功的教学设计

1第二节功教学目标一、知识目标1.理解功的概念，知道力和物体在力的方向发生位移是做功的两个不可缺少的因素。2.理解正功和负功的概念，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。4.知道在国际单位制中，功的单位是焦耳（J）；知道功是标量。二、过程与方法掌握合力做功的意义和总功的含义。掌握公式W=Fscosα的应用条件，并能进行有关计算。三、情感目标培养学生“温故而知新”的学习习惯。教学重点重点使学生掌握功的计算公式，理解力对物体做功的两个要素。教学难点1、难点是物体在力的方向上的位移与物体运动方向的位移容易混淆，需要讲透、讲白。2、使学生认识负功的意义较困难，也是难点之一。教学器材带有牵引细线的滑块(或小车)。2引人新课在物理学的发展过程中，人们不但建立起各种形式的能量的概念，而且对于能量及其转化的认识也与功的概念紧密相连。这是因为在一个过程中如果既存在做功的现象，也存在能量变化的现象，功的计算常常能够为能量的定量表达及能量的转化提供分析的基础。我们这节课就来学习第二节《功》教学过程设计一、功的概念（板书）1、功的概念功的概念起源于早期工业发展的需要。当时的工程师们需要一个比较蒸汽机效能的办法。在实践中大家逐渐认识到，当燃烧同样多的燃料时，机械举起的重量与举起高度的乘积可以用来量度机器的效能，从而比较蒸汽机的优劣，并把物体的重量与其上升高度的乘积叫做功。到了19世纪20年代，法国科学家科里奥利扩展了这一基本思想，明确地把作用于物体上的力和受力点沿力的方向的位移的乘积叫做“力的功”初中就学习了功，那么功的概念？2、功的要素：举例说明什么是做功过程？做功的过程需要满足什么条件？参考课本图说明比如：起重机举起货物时，货物的重力势能增加，起重机向上的拉力对货物做功了；列车在机车的牵引下动能增加了，发动机的牵引力对列车做了功；握力器在手的压力下弹性势能增加了，手的压力对握力器做了功。那么请思考讨论：a)如图甲中，如果起重机提着货物静止不动，拉力对货物是否做了功？b)如果提着货物水平运动，拉力是否做了功？c)图乙中，列车的重力是否做功了？地面对列车的支持力是否做功了？现在我们归纳一下同学们讨论的结论：a)做功不可缺少两个因素，即力和在力的方向上发生位移（板书）b)力和位移在同一方向时功的计算公式为W=FL；如果力与位移的夹角是90度，则该力对物体不做功。二、功的计算（板书）1、功的计算公式W=FL是力和位移在同一方向上的计算公式，它是力做功的一种特例，但是当力与位移的夹角不是90度也不是0度，而是任意角度时，如图1所示，力对物体是否做功？请同学们分成几个小组讨论，提出解决的思路和方法。现在请同学们看分组讨论的结果，有两种思路和方法。（1）根据上面的公式W=FL可知，可以把力F分解为两个分力：与位移方向一致的分力F1，与位移方向垂直的分力F2。设物体在力F的作用下发生的位移的大小是L，则分力F1所做的功等于F1L。分力F2所做的功等0。因此，力F对物体3所做的功W等于F1L，而F1=Fcosα所以W=FLcosα（2）因为位移是矢量，也可以分解，即把位移L分解成平行于力F和垂直于力F的两个分位移Lcosα和Lsinα，同样可以得出W=FLcosα这就是说，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。这就是功的计算的一般公式，那么请同学们思考讨论：a)什么情况下力F做的功最大？b)什么情况下力F不做功？很好，通过讨论可知，当cosα等于1时，即夹角等0度时做功最大，cosα等于0时，即夹角等于90度时做功最小，不做功。这就是我们一开始得到的功的计算的那种特例W=FL2、功的单位焦耳1J=1N*1m=1Nm3、公式的适用条件：不仅适用于恒力做功的计算，同时也适用于变力做功的计算，但由于中学数学知识的限制，中学阶段仅适用于恒力做功的计算，式中l是指以地面为参考系的位移，α是力F位移l的夹角。4、另外，在使用公式计算功时一定要分清物体的运动位移和在力的方向上发生的位移的不同。例1.如图2所示，ABCD为画在水平地面上的正方形，其边长为a，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对物体所做的功是多少？图2三、功的物理意义（板书）我们知道了功的概念及计算公式，那么还有个问题就是功是描述什么的物理量？请看图3，力作用于滑块并持续使滑块在力的方向上运动，发生了一段位移，你看其特征是力在空间位移上逐渐累积的作用过程。4图3这个累积作用过程到底累积什么？再举如下两个事例请同学们思考：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？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。因此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。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。（板书）例2.在光滑水平面上，物体受两个沿水平方向、互相垂直的大小分别为3N和4N的恒力，从静止开始运动10m，求每个力做的功和合力做的总功。解：合力F合=5N,合力方向即合位移方向，与3N的力夹角为53度，与4N的力夹角为37度，所以：W1=F1Lcosα1=18JW2=F2Lcosα2=32JW合=F合Lcosα=50J=W1+W2可见，a）总功的计算是标量运算，不符合平行四边形定则。b)几个力对物体做的总功，等于各个力分别对物体所做功的代数和，也是这几个力的合力对物体所做的功。例3．课本59页四、正功和负功首先对功的计算公式W=Fscosα的可能值与学生共同讨论。从cosα的值可能为正、负或零，因此功W可能为正值、负值或零，总结如下：当0°≤α＜90°时，cosα为正值，W为正值，称为力对物体做正功，或称为力对物体做功。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，称为力对物体做负功，正功的意义是：力对物体做功向物体提供能量，即受力物体获得了能量。5负功的意义是：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），即负功表示物体失去了能量。某力对物体做负功，往往说成“物体克服某力做功”（取绝对值）。这两种说法的意义是等同的。例如，竖直向上抛出的球，在向上运动的过程中，重力对球做负功，可以说成“球克服重力做功”。汽车关闭发动机以后，在阻力的作用下逐渐停下来，阻力对汽车做负功，可以说成“汽车克服阻力做功”。五、课堂小结1、对功的概念和功的物理意义的主要内容作必要的重复(包括正功和负功的意义)。2、对功的计算公式及其应用的主要问题再作些强调。6板书设计一、功的概念1、功的概念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、功的要素在物理学中，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、计算公式：W=F·s·cosα2、功的单位：焦耳（J）．其它单位还有千瓦小时(kw·h)等。1J=1N·m，1kw·h=3.6×106J3、公式的适用条件4、注意分清物体的运动位移与力的方向发生的位移的不同。三、功的物理意义功是描述力在空间位移上累积作用的物理量，是能量转化的量度，是标量。四、正功、负功当0°≤α＜90°时，cosα为正值，W为正值，称为力对物体做正功，或称为力对物体做功。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，称为力对物体做负功，正功的意义是：力对物体做功向物体提供能量，即受力物体获得了能量。负功的意义是：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），即负功表示物体失去了能量。（例题在一侧板书，或多媒体展示）7学案导学1、功的定义式W=F•lcosα，它是计算功的基本公式，不仅适用于恒力做功的计算，同时也适用于变力做功的计算，但由于中学数学知识的限制，中学阶段仅适用于恒力做功的计算，式中l是指以地面为参考系的位移，α是力F位移l的夹角。当α=π/2时，W=0，这时F与l垂直，力F不做功；当α＜π/2时，W＞0，力F做正功，F起动力作用；当π/2＜α≤π时，W＜0，力F做负功，F起阻力作用。2、一个力对物体做负功，也可以说成物体克服这个力做功。竖直向上抛出的球，在上升过程中，重力对球做了-6J的功，也可以说成_________。3、功是标量，没有方向，但有正负。当物体在几个力作用下发生一段位移L时，这几个力对物体所做的总功，等于_________代数和，也等于_________所做的功。4、如果一个物体在变力作用下运动，可以用微元法来计算变力所做的功。先把轨迹分成___________小段，每小段都足够小，可认为是直线，而且物体通过每小段的_______足够短，在这样短的时间里，力的变化________，可以认为是恒定的。对每小段可以用公式W=Flcosα计算，最后把物体通过各个小段所做的功加在一起，就是变力在整个过程中所做的功。例1.如图2所示，ABCD为画在水平地面上的正方形，其边长为a，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对物体所做的功是多少？图2拓展：在使用公式计算功时一定要分清物体的运动位移和在力的方向上发生的位移的不同。例2.在光滑水平面上，物体受两个沿水平方向、互相垂直的大小分别为3N和4N的恒力，从静止开始运动10m，求每个力做的功和合力做的总功。8拓展：a）总功的计算是标量运算，不符合平行四边形定则。b)几个力对物体做的总功，等于各个力分别对物体所做功的代数和，也是这几个力的合力对物体所做的功。［能力训练］1．关于功的概念，以下说法正确的是()A．力是矢量，位移是矢量，所以功也是矢量；B．功有正、负之分，所以功也有方向性；C．若某一个力对物体不做功，说明该物体一定没有位移；D．一个力对物体做的功等于这个力的大小、物体位移大小及力和位移间夹角的余弦三者的乘积。2．用400N的力在水平地面上拉车行走50m，拉力与车前进的方向成30°角。那么，拉力对车做的功是()A．2.0×104JB．1.0×104JC．1.7×104JD．以上均不对3、运动员用2000N的力把质量为0.5kg的球踢出50m，则运动员对球所做的功是()A．200JB．10000JC．25JD．无法确定4．关于功的正负，下列叙述中正确的是()A．正功表示功的方向与物体运动方向相同，负功为相反B．正功表示功大于零，负功表示功小于零C．正功表示力和位移两者之间夹角小于90°，负功表示力和位移两者之间夹角大于90°D．正功表示做功的力为动力，负功表示做功的力为阻力5．以初速度v0竖直向上抛出一个质量为m的小球，上升最大高度是h．如果空气阻力Ff的大小恒定，则从抛出到落回出发点的整个过程中，空气阻力对小球做的功为()A．0B．－FfhC．-2mghD．-2Ffh6．起重机以a=1m/s2的加速度，将重G=104N的货物由静止匀加速向上提升。那么，在1s内起重机对货物做的功是(g=10m/s2)()A．500J；B．5000J；C．4500J；D．5500J7．有以下几种情况①用水平推力F推一质量为m的物体在光滑的水平面上前进l②用水平推力F推一质量为2m的物体在粗糙的水平面上前进l③用与水平面成60°角的斜向上的拉力F拉一质量为m的物体在光滑平面上前进