高中物理人教版第七章机械能守恒定律功 第七单第二节功

第二节功执教：沧州市第二中学梅玉明整体设计功和能的概念是物理学中重要的基本概念,且贯穿在全部物理学中,所以教材在第一节给出能量的概念后,接着对功进行研究和讨论.学生在初中已经接触过功,但这节内容并不是初中内容的简单重复,而是内容的深化和拓展,尤其让学生注意区分日常生活中我们所说的做“工”与力对物体的做功的区别.教材从学生常见的起重机搬运货物、机车牵引列车前行、手握握力器的事例入手,便于学生认识的逐步加深.教材本着创设情景,设疑激趣的原则,引导学生先分析力与位移同向的例子,然后探究力与位移有夹角时功的求解.在实际问题中,一个运动的物体往往不只受一个力的作用.教学中,让学生多举例子,体会在物体产生一个位移的过程中,这些力有的是动力,有的可能是阻力,还有的力对物体的位移没有直接的影响,从而引出正、负功的概念,教师要逐步引导学生总结归纳力做正、负功的条件,不要急于求成.在实际教学过程中,应多举实例,让学生动脑分析、通过观察、分析、总结、表述的过程,深化概念的理解.再辅以针对性较强的课堂训练,使学生能够熟练掌握功的基本概念及其求解方法.<课时安排>1课时<三维目标>知识与技能1.理解功的概念,理解功的正负性，能利用功的一般公式进行功的计算.2.理解总功,能计算合外力对物体所做的总功.3.理解功是能量转化的量度,并能举例说明.过程与方法1.通过演示实验培养学生观察能力与分析思考能力.2.通过学生自已探究培养学生提出问题解决问题的能力.情感态度与价值观培养学生理论联系实际的思想，通过学生探究功的正负养成科学探究的习惯和科学的思维方法。<教学重点>理解功的概念及正、负功的意义.<教学难点>1.纠正学生前概念错误2.功的正负性讨论3.利用功的定义解决有关问题.教学过程导入新课情景导入播放大力士拉卡车比赛场面，并举出实例物货被起重机举高,重力势能增加了;列车在机车的牵引力之下,速度增大,动能增加了;弹簧受到拉伸或压缩后,弹性势能增加了……这些都是我们所熟知的一些物理现象,这些现象有一个共同的特征,你能看出来吗?大力士拉卡车问题导入在大力士拉卡车时他所用的力对车产生的了什么效果?拉力F是斜向上方的,而卡车是在水平方向运动的,此时人的拉力F对卡车做功吗?推进新课一、功复习回顾:功这个概念同学们并不陌生,我们在初中就已经学习过它的初步知识.让同学们思考做功的两个因素:一是作用在物体上的力;二是物体在力的方向上移动的距离.教师引导:高中知识的学习对知识的定义与理解更加深入,我们已经学习位移,对功的要素应如何更加精确地描述?扩展教学:可以精确描述为:①作用在物体上的力;②物体在力的方向上移动的位移.即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.概念理解:教师举两个学生非常熟悉的场景引导学生去思考各力是否对物体做了功?场景一:举重运动员举起杠铃场景二:篮球运动员举球投栏问题1:举重运动员举起杠铃过程运动员对杠铃是否做功？杠铃的重力是否做功,并说明原因.问题2:篮球运动员举球投栏过程中手对蓝球是否做功？蓝球的重力是否做功,并说明原因.学生思考讨论并由代表总结回答,在上升过程中,位移方向在竖直方向,与人的作用力和重力共线,故二力做功了.点评：通过知识回顾,复习做功的两个要素,并通过简单的课堂演示,让学生现场分析做功情况,加深做功要素的理解.并强调指出,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.问题探究问题1:如果力的方向与物体的运动方向一致,应该怎样计算这个力的功.课件展示情景一:物体m在水平力F的作用下水平向右的位移为l,如下图所示,求力F对物体做的功.教师指导学生思考问题,根据功的概念独立推导.尤其强调力和位移方向一致,这时功等于力跟物体在力的方向上移动的位移的乘积.即W=Fl.问题2:若力的方向与物体的运动方向成某一角度,该怎样计算功呢?课件展示大力士拉卡车的场景，教师以物体代替卡车和学生一起分析，下图物体质量m在与水平方向成α角的力F的作用下,沿水平方向向前行驶的距离为l,如图所示,求力F对物体所做的功.教师提示,虽然F与位移方向不一致,但可以根据力F的作用效果把F沿两个方向分解.即跟位移方向不一致的分力F1,跟位移方向垂直的分力F2.学生根据教师的提示画出物体的受力分析图,并在相互垂直的方向上正交分解,并求解F1、F2的功.则分力F1所做的功等于F1l,分力F2的方向跟位移的方向垂直,物体在F2的方向上没有发生位移,所以F2所做的功等于零.因此,力F对物体所做的功W等于F1l,而F1=Fcosα,所以,W=Flcosα教师点评，得出功的定义式,及其文字叙述,并强调公式中各量的物理意义.通过让学生动手亲自推导公式,让学生加深对公式的理解,为公式的灵活应用打好基础.要点辨析:教师与学生共同通过具体实例的计算,对公式的使用注意事项总归纳:1.公式中F应为恒力,即大小、方向不变.2.做功与物体运动形式(匀速或变速)无关,也就是说,当F、l及其夹角α确定后,功W就有确定值.3.计算功时,一定要明确是哪个力对物体做的功.4.功是过程量,是力在空间的积累量.5.公式中的单位:F——牛(N);l——米(m);W——焦(J).二、正功和负功（学生分组讨论）公式理解:功的计算式W=Flcosα包含cosα这一要素,通过数学知识的学习我们知道:随着α的变化,cosα的值也变化.指导学生利用数学知识讨论随α的变化,cosα的取值如何变化,从而得到功W的意义如何.学生讨论总结:力F与物体位移l的夹角α的取值范围为0°≤α≤180°.那么,在这个范围之内,cosα可能大于0,可能等于0,还有可能小于0,从而得到功W也可能大于0、等于0、小于0.教师指导学生思考所讨论的问题,并画出各种情况下力做功的示意图.并通过示意图总结:1.当α=时,cosα=0,W=0.力F和位移l的方向垂直时,力F不做功;2.当α<时,cosα>0,W>0.这表示力F对物体做正功;3.当<α≤π时,cosα<0,W<0.这表示力F对物体做负功.点评：教师通过实物投影仪投影学生画图情况,点评、总结.利用数学知识分析物理问题是物理学习常用的手段.培养学生分析问题的能力.指导学生阅读课本内容.提出问题,力对物体做正功或负功时有什么物理意义呢?结合生活实际,举例说明.概念理解:指导学生通过正功、负功的概念比较理解正、负功的意义.教师：再出示上面的两种场景让学生分析各力做功的正负性，从感性上加深学生对功正负性理解。点评：在实际问题中,一个运动的物体往往不只受一个力的作用,在物体产生一个位移的过程中,这些力中有的力是动力,有的力则可能是阻力,还有的力对物体的位移没有直接的影响.例如:用一个水平的力F拉物体在粗糙水平面上运动.这时我们说F对物体做了正功,而阻力f对物体也做了功,但是显然f与F的功是有区别的,f做的功是负功,也可说成是物体克服阻力f做功.而支持力N和重力G就没有做功.思维拓展功是标量,只有数值,没有方向.功的正、负并不表示功的方向,而且也不是数量上的正与负.我们既不能说“正功与负功的方向相反”,也不能说“正功大于负功”,它们仅表示相反的做功效果.正功和负功是同一物理过程从不同角度的反映.培养学生的理性思维例题一个质量m=150kg的雪橇，受到与水平方向成37°角斜向上方的力F=500N,在水平地面上移动的距离l=5m,雪橇与地面间的滑动摩擦力F阻=100N,求力对雪橇做的总功.解法一:拉力F1对物体所做的功为：W1=F1lcos37°=500×5×J=2000J摩擦力F2对物体所做的功为：W2=F2lcos180°=-100×5J=-500J外力对物体所做的总功W等于W1和W2的代数和所以：W=W1+W2=1500J.解法二：物体受到的合力为:F合=F1cos37°-F2=500×N-100N=300N所以W=F合l=300×5J=1500J.师生一起点评两种解答过程,并对解题规律总结如下:(1)当物体在几个力的共同作用下发生一段位移时,求这几个力的总功的方法:一是根据功的公式W=Flcosα,其中F为物体所受的合外力;二是先求各力对物体所做的功W1、W2、…Wn,再求各力所做功的代数和,即W=W1+W2+…+Wn,注意代入功的正、负号.(2)由于功是标量,第二种方法较为简便.提升训练（学生分组讨论）如图所示,质量为m的物体从固定粗糙倾角为θ的斜面的顶端滑到斜面的底端,已知斜面体的高度是h,小物体与斜面的动摩擦因数为u,试问：小物体在下滑过程中受到几个力的作用？力对小物体做功各是多少？2.（备选）如图,在光滑的水平面上,物块在恒力F=100N的作用下从A点运动到B点,不计滑轮的大小,不计绳与滑轮的质量及绳、滑轮间的摩擦,H=m,α=37°,β=53°.求拉力F做的功.答案：100J3（备选）.如图所示的轨道ABCD中,AB、CD为光滑圆弧轨道,BC为长2m的水平轨道,物体与水平轨道间的动摩擦因数μ=,质量为m的物体从高h=1m的A处由静止开始滑下,求：(1)物体第一次在轨道到达的最大高度H;(2)物体最后停在何处?答案：(1)H=m(2)物体最后停在BC的中点课堂小结1.功是力作用在物体上对空间的积累效应,即谈到“功”,必有力作用在物体上并在力的方向上发生一段位移.功是能量变化的量度,这个观点是贯穿全章的主线.2.对公式W=Flcosα要从三个方面理解:(1)功是针对某一力的,谈到功时,一定要指明是哪个力对物体做了功;(2)力对物体做功只和物体的运动过程有关,只要F、l、α相同,则恒力F做的功就相同,而与物体的运动状态无关,即不管物体是加速运动、减速运动还是匀速运动;(3)由于位移与参考系的选取有关,所以功具有相对性.3.功是标量,功的正负由夹角α来确定.正、负功的意义是:力对物体做正功,表示施力物体能够把能量传递给受力物体、受力物体的能量增加;力对物体做负功表示受力物体把能量传递给其他的物体,受力物体的能量减少,即物体克服外力做功.4.公式W=Flcosα只适用于恒力做功的情形.对于变力做功的问题可以用其他方式求解(“动能定理”一节里将会讲得很透彻).思维小窗：如果θ不是力和位移的夹角而是与竖直方向的夹角，那么求力对物体做功的式子是什么？（留