功的英文单词是“work”，“work”不就是“工作”吗？

那“做工”和“做功”意思是不是一样？

引出本节课要探究的第二个问题：

“功”的来历和做功的因素。

互动演示：

请同学背或抱着一桶纯净水。

教师“命令”：

“你今天的‘工作’就是抱着这桶纯净水站一个小时。

”

提问学生：

“这个同学有没有在工作？

”，“有没有使这桶纯净水的能量发生改变？

”

围绕“功是能量转化的量度”使学生明白这种情况是劳而无“功”，对纯净水桶的运动能量并无影响。

因此从有没有对物体的能量变化产生影响使学生明白“功”的来历。

下面我们来探究一下影响做功的因素。

请同学们考虑一下汽车刹车的情况。

通过引导使学生明白：

要使两辆完全相同的以同样速度行驶的汽车停下来，从受到的阻力大小和通过的位移大小考虑可以采用两种方法，一种是用较大的阻力，通过较小的位移，使车停下；还有一种是车受到较小的阻力，通过比较长的位移使车停下。

两种方法在改变车的运动能量上是等效的，可见，做功也是一样的。

由此可见，做功是和两个因素相联系的，一个是力，还有一个是在力方向上发生的位移大小。

实际上物理学家在定义功的过程中，还考虑了大量的实际生产工作。

演示：

锯木头、敲钉子等工作。

我们说物理来源于生活，功的定义也是如此。

如锯木头，可以分为“推锯”和“拉锯”两个动作；敲钉子，可以分为“举锤子”和“碰钉子”两种动作。

物质生产工作都是由一些简单的动作组合起来的。

即使一些比较复杂的工作，其实也只是一些推、拉、踏、旋等简单动作，按照一定的规律，进行连续的活动罢了。

而推是向前用力，拉是向后用力，踏是向下用力，举是向上用力，旋是边推边拉，碰是快推或快拉，而拉又是向后的“推”。

归结起来，所有这些简单的动作，可以说都是不同方向的“推”，而“推”显然是一切工作的基本单位。

而之所以能构成推的动作，必须要有两个内容，一是作用力，二是移动的距离，两者缺一不可。

显然，功定义成力和在力方向上发生位移的乘积是非常准确的。

这也是物理来源于生活又和生活相统一的一个很好的例子。

而这也就是做功的两个必不可缺少的两个因素。

四．通过从特殊到一般，再从一般到特殊，借鉴等效思想，引导学生探究出求功的一般表达式

特殊情景1：

如图，物体在水平恒力F的作用下前进L位移，力F做功多少？

特殊情景2：

如图用竖直向上的提力提水桶水平匀速前行一段位移l，提力对水桶有没有做功？

做了多少功？

一般情景3：

一般的情况力F的方向与运动方向并不一致，也不是与运动方向发生的位移相垂直，力F方向与运动方向成某一角度时，力F对物体有没有做功呢？

若做了功，所做的功又是多少呢？

a．提出猜想：

通过做功的两个必要因素启发引导学生进行猜想，并交流猜想。

可能提出几种猜想：

（1）力F做功大小和力与运动方向的夹角α没有关系。

（2）力F做功大小和力与运动方向的夹角α有关系。

同样一个力F作用方向不同，在改变物体能量上效果不相同，可从两种特殊情况作定性分析，否定猜想

（1）。

对猜想

（2）提出运用特殊到一般的思维来理论验证的思路。

b．师生交流协作，学生分析论证，验证猜想：

1、教师启发：

运用矢量分解，把一般情境问题转化为二个简单的特殊问题，同时渗透等效思想。

2、学生论证：

c。

优化表述论证成果：

一般的情况力对物体所做的功，等于力的大小，位移的大小，力与位移夹角的余弦这三者的乘积。

即

五．从一般到特殊，深化对的认识

讨论一个力做功时可能出现的几种情形:

（1）当α=π/2时，cosα=0，W=0。

表示力F方向跟位移l的方向垂直时，力F不做功。

物体在这个力F作用下能量不发生变化（既没有增加也没有减小）

（2）当0≤α<π/2时，cosα>0，W>0。

表示力F对物体做了正功。

（3）当π/2<α≤π时，cosα<0，W<0。

表示力F对物体做了负功。

功既可以是正值，还可以是负值。

结合书本图5.2-5进一步讨论正功和负功含义（仅限于学生的现有知识水平，对运动只学习了直线运动，因此对物体的能量也只限于讨论运动物体的能量）：

（1）正功：

力对物体做正功时，这个力对物体而言是动力，对物体而言是输入了能量，物体的能量发生了增加。

（2）负功：

力对物体做负功时，这个力对物体而言是阻力，对物体而言是输出了能量，物体的能量发生了减小。

也可以表述成“物体克服这个力做了功”。

例如某个力做了－10J的功，可以说这个物体克服这个力做了10J的功。

顺便说明在国际单位制中，功的单位是J。

1J等于1N的力使物体在力的方向上发生1m的位移时所做的功。

即

六．功的拓展研究1:

功是矢量还是标量呢？

引导学生围绕“功是能量转化的量度”出发讨论功是标量还是矢量。

得出：

力做功的效果表现为物体在力的作用下能量发生了变化（增加了或减少了）。

也就是做功能增加（或减少）作用物体的能量。

而能量没有方向性。

那么促使能量变化的力的作用效果——功也没有方向性。

可见，功是标量，正负不表示方向，仅表示做功的性质。

通过例题探究几个力对一个物体做功的代数和，等于这几个力的合力对这个物体所做的功。

例质量为m的物体沿着倾角为α的光滑斜面下滑L的距离，斜面保持不动，求物体所受的各力做功多少？

物体的合力做功多少？

解：

我们发现：

物体所受合力做的功恰等于各力做功的代数和。

若斜面粗糙，上面结论是否还成立？

若斜面粗糙，同样发现上面结论成立。

因此几个力对一个物体做功的代数和，等于这几个力的合力对这个物体所做的功。

而这再一次验证了功是标量，运算遵循代数法则。

上例中，若物体在光滑斜面上向下滑行过程中，斜面同时往后退，试判断重力和支持力做功的性质。

我们发现，同一个客观的运动，相对于不同的参考系，位移是不同的。

因此，一般在中学物理中我们约定，计算功位移都以地面为参考系。

七．功的拓展研究2

新的问题情境：

如图：

小木块受到水平向右的拉力F=1N作用，在水平地面上向右移动了l=1m后，再然后拉力大小不变又向左拉了来回到原处。

求：

拉力F所做的功。

通过分析、引导得出：

功的计算公式只适用于恒力做功。

拓展推广研究并留下新的问题情境：

提出问题：

功的计算式不适用于变力做功，那么对于物体在受到变力作用下发生了一段位移做功的情况是不是有新的求变力做功的理论和方法呢？

例如用水平力F拉伸弹簧L的距离，如何求这个变力做功呢？

（留下悬念，为第五节探究弹性势能的表达式埋好伏笔。

）

这个问题留待我们在以后的学习中去解决

板书设计

教后反思

学习《功》是为了追寻守恒定律服务的，也为后面的动能定理学习打好基础。

本节课通过五个问题的设置（见板书方框部分的内容），层层推进，一环紧扣一环，每一个问题的探究和下一个问题的引出都很自然，符合学生的认知规律。

尤其是前面部分探究功的来历和做功的因素，学生探究的积极性很高。

在不知不觉中，顺其自然地完成了整节课知识点的教学任务，又为后面的探究弹性势能的表达式设下伏笔，从而使学生认识到功和能是紧密联系在一起的，自然地为后面的教学做好铺垫、打好基础。

2019-2020年高中物理1.1机械功教案2鲁科版必修2

一、教材依据：

鲁科版高中物理必修二第一章第一节。

二、教材分析：

1、由于教材第四页图5.2-3中对功的定义式W=FLcosа的导出时，只说明位移L是物体的位移，从而导致许多学生在解题时出现错误，应在教材的基础上将位移解释为力的作用点在力的方向上的位移是比较恰当的。

2、由于对功的物理意义的讲解是初步的，因而对正功、负功的讲解也是初步的，学生对其理解有一定的难度，又无法用能量的转化来说明，可采用教材图和或来说明功的正、负表示能量的转化方向。

三、教学流程：

复习初中知识（做功及其必要条件）→引入新问题（F、L的方向不在一条直线上时，如何计算）→得出功的计算式→解决实际问题→应用→小结。

四、教学目标：

1、理解功的概念，知道力和物体在力的方向上发生位移是做功的两个不可缺少的因素；

2、理解正功、负功的概念，知道在什么情况下力做正功或负功；

3、知道合外力所做的总功等于各个力所做的功的代数和。

五、情感目标：

培养学生“温故而知新”的学习习惯和创新思维的能力。

六、教学重点：

使学生掌握功的计算式，理解力对物体做功的两个要素。

七、教学难点：

1、物体在力的方向上的位移与物体运动方向的位移，学生易混淆，需讲透；

2、学生对负功意义的理解较困难。

八、实验器材：

带有牵引细线的滑块

九、教学方法：

讨论法、启发式教学法

十、教学过程：

教学内容

教师活动

学生活动

新课引入：

在初中我们已学习过功的一些初步知识，现在继续学习功的知识，达到使我们的认识再提高一步。

新课教学：

一、功的概念

1、定义：

如果一个物体受到力的作用，并且在力的方向上发生了位移，物理学中就说这个力对物体做了功

2、在物理学中，力和物体在力的方向上发生的位移，是做功的两个不可缺少的因素

二、功的计算

1、力对物体所做的功，等于力的大小、位移的大小、力和位移的夹角的余弦三者的乘积

2、公式：

W=FLcosа

问：

同学们回顾一下，初中学习过的与功的概念密切相关的两个问题：

什么叫功？

谁对谁做功？

引导学生思考并小结

演示：

用水平拉力使滑块沿拉力方向在讲桌上滑动一段距离，并将示意图画在黑板上

如图1所示。

图1

引导学生讨论并强调指出：

分析一个力对物体是否对物体做功，关键要看受力物体在这个力的方向上是否有位移。

总结讨论结果并小结，得出做功的两个的因素。

问：

在图1中，力F使滑块发生位移l的过程中，F对滑块做了多少功？

如何计算？

若细绳斜向上拉滑块，如图2所示，此时，滑块沿F方向的位移是多少？

做功又是多少？

进一步启发式提问：

按公式W=FL考虑：

只要F、L在同一直线上，乘起来就可以求得力对物体做功，在图2中，是将位移分解到F的方向上的，若将力F分解到物体位移l的方向上，看看能得到什么结果？

学生思考并回答问题

讨论如下问题：

在上述过程中，①拉力F对滑块是否做了功？

②滑块所受的重力mg对滑块是否做了功？

③桌面对滑块的支持力N对滑块是否做了功？

思考并回答：

W=FL

讨论：

回答：

位移为Lcosа

做功为：

W=FLcosа

教学内容

教师活动

学生活动

图2

3．在国际单位制中，

功的单位：

焦耳

1J=1N·m

引导学生推导并小结：

公式具有普遍意义，

例如：

图2中，F=100N，l=5m，

=37°，力F做功多少？

问：

由此结果可得出功的单位是什么？

画图、思考、

讨论

并写出表达式

计算并回答：

W=400N·m

三．正功、负功

1．0≤

＜90°时，

为正值，W为正值，力对物体做正功

2．

=90°时，

=0，W=0，力对物体不做功

3．90°＜

≤180°时，

为负值，W为负值，力对物体做负功，或说物体克服这个力做功

4．功的意义：

功是描述力在空间位移上累积作用的物理量，功是能量转化的量度，功是标量

正功的意义：

力对物体做功，向物体提供能量，即受力物体获得了能量。

负功的意义：

物体克服外力做功向外输出能量（以消耗自身的能量为代价），即负功表示受力物体失去了能量。

引导学生从

的可能值入手，讨论W的值的正、负情况

要求学生结合图1、图2，讨论功是描述什么的物理量？

引导学生认识到：

做功过程是力在空间位移上逐渐累积的过程。

问：

这个累积过程到底累积什么呢？

举例启发学生思考：

1．一辆小车上装有很多货物，工人推车要用很大的力，向前推一段距离就要休息一会儿，然后有了力气再推车走

2．如果要你将重物从一楼搬上六楼，搬运过程中会有什么感觉？

引导学生体会到做功过程是能量转化过程

在此基础上，请同学们讨论一下正、负功的意义

讨论：

在何种情况下，

的值分别为0、正值、负值

分组讨论

思考、讨论

注意体会两个过程中人的做功过程都要消耗体能，有能量转化过程

思考

分组讨论

例题1：

（课本上的例题）

例题2：

如图3所示，ABCD为画在水平地面上的正方形，其边长为

，P为静止于A点的物体，用水平力F沿直线AB拉物体缓慢滑动到B点停下，然后仍用水平力F沿直线BC拉物体滑动到C点停下，接下来仍用水平力F沿直线CD拉物体滑动到D点停下，最后仍用水平力F沿直线DA拉物体滑动到A点停下。

若后三段运动中物体也是缓慢的，求全过程中水平力F所做的功是多少？

图3

例题3、如图4，F1、F2是是作用在物体P上的两个水平恒力，大小分别为：

F1=3N，F2=4N，在这两个力共同作用下，使物体P由静止开始沿水平面移动5m距离的过程中，它们对物体各做了多少功？

它们对物体做功的代数和是多少？

F1、F2的合力对P做了多少功

图4

例题4：

如图5所示，一个质量为m的木块，放在倾角为

的斜面上当斜面与木块保持相对静止沿水平方向向右匀速移动距离S的过程中，作用在木块上的各个力分别做功多少？

合力的功是多少？

图5

课堂小结

引导学生对雪橇进行受力分析，使学生明确：

拉力F对雪橇所做的功，实际上是F的水平分量对物体所做的功，而拉力的竖直分量与位移l的方向垂直，对物体不做功，

请大家先在座位上把此题做一下，

找两位同学到前面板演其计算结果

（其中一位的结果是W=0，另一位结果是W=4F）

通过对以上问题的总结，使学生明确，在每一段位移中，力F都与同方向，做功为F，四个过程加起来就是4F。

强调功的概念中的位移是在这个力的方向上的位移，而不能简单地与物体运动的位移画等号，要结合物理过程作具体分析

另：

在全过程中，力F是恒力还是变力？

如何求解象本题中的变力做功？

引导学生分析

问：

位移方向与力的方向是否一致？

怎么求出位移的方向？

利用公式求出各力的功及其代数和

问：

合力大小如何？

方向如何？

位移方向与合力方向是否相同？

合力做功是多少？

通过计算我们发现了什么？

3、功的单位：

焦耳1J=1N·m

正功的意义：

力对物体做功，向物体提供能量，即受力物体获得了能量。

三、正功、负功

负功的意义：

物体克服外力做功向外输出能量（以消耗自身的能量为代价），即负功表示受力物体失去了能量。