高中物理 第1章 第1節(jié) 機(jī)械功教案 魯科版必修2

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1、機(jī)械功 一、 教學(xué)內(nèi)容分析 1. 內(nèi)容與地位 在《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》的共同必修模塊物理2的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)中涉及本節(jié)的內(nèi)容有“理解功的概念”。該內(nèi)容要求學(xué)生理解功的概念；在具體的物理情景中能判斷出物體所受的各個(gè)力是否做功以及做功的正負(fù)；知道正功、負(fù)功的含義；應(yīng)用功的一般公式，會(huì)計(jì)算恒力、合力的功。 本節(jié)課是在學(xué)生已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)“功的公式W = Fs”的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，從力作用效果的角度導(dǎo)出功的一般公式W = Fscosα，突出了力有空間積累的效果。功是物理學(xué)中的重要概念，功是能量轉(zhuǎn)化的量度，與現(xiàn)代生活、生產(chǎn)等有著密切的聯(lián)系。因此，在教學(xué)中應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的推理能力和科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度、

2、注重獲取知識(shí)的過程和方法，讓學(xué)生了解物理思想，體會(huì)物理學(xué)在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用以及對(duì)社會(huì)發(fā)展的影響，讓學(xué)生得到成功的體驗(yàn)，讓學(xué)生的潛能在心情愉快、精神放松的狀態(tài)下能夠得到有效的釋放和開發(fā)。 2. 教學(xué)目標(biāo) ⑴知識(shí)與技能：理解功的概念。知道功是標(biāo)量，認(rèn)識(shí)正功、負(fù)功的含義，在具體的物理情景中能判斷物體所受的各力是否做功以及做功的正負(fù)。能利用功的一般公式計(jì)算恒力的功，掌握計(jì)算總功的兩種方法。 ⑵過程與方法：通過功的概念及其公式導(dǎo)出的過程，體會(huì)并學(xué)習(xí)物理學(xué)的研究方法，能從現(xiàn)實(shí)生活中發(fā)現(xiàn)與“功”有關(guān)的問題，能運(yùn)用功解決一些與生產(chǎn)和生活相關(guān)的實(shí)際問題。 ⑶情感態(tài)度與價(jià)值觀：有將功的知識(shí)應(yīng)用于生活和生

3、產(chǎn)實(shí)際的意識(shí)，勇于探索與日常生活有關(guān)的“功”問題，認(rèn)識(shí)物理模型和數(shù)學(xué)工具在物理學(xué)發(fā)展過程中的作用。 3. 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) ⑴重點(diǎn)：功的一般公式及其推導(dǎo)過程；判定物體所受的各個(gè)力是否做功以及做功的正負(fù)；總功的計(jì)算。 ⑵難點(diǎn)：弄清物體在力的方向上的位移與物體的位移是不同的；認(rèn)識(shí)負(fù)功的物理意義；總功的計(jì)算。 二、 案例設(shè)計(jì) (一)導(dǎo)入新課 讓全班學(xué)生動(dòng)手操作：將各自的課桌右移約2cm. 教師關(guān)注學(xué)生操作的方式，并把移動(dòng)課桌這一具體問題轉(zhuǎn)換為物理模型來討論，用示意圖分類展示在黑板上。 預(yù)測(cè) 操作的方式：大部分學(xué)生會(huì)上提，小部分學(xué)生會(huì)平推、斜推、斜拉，如右圖所示。 問題1 分組進(jìn)行

4、討論交流，圖(a)、圖(b)恒力F是否做功，為什么？ 預(yù)測(cè)1 都有做功。 預(yù)測(cè)2 圖(a)恒力F有做功，圖(b)恒力F沒有做功。 讓學(xué)生回答，基本上能從初中學(xué)過做功的兩個(gè)因素（即一是作用在物體上的力，二是物體在力的方向上移動(dòng)一段距離）入手。 擴(kuò)展：高中我們已學(xué)習(xí)了位移，做功的兩個(gè)要素是：作用在物體上的力和物體在力的方向上發(fā)生的位移。也就是說，如果施力于某物體，并使該物體在力的方向上移動(dòng)一段距離，我們就說力對(duì)這個(gè)物體做了功。那么，功應(yīng)該如何求解呢？本節(jié)課我們就來進(jìn)一步學(xué)習(xí)有關(guān)功的知識(shí)。 ［板書］第1節(jié) 機(jī)械功 (二)新課教學(xué) ［板書］1．機(jī)械功的定義：作用于某物體的恒力F與該

5、物體沿力的方向上發(fā)生的位移s的乘積叫做機(jī)械功。 問題2 若物體發(fā)生的位移為s，則圖(a)、圖(b)恒力F做的功各為多少？ 預(yù)測(cè)1　都有做功，W = Fs。 預(yù)測(cè)2　圖(a)，W = Fs；圖(b)，W = 0。 說明 應(yīng)用初中所學(xué)的有關(guān)功的知識(shí)，基本上能夠解決。 問題3 若物體發(fā)生的位移為s，則圖(c)恒力F是否做功、做的功為多少？ 設(shè)疑 力F有什么作用效果？ 預(yù)測(cè) 使物體豎直上提和水平前進(jìn)。 教師引導(dǎo)：能否從力的分解角度來討論問題2呢？ 分組討論探究，并請(qǐng)小組代表回答問題2。 預(yù)測(cè)1 不做功。因?yàn)槲矬w在力F的方向上沒有發(fā)生位移，s是水平方向上發(fā)生的位移。

6、 預(yù)測(cè)2 有做功，W = Fs。因?yàn)楣κ橇與位移s的乘積 預(yù)測(cè)3 有做功，W = Fscosα。因?yàn)? 根據(jù)平行四邊形定則，把力F分解為使物體水平前進(jìn)的力F1 = Fcosα和豎直上提的力F2 = Fsinα。 沿F1的方向發(fā)生的位移為s，F(xiàn)1所做的功W1 = Fcosα· s = Fscosα；F2與s的方向垂直，F(xiàn)2沒有對(duì)物體做功。由于F的作用效果與分力F1和F2共同作用效果相同，所以恒力F對(duì)物體所做的功W = W1 = Fscosα。 說明 分組討論探究功的一般計(jì)算公式的推導(dǎo)過程， 教師小結(jié)：一般地，對(duì)作用于物體上方向與物體位移s成α角的任何一個(gè)恒力F，都可以用正交分解

7、法把它分解為平行和垂直于位移s方向的兩個(gè)分力，再結(jié)合功的定義，得到 功的一般計(jì)算式 W = Fscosα 教師：由于位移是矢量，也可以將位移s分解，再結(jié)合功的定義來推導(dǎo)功的一般計(jì)算式，有興趣的學(xué)生課后去完成。 讓學(xué)生閱讀課本P4第三自然段，并回答1焦耳是如何定義的。 ［板書］2．機(jī)械功的計(jì)算 ［板書］⑴功的公式：W = Fscosα（適用條件是F必須是恒力） 用小黑板或多媒體投影出示下列表格 α的取值 cosα W 力對(duì)物體做功情況 α = 0 0 < α < α = < α < π α = π

8、 讓學(xué)生閱讀課本P5后，由小組討論得到結(jié)果，填入表格中。 α的取值 cosα W 力對(duì)物體做功情況 α = 0 1 W = Fs 力對(duì)物體做正功 0 < α < 大于0 W = Fscosα 力對(duì)物體做正功 α = 0 W = 0 力不做功 < α < π 小于0 W<0 力對(duì)物體做負(fù)功 α = π - 1 W = - Fs 力對(duì)物體做負(fù)功 問題3 求出圖甲中恒定推力F對(duì)小車所做的功W1。 預(yù)測(cè)1 W1 = Fs 預(yù)測(cè)2 W1 = Fscos150° = - Fs 預(yù)測(cè)3 W1 = Fscos30° = Fs 教師引導(dǎo)學(xué)

9、生如何根據(jù)物理情景來判定公式W = Fscosα中的夾角α，指出W1 = Fscos30° = Fs是正確的，依據(jù)是將代表力F與位移s的箭尾移到同一點(diǎn)如圖丙所示，再看它們之間的夾角。并指出W = Fs只適用于恒力F與位移s同向的情況。 問題4 求出圖乙中恒定拉力F對(duì)小車所做的功W2。 預(yù)測(cè)1 W2 = Fs 預(yù)測(cè)2 W2 = Fscos150° = - Fs 問題5 試比較圖甲、乙中力F對(duì)小車所做的功的大小。 預(yù)測(cè)1 W1 > W2 預(yù)測(cè)2 W1 = W2 說明 設(shè)置以上幾個(gè)問題是為了進(jìn)一步理解正負(fù)功的含義。 教師指出：功是標(biāo)量，其大小的比較，是取絕對(duì)值進(jìn)行比較的

10、，W1 = W2才是正確的。又如做功-9J > 1J，-1J < 3J，5J = - 5J。 ［板書］⑵正功與負(fù)功表示兩種相反的做功效果。功是標(biāo)量，功的“正”、“負(fù)”既不表示方向也不表示大小，既不能說“正功與負(fù)功方向相反”，也不能說“正功大于負(fù)功”，正功和負(fù)功是借以區(qū)分誰(shuí)對(duì)誰(shuí)做功的標(biāo)志。 雖然力與位移都是矢量，功卻是標(biāo)量，沒有方向，但有正功和負(fù)功之分，那么正功、負(fù)功的物理意義是什么呢？ 在圖甲中，推力F對(duì)小車所做了Fs的功，表明推力F對(duì)小車的運(yùn)動(dòng)起促進(jìn)作用，這個(gè)力是動(dòng)力；在圖乙中，拉力F對(duì)小車所做了- Fs的功，表明拉力F對(duì)小車的運(yùn)動(dòng)起阻礙作用，這個(gè)力是阻力。也就是說，動(dòng)力一定做正功，阻

11、力一定做負(fù)功。 ［板書］⑶正功、負(fù)功的物理意義：力對(duì)物體做正功，表明此力是動(dòng)力，其作用效果是促進(jìn)物體的運(yùn)動(dòng)；力對(duì)物體做負(fù)功，表明此力是阻力，其作用效果是阻礙物體的運(yùn)動(dòng)。 問題5 在圖乙中力F對(duì)小車做了- Fs的功，我們還可以怎么說？ 預(yù)測(cè)1　物體克服這個(gè)力做了-10J的功。 預(yù)測(cè)2 克服這個(gè)力做了10J的功。 強(qiáng)調(diào)：對(duì)物體做負(fù)功，往往說成物體克服這個(gè)力做功（一定是正值）。 學(xué)習(xí)了一個(gè)力對(duì)物體所做的功的求解方法，如果物體同時(shí)受到幾個(gè)力的作用，那么，如何求解這幾個(gè)力對(duì)物體所做的功和總功呢？ ⑶總功的計(jì)算 例題　如圖所示，利用斜面從貨車上卸貨，每包貨物的質(zhì)量m = 100kg，斜

12、面傾斜角α = 37°，斜面的長(zhǎng)度l = 1.5m，貨物與斜面間的動(dòng)摩擦因素μ = 0.2，求貨物從斜面頂端滑到底端的過程中受到的各個(gè)力所做的功、外力做的總功以及合外力做的功。（g取10m/s2，sin37° = 0.6） 解：斜面上的貨物受到重力G、斜面支持力N和摩擦力f共三個(gè)力的作用。貨物位移的方向是沿斜面向下。 用正交分解法，將貨物所受的重力G分解到與斜面平行的方向和與斜面垂直的方向，則有　N = G2 = mgcosα，f = μN(yùn) = μmgcosα。 由于斜面支持力N與位移垂直，所以支持力對(duì)貨物沒有做功即WN = 0。 重力G對(duì)貨物所做的功WG可以用下列三種方法求解。 方

13、法一：根據(jù)功的定義。由于重力方向上的位移h = lsin37°，所以 WG = Gh = mglsin37° = 100 × 10 × 1.5 × 0.6 J = 900 J 方法二：用公式W = Fscosα。由于重力與位移的夾角為90° - 37° = 53°，所以 WG = Glcos53° = mglsin37°≈100 × 10 × 1.5 × 0.6 J = 900 J 方法三：用力的分解等效。將重力分解為使貨物沿斜面下滑的分力G1和垂直緊壓斜面的分力G2，則有G1 = mgsin37°。 由于G2與位移垂直，G2對(duì)貨物沒有做功，所以重力所做的功等于沿斜面向下的分力G1所

14、做的功，即 WG = G1l = mglsin37°≈100 × 10 × 1.5 × 0.6 J = 900 J 摩擦力f對(duì)貨物所做的功 Wf? = f lcos180° = - μmgcos37°· l ≈ - 0.2 × 100 × 10 × 0.8 × 1.5 J = - 240J 外力對(duì)物體做的總功 W總 = WN + WG + Wf = (0 + 900 – 240)J = 660J 物體所受合外力 F合 = G1 - f = mgsin37° - μmgcos37°，方向與位移相同。 合外力所做的功 W合 = F合l = ( mgsin37° - μmgcos3

15、7° )l = mg (sin37° - μcos37° )l ≈100 × 10 × (0.6 - 0.2 × 0.8 ) × 1.5J = 660J 說明 例題的選擇主要是考慮以下幾點(diǎn)：①溫故，如受力分析、正交分解等。②知新，如求功公式的應(yīng)用，對(duì)正功、負(fù)功、不做功的求解具有普遍性。③求重力功時(shí)可以進(jìn)行多角度的思維訓(xùn)練。④可以體現(xiàn)出外力做的總功與合外力做的功的關(guān)系，以便歸納。要求學(xué)生思考獨(dú)立完成該例題，請(qǐng)好中差三位學(xué)生上臺(tái)扳演，教師可以及時(shí)地訂正學(xué)生解題時(shí)存在的問題和不良習(xí)慣。 小結(jié) 在多個(gè)力共同作用下，這些力對(duì)物體所做的總功等于各個(gè)力分別對(duì)物體做功的代數(shù)和即W總 = W1 + W

16、2 + … + Wn，代入時(shí)應(yīng)考慮功的正負(fù)號(hào)；若合外力為恒力，則求總功時(shí)還可以用W總 = F合scosα來求解，其中α是合力F合方向與位移s方向之間的夾角。 三．案例評(píng)析： 本案例的設(shè)計(jì)讓學(xué)生親手移動(dòng)課桌進(jìn)行功的探究，使學(xué)生學(xué)習(xí)物理與生活拉近了距離，充分體會(huì)到物理就在生活中，科學(xué)就在自己身邊，從而激發(fā)了學(xué)習(xí)“功”的熱情。在本節(jié)課的學(xué)習(xí)過程中，既重視知識(shí)的獲取也重視知識(shí)的形成過程，使學(xué)生真正體驗(yàn)到探究發(fā)現(xiàn)的樂趣和應(yīng)用知識(shí)的重要性。分組討論探究，激發(fā)學(xué)生思考和參與的積極性，發(fā)揮學(xué)生的自主性，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，讓學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)在交流碰撞中得到完善和重組。教師在問題的設(shè)置上注意了知識(shí)的層次，使學(xué)生在學(xué)習(xí)進(jìn)程中時(shí)刻保持高昂的斗志、旺盛的精力、積極的情緒和濃厚的探究，為課堂教學(xué)增強(qiáng)了活力。在例題的設(shè)計(jì)上，既溫故又知新，既考慮到問題的完整性和思維的多樣性，又突出重點(diǎn)知識(shí)的檢測(cè)和疑難問題的解決，達(dá)到良好的教學(xué)效果。