高中物理 專題7.2 功教學(xué)設(shè)計(jì) 新人教版必修2.doc
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功 教材分析 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)生知道功的概念;會(huì)分析物體位移的方向與力的方向不在一條直線上時(shí)力所做的功;能正確運(yùn)用功的公式,計(jì)算各力做功的大?。辉诰唧w的物理情景中判斷物體所受各力是否做功以及做功的正負(fù);掌握合力做功的兩種計(jì)算方法。 “機(jī)械功”承接和發(fā)展了初中講過(guò)的功的公式W=Fl,是在學(xué)生已知的特殊情況下(F與l在同一直線上)的功的公式基礎(chǔ)上的擴(kuò)展,擴(kuò)展為功的一般公式W=Flcosα?xí)r(力F與位移l互成夾角α),突出了力做功的效果。功是力學(xué)中的基本概念,在用能量途徑研究物體的運(yùn)動(dòng)時(shí),功的概念是不可缺少的,此外這部分知識(shí)與現(xiàn)代生活、生產(chǎn)等有著密切的聯(lián)系,也是本章的學(xué)習(xí)的一個(gè)基礎(chǔ)。因此,在教學(xué)中應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生推理能力,同時(shí)教師創(chuàng)設(shè)一些任務(wù),讓學(xué)生在完成任務(wù)中運(yùn)用科學(xué)思維解決物理問(wèn)題,讓學(xué)生了解物理思想和物理方法,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),享受成功的愉悅,激發(fā)學(xué)習(xí)的熱情和責(zé)任感。 只有當(dāng)功和能量這兩個(gè)概念在同一種物理過(guò)程中匯合時(shí),例如重力功與重力勢(shì)能、彈力功和彈力勢(shì)能、外力功與動(dòng)能的討論中,人們才認(rèn)識(shí)到“功的重要意義更加在于它可以決定能量的變化”,因而為我們研究能量轉(zhuǎn)化過(guò)程奠定了一個(gè)定量分析的基礎(chǔ)。這就是一種現(xiàn)代審視。新教材把追問(wèn)與審視統(tǒng)一起來(lái),使學(xué)生對(duì)功和能的理解比以往要深刻得多。 學(xué)情分析 功是本章知識(shí)鏈中非常重要的一環(huán),是初中學(xué)習(xí)的繼續(xù)和提高。學(xué)生對(duì)于F與l同向時(shí)功的求解掌握很好。對(duì)于F與l有任意夾角的情況能接受但應(yīng)用時(shí)對(duì)各量的物理含義理解不深,另外對(duì)功的正負(fù)含義的理解存在困難。 設(shè)計(jì)思想 (1)功的概念的建立 在該節(jié)中介紹了做功兩個(gè)不可缺少的因素和功的計(jì)算公式。對(duì)“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”這一物理意義不是一下子給出的,而是在研究功和能的關(guān)系時(shí)逐漸使學(xué)生認(rèn)識(shí)的。教師在教學(xué)中有意識(shí)地一步一步地引導(dǎo),使學(xué)生逐步理解。 在教學(xué)中可以讓學(xué)生回憶和復(fù)習(xí)初中已學(xué)過(guò)的功的概念,讓學(xué)生舉例說(shuō)明什么是做功,做功的過(guò)程需滿足什么條件。通過(guò)學(xué)生舉例的過(guò)程,使學(xué)生逐漸回憶起在初中學(xué)習(xí)過(guò)的做功的兩個(gè)不可缺少的因素,即力和物體在力的方向上的位移。做功的力和位移在同一方向時(shí)功的公式W=Fl。如果力與位移的夾角是90,力對(duì)物體不做功。 這時(shí)教師再提出如果力F與位移l的夾角不是0也不是90,而是任意的角度,力對(duì)物體是否做功?使學(xué)生在這樣的矛盾沖突中展開討論。教材中給出的方法是將F分解Fsinα和Fcosα,由于分力Fsinα與位移l是垂直的,故不做功,而Fcosα與l的夾角為0,故做功為W=Flcosα,進(jìn)而得出功的公式。 課前準(zhǔn)備 多媒體素材、課件。 教學(xué)過(guò)程 [新課導(dǎo)入] 初中我們學(xué)過(guò)做功的兩個(gè)因素是什么? 一是作用在物體上的力,二是物體在力的方向上移動(dòng)的距離。 高中我們已學(xué)習(xí)了位移,所以做功的兩個(gè)要素我們可以認(rèn)為是:①作用在物體上的力;②物體在力的方向上移動(dòng)的位移。 一個(gè)物體受到力的作用,且在力的方向上移動(dòng)了一段位移,這時(shí),我們就說(shuō)這個(gè)力對(duì)物體做了功。在初中學(xué)習(xí)功的概念時(shí),強(qiáng)調(diào)物體運(yùn)動(dòng)方向和力的方向的一致性,如果力的方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向不一致呢?相反呢?力對(duì)物體做不做功?若做了功,又做了多少功?怎樣計(jì)算這些功呢?本節(jié)課我們來(lái)繼續(xù)學(xué)習(xí)有關(guān)功的知識(shí),在初中的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展。 [新課教學(xué)] 一、功的初步概念 1.功的初步概念 一個(gè)物體受到力的作用,如果在力的方向上發(fā)生一段位移,這個(gè)力就對(duì)物體做了功。 想一想:高中物理中功的概念與初中有什么不同? 高中講“位移”,初中講“距離”;高中講“發(fā)生”一段位移,初中講“通過(guò)”一段距離。位移是矢量,距離是標(biāo)量。發(fā)生的一段位移并不要求物體非要沿著發(fā)生位移的路徑通過(guò)。 值得注意的是:要明確“誰(shuí)對(duì)誰(shuí)” 做功,即是哪一個(gè)力對(duì)物體做功或哪個(gè)物體對(duì)哪個(gè)物體做功。 在認(rèn)識(shí)能量的歷史過(guò)程中,人們建立了功(work)的概念,因而功和能是兩個(gè)密切聯(lián)系的物理量,即如果物體在力的作用下能量發(fā)生了變化,那么這個(gè)力一定對(duì)物體做了功。 2.做功的兩個(gè)必要因素 可見,力和物體在力的方向上發(fā)生的位移,是做功的兩個(gè)不可缺少的因素。 【鞏固練習(xí)】 人提水桶水平行走時(shí)人對(duì)水桶是否做功?人提水桶沿樓梯上樓時(shí)人對(duì)水桶是否做功?在光滑水平地面上滾動(dòng)的小球,重力是否做功? 3.“做功”與“做工”的區(qū)別 物理學(xué)中的“做功”必須滿足做功的兩個(gè)必要因素。日常生活中的“做工”范指一切消耗腦力和體力的過(guò)程。因而:“做工”不一定“做功”,“做功”一定“做工”。 二、功的計(jì)算 1.力的方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向一致 l F α F1 F2 F1 F2 F l F 在物理學(xué)中,如果力的方向與物體運(yùn)動(dòng)的方向一致,如圖所示,我們就說(shuō):功等于力的大小與位移大小的乘積。用F表示力的大小,用l表示位移的大小,用W表示力F所做的功,則有 W=Fl 如果物體在力的作用下位移增加了Δl,那么力所做的功相應(yīng)地增加ΔW=FΔl。 2.力的方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向成某一角度 做的功W等于F1l,而F1=Fcosα,所以 W=Flcosα (1) 這就是說(shuō),力對(duì)物體所做的功,等于力的大小、位移的大小、力與位移夾角的余弦這三者的乘積。 功的公式還可理解成在位移方向的分力與位移的乘積,或力與位移在力的方向的分量的乘積。 3.說(shuō)明 ①公式中的力F為恒力 ②公式中的位移l為物體作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)移動(dòng)的位移 ③公式中的夾角α為力和位移矢量間的夾角 s F α s F α (a) (b) 找力F和位移l之間的夾角時(shí),我們可以把力F和l的箭尾移到同一點(diǎn),看它們之間的夾角是多少。在右邊的(a)圖中,F(xiàn)與l之間的夾角為(π-α) ;(b)圖中,F(xiàn)與l之間的夾角為α。力F和位移l之間的夾角應(yīng)在0≤α≤180的范圍之內(nèi)。 ④講“功”一定要指明是哪個(gè)力對(duì)哪個(gè)物體的功,功是標(biāo)量 ⑤做功與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)及是否受到其它力的作用無(wú)關(guān) a.水平推力F推著質(zhì)量為m的物體在光滑水平面上前進(jìn)了l ;b.水平推力F推著質(zhì)量為2m的物體在粗糙水平面上前進(jìn)了l;c.沿傾角為θ的光滑斜面的推力F將質(zhì)量為m的物體向上推了l。這三種情況下力F對(duì)物體做的功是相同的。 【實(shí)例探究】 1.水流從高處落下,對(duì)水輪機(jī)做3108J 的功,對(duì)這句話的正確理解是( ) A.水流在對(duì)水輪機(jī)做功前,具有3108J的能量 B.水流在對(duì)水輪機(jī)做功時(shí),具有 3108J的能量 C.水流在對(duì)水輪機(jī)做功后,具有 3108J的能量 D.水流在對(duì)水輪機(jī)做功的過(guò)程中,能量減少3108J 解析:本題考查了功和能的關(guān)系,并且同實(shí)際中的科技應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)。根據(jù)“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”可知,水流在對(duì)水輪機(jī)做功的過(guò)程中,有能量參與轉(zhuǎn)化,水流對(duì)水輪機(jī)做了3108J的功,則有3108J的機(jī)械能減少了。故答案應(yīng)選D。 點(diǎn)撥:功是能量轉(zhuǎn)化的量度是指做功的過(guò)程就是能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程。做了多少功,就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化,絕不能說(shuō)功是能量的量度。 2.用水平恒力F作用在質(zhì)量為M的物體上,使之在光滑的水平面上沿力的方向移動(dòng)距離l,恒力做功為W1,再用該恒力作用于質(zhì)量為m(m<M)的物體上,使之在粗糙的水平面上移動(dòng)同樣距離l,恒力做功為W2,則兩次恒力做功的關(guān)系是( ) A.W1>W(wǎng)2 B.W1<W2 C.W1=W2 D.無(wú)法判斷 解析:在粗糙水平面上移動(dòng)一段距離,跟在光滑水平面上移動(dòng)的相同距離,對(duì)力F做功來(lái)說(shuō),W=Fl是相同的,即W1=W2。正確選項(xiàng)為C。 點(diǎn)評(píng):求功時(shí),必須要明確哪個(gè)力在哪個(gè)過(guò)程中的功。根據(jù)功的定義,力F所做的功與F的大小及在F的方向上發(fā)生的位移大小的乘積有關(guān),與物體是否受其它力及物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等其它因素均無(wú)關(guān).即力做功具有獨(dú)立性。 四、幾個(gè)力總功的計(jì)算 l F1 α F2 F3 G 我們學(xué)習(xí)了一個(gè)力對(duì)物體所做功的求解方法,而物體所受到的力往往不只一個(gè),那么,如何求解這幾個(gè)力對(duì)物體所做的功呢? 如圖所示,一個(gè)物體在拉力F1的作用下,水平向右移動(dòng)位移為l,求各個(gè)力對(duì)物體做的功是多少?各個(gè)力對(duì)物體所做功的代數(shù)和如何? 物體所受的合力是多少?合力所做的功是多少? 物體受到拉力F1、滑動(dòng)摩擦力F2、重力G、支持力F3的作用。 重力和支持力不做功,因?yàn)樗鼈兒臀灰频膴A角為90;F1所做的功為:W1=Flcosα,滑動(dòng)摩擦力F2所做的功為:W2=F2scos180=-F2l。 各個(gè)力對(duì)物體所做功的代數(shù)和為:W=(F1cosα-F2)l。 根據(jù)正交分解法求得物體所受的合力F=F1cosα-F2 合力方向向右,與位移同向; 合力所做的功為:W=Flcos0=(F1cosα-F2)l。 總結(jié):當(dāng)物體在幾個(gè)力的共同作用下發(fā)生一段位移時(shí),這幾個(gè)力對(duì)物體所做的功可以用下述方法求解: 1.求出各個(gè)力所做的功,則總功等于各個(gè)力所做功的代數(shù)和; 2.求出各個(gè)力的合力,則總功等于合力所做的功。 【做一做】 證明:幾個(gè)力對(duì)一個(gè)物體做功的代數(shù)和,等于這幾個(gè)力的合力對(duì)這個(gè)物體所做的功。 【例題1】一個(gè)質(zhì)量m=2kg的物體,受到與水平方向成37角斜向上方的拉力F1=10N,在水平地面上移動(dòng)的距離l=2m。物體與地面間的滑動(dòng)摩擦力F2=4.2N。求外力對(duì)物體所做的總功。 α l F1 F2 解析:拉力F1對(duì)物體所做的功為W1=F1lcos37=16J。 摩擦力F2對(duì)物體所做的功為W2=F2lcos180=-8.4J。 外力對(duì)物體所做的總功W=W1+W2=7.6J。 (另解:先求合力,再求總功)。 【例題2】一個(gè)質(zhì)量m=150 kg的雪橇,受到與水平方向成θ=37角斜向上方的拉力F=500N,在水平地面上移動(dòng)的距離l=5m。物體與地面間的滑動(dòng)摩擦力F阻=100N。求力對(duì)物體所做的總功。 分析 雪橇受到的重力與支持力沿豎直方向,不做功。拉力F可分解為水平方向和豎直方向的兩個(gè)分力,豎直方向的分力與運(yùn)動(dòng)方向的夾角為90,不做功,所以力對(duì)物體所做的總功為拉力的水平分力和阻力所做的功的代數(shù)和。 解析 拉力在水平方向的分力為Fx=Fcos37,它做的功為 W1=Fxl=Flcos 37 摩擦力與運(yùn)動(dòng)方向相反,它做的功為負(fù)功 W2=-F阻l 力對(duì)物體所做的總功為二者之和,即 W=W1+W2=Flcos 37-F阻l 把數(shù)值代入,得 W=1500J 雪橇受的力所做的總功是1500J。 【例題3】如圖所示,拉力F使質(zhì)量為m的物體勻速地沿著長(zhǎng)為L(zhǎng)傾角為α的斜面的一端向上滑到另一端,物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,分別求作用在物體上各力對(duì)物體所作的功。 mg F1 F2 F α 解析:(1)選物體為研究對(duì)象,其受力為拉力F,重力mg,彈力F1,摩擦力F2。拉力F對(duì)物體所做的功為 WF=FL 由于物體作勻速運(yùn)動(dòng),故 F=mgsinα+μmgcosα 所以,WF=mgL(sinα+μcosα) 即拉力F對(duì)物體做正功,拉力F一般稱為動(dòng)力或牽引力。 (2)重力mg對(duì)物體所做的功為: WG=mgLcos(90+α)=-mgLsinα 即重力對(duì)物體做負(fù)功,即亦物體克服重力所做的功為mgLsinα。 (3)摩擦力對(duì)物體所做的功為 W2=F2Lcos180=-μmgLcosα 即摩擦力對(duì)物體做負(fù)功,也可以說(shuō)是物體克服摩擦力做了功μmgLcosα。 (4)彈力F1對(duì)物體所做的功為 W2=F1Lcos90=0。 即彈力對(duì)物體不做功。 點(diǎn)評(píng):講功必須分清是哪個(gè)力做的功,在解題時(shí)一定要注意題目中是求哪個(gè)力做的功,正確找出力F、位移l和夾角α的關(guān)系。 A B C D F P 【例題4】如圖所示,ABCD為畫在水平地面上的正方形,其邊長(zhǎng)為a,P為靜止于A點(diǎn)的物體。用水平力F沿直線 AB拉物體緩慢滑動(dòng)到B點(diǎn)停下,然后仍用水平力F沿直線BC拉物體滑動(dòng)到C點(diǎn)停下,接下來(lái)仍用水平力F沿直線CD拉物體滑動(dòng)到D點(diǎn)停下,最后仍用水平力F沿直線DA拉物體滑動(dòng)到A點(diǎn)停下。若后三段運(yùn)動(dòng)中物體也是緩慢的,求全過(guò)程中水平力F對(duì)物體所做的功是多少? 此例題先讓學(xué)生做,然后找出一個(gè)所得結(jié)果是W=0的學(xué)生發(fā)言,此時(shí)會(huì)有學(xué)生反對(duì),并能說(shuō)出W=4Fa才是正確結(jié)果。讓后者講其思路和做法,然后總結(jié),使學(xué)生明確在每一段位移a中,力F都與a同方向,做功為Fa,四個(gè)過(guò)程加起來(lái)就是4Fa。 點(diǎn)評(píng):功的概念中的位移是在這個(gè)力的方向上的位移,而不能簡(jiǎn)單地與物體運(yùn)動(dòng)的位移畫等號(hào)。要結(jié)合物理過(guò)程做具體分析。 【問(wèn)題討論】 ①關(guān)于變力的功 了解變力功的一種求解方法──無(wú)限分割后累加 ②一對(duì)作用力和反作用力的沖量及功的特點(diǎn) 作用力和反作用力可以同時(shí)做正功、負(fù)功,可以一個(gè)力做功而另一個(gè)力不做功,可以一個(gè)力做正功另一個(gè)力做負(fù)功。一對(duì)靜摩擦力的總功為零,一對(duì)滑動(dòng)摩擦力的總功一定為負(fù)。 【鞏固練習(xí)】 1.起重機(jī)將質(zhì)量為100kg的重物豎直向上移動(dòng)了2m,下列三種情況下,做功的力各有哪幾個(gè)?每個(gè)力做了多少功?是正功還是負(fù)功?(不計(jì)阻力,g=9.8m/s2) ①勻加速提高,加速度a1=0.2m/s2; ②勻速提高; ③勻減速下降,加速度大小a2=0.2m/s2。 (答案:①拉力和重力;W拉=2103J,WG=-1.96103 J;拉力做正功,重力做負(fù)功; ②拉力和重力;均等于1.96103 J;拉力做正功,重力做負(fù)功 A B α β F H ③拉力和重力;拉力做功-2103 J;重力做功1.96103 J;拉力做負(fù)功,重力做正功) 2.如圖所示,在光滑的水平面上,物塊在恒力F=100 N的作用下從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn),不計(jì)滑輪的大小,不計(jì)繩與滑輪的質(zhì)量及繩、滑輪間的摩擦,H=2.4m,α=37,β=53,求拉力F做的功。 (答案:100 J) [小結(jié)] 通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí),我們明確了功的初步概念,掌握了功的計(jì)算公式W=Flcosα及求解力對(duì)物體所做總功的兩種方法。知道功是一個(gè)有正負(fù)的標(biāo)量,它的正負(fù)是由cosα的正負(fù)決定的,理解了正功和負(fù)功的含義。功的重要意義在于決定能量的變化。 [布置作業(yè)] 教材第59-60頁(yè)“問(wèn)題與練習(xí)”。 板書設(shè)計(jì) 2.功 一、功的初步概念 1.功的初步概念 一個(gè)物體受到力的作用,如果在力的方向上發(fā)生一段位移,這個(gè)力就對(duì)物體做了功。 如果物體在力的作用下能量發(fā)生了變化,那么這個(gè)力一定對(duì)物體做了功。 2.做功的兩個(gè)必要因素 力和物體在力的方向上發(fā)生的位移,是做功的兩個(gè)不可缺少的因素。 3.“做功”與“做工”的區(qū)別 “做工”不一定“做功”,“做功”一定“做工”。 二、功的計(jì)算 1.力的方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向一致 W=Fl 2.力的方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向成某一角度 W=Flcosα (1) 力對(duì)物體所做的功,等于力的大小、位移的大小、力與位移夾角的余弦這三者的乘積。 3.說(shuō)明 ①公式中的力F為恒力; ②公式中的位移l為物體作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)移動(dòng)的位移; ③公式中的夾角α為力和位移矢量間的夾角; ④講“功”一定要指明是哪個(gè)力對(duì)哪個(gè)物體的功,功是標(biāo)量; ⑤做功與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)及是否受到其它力的作用無(wú)關(guān) ⑥做功與參考系有關(guān) ⑦在SI制中,功的單位為焦。 1J=1Nm 三、正功和負(fù)功 1、正功和負(fù)功 ①當(dāng)α=π/2時(shí),cosα=0,W=0。力F和位移l的方向垂直時(shí),力F不做功; ②當(dāng)α<π/2時(shí),cosα>0,W>0。這表示力F對(duì)物體做正功; ③當(dāng)π/2<α≤π時(shí),cosα<0,W<0。這表示力F對(duì)物體做負(fù)功。 2.正功和負(fù)功的含義 ①功的正負(fù)表示是動(dòng)力對(duì)物體做功還是阻力對(duì)物體做功 ②功的正負(fù)是借以區(qū)別誰(shuí)對(duì)誰(shuí)做功的標(biāo)志 ③一個(gè)力對(duì)物體做負(fù)功,往往說(shuō)成物體克服這個(gè)力做功 四、幾個(gè)力總功的計(jì)算 1.求出各個(gè)力所做的功,則總功等于各個(gè)力所做功的代數(shù)和; 2.求出各個(gè)力的合力,則總功等于合力所做的功。- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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