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(新课标)高中物理 第七章 第二节 功教案 新人教版必修2


第二节 功
教学目标: (一)知识与技能 理解功的概念并会运用功的定义式求解功。 (二)过程与方法 理解正负功的含义,并会解释生活实例。 (三)情感、态度与价值观 功与生活联系非常密切,通过探究功来探究生活实例。 教学重点: 理解功的概念及正负功的意义。 教学难点: 利用功的定义式解决有关问题。 教学方法: 演示法、实验法、观察法、讨论法、练习法 教学过程: (一)引入新课 在初中我们已经学过功的初步知识, 一个物体受到力的作用如果在力的方向上发生了一 段位移, 就说这个力对物体做了功。 起重机提起货物的时候货物受到起重机钢绳拉力的作用 发生一段位移, 钢绳的拉力对物体做了功。 机车牵引列车前进列车受到机车的牵引力而发生 了位移,牵引力对列车作了功。本节我们将继续学习功的知识,旨在对初中的知识进行进一 步拓展。 (二)新课教学 一、功的概念 先请同学回顾一下初中学过的与功的概念密切相关的如下两个问题: 什么叫做功?谁对 谁做功?然后做如下总结并板书: (1)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。 然后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,并将示意图画到黑板 上,如图 1 所示,与同学一起讨论如下问题:在上述过程中,拉力 F 对滑块是否做了功?滑

块所受的重力 mg 对滑块是否做了功?桌面对滑块的支持力 N 是否对滑块做了功?强调指出, 分析一个力是否对物体做功,关键是要看受力物体在这个力的方向上是否有位移。 (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、功的公式

就图 1 提出:力 F 使滑块发生位移 s 这个过程中,F 对滑块做了多少功如何计算?由同 学回答出如下计算公式:W=Fs。就此再进一步提问:如果细绳斜向上拉滑块,如图 2 所示, 这种情况下滑块沿 F 方向的位移是多少?与同学一起分析并得出这一位移为 s cos α 。至 此按功的前一公式即可得到如下计算公式: W=Fscosα

再根据公式 W=Fs 做启发式提问:按此公式考虑,只要 F 与 s 在同一直线上,乘起来就 可以求得力对物体所做的功。在图 2 中,我们是将位移分解到 F 的方向上,如果我们将力 F 分解到物体位移 s 的方向上, 看看能得到什么结果?至此在图 2 中将 F 分解到 s 的方向上得 到这个分力为 Fcosα ,再与 s 相乘,结果仍然是 W=Fscosα 。就此指出,计算一个力对物体 所做的功的大小,与力 F 的大小、物体位移 s 的大小及 F 和 s 二者方向之间的夹角α 有关, 且此计算公式有普遍意义(对计算机械功而言)。 W=Fscosα 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。 接下来给出 F=100N、s=5m、α =37°,与同学一起计算功 W,得出 W=400N·m。就此说 明 1N· m 这个功的大小被规定为功的单位, 为方便起见, 取名为焦耳, 符号为 J, 即 1J=1N· m。 最后板书: 在国际单位制中,功的单位是焦耳(J) 1J=1N·m

三、正功、负功 (1)首先对功的计算公式 W=Fscosα 的可能值与学生共同讨论。从 cos α 的可能值入手 讨论,指出功 W 可能为正值、负值或零,再进一步说明,力 F 与 s 间夹角α 的取值范围,最 后总结并作如下板书: 当 0°≤α <90°时,cosα 为正值, W 为正值,称力对物体做正功,或称力对物体做 功。 当α =90°时,cosα =0,W=0,力对物体做零功,即力对物体不做功。 当 90°<α ≤180°时,cosα 为负值, W 为负值,称力对物体做负功,或说物体克服 这个力做功。 (2)与学生一起先讨论功的物理意义,然后再说明正功、负功的物理意义。 ①提出功是描述什么的物理量这个问题与学生讨论。结合图 1,使学生注意到力作用在 滑块上并使滑块在力的方向上运动, 发生了一段位移, 引导学生认识其特征是力在空间位移 上逐渐累积的作用过程。 然后就此提出:这个累积作用过程到底累积什么?举如下两个事例启发学生思考: a.一辆手推车上装有很多货物,搬运工推车要用很大的力。向前推一段距离就要休息 一会儿,然后有了力气再推车走。 b.如果要你将重物从一楼向六楼上搬,搬运过程中会有什么感觉? 首先使学生意识到上述两个过程都是人用力对物体做功的过程, 都要消耗体能。 就此指 出做功过程是能量转化过程,做功越多,能量转化得越多,因而功是能量转化的量度。能量 是标量,相应功也是标量。板书: 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。 ②在上述对功的意义认识的基础上,讨论正功和负功的意义,得出如下认识并板书: 正功的意义是:力对物体做功向物体提供能量,使物体加速。 负功的意义是:物体克服外力做功,这个力使物体减速。 4.例题讲解或讨论 四、实例探究 例 1、水流从高处落下,对水轮机做 3×10 J 的功,对这句话的正确理解是( A.水流在对水轮机做功前,具有 3×10 J 的能量 B.水流在对水轮机做功时,具有 3×10 J 的能量 C.水流在对水轮机做功后,具有 3×10 J 的能量
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D.水流在对水轮机做功的过程中,能量减少 3×10 J 解析:本题考查了功和能的关系,并且同实际中的科技应用联系起来。 解:根据“功是能量转化的量度”可知,水流在对水轮机做功的过程中,有能量参与转 化,水流对水轮机做了 3×10 J 的功,则有 3×10 J 的机械能减少了。故答案应选 D。 点拨:功是能量转化的量度是指做功的过程就是能量转化的过程。做了多少功,就有多 少能量发生转化,绝不能说功是能量的量度。 例 2、以一定的初速度竖直向上抛出一小球,小球上升的最大高度为 h,空气阻力的大 小恒为 f,则从抛出至落回到原出发点的过程中,空气阻力对小球做的功为( A.零 B. -fh C. -2 fh D. -4 fh )
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解析:在小球从抛出至落回原地的过程中,小球所受阻力的方向变化了,所以是变力, 如何求这一变力做的功,可分段处理。 答案:C 点拨:对于变力所做的功,可分段处理,求出每一段上(转换为恒力)该力所做的功, 再求各段上功的代数和,或者求平均力,再求平均力所做的功。

(三)课堂小结 总结功的概念和功的物理意义的主要内容以及计算公式及其应用 (四)布置作业 问题与练习 1、2、3、4


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