机械功与机械能13.1怎样才叫做功

第十三章机械功与机械能一、《课标》要求1．知道机械功的概念。能用生活、生产中的实例解释机械功的含义。解读：对于机械功，《课标》不仅要求学生知道做机械功的两个要素、公式及单位，还要通过解释生活中做功的一些实例，加深对机械功的理解。2．知道功率的概念。结合实例理解功率的概念。了解功率在实际中的应用。解读：功率的概念广泛应用于人们的日常生活和科技之中，所以《课标》对于功率概念的学习，不仅要求“知道”机械功率的物理意义、公式和单位，还要求结合实例来“理解”，这属于知识技能目标中的最高水平。而对于功率在生活中的应用，只要求“了解”，要求较低。3．理解机械效率。解读：《课标》对机械效率的要求定位在“理解”水平上，即要求学生通过对机械做功的分析，理解有用功和额外功，知道实际的机械效率不可能是100%，知道提高机械效率的实际意义和方法，还有必要学会测定某种简单机械的机械效率。4．能用实例说明物体的动能和势能以及它们的转化。能用实例说明机械能和其他形式的能的转化。解读：《课标》对这两点的要求都属于“理解”水平。这里既包括理解动能、势能和机械能的概念，又包括用实例来说明动能和势能的转化，或机械能和其他形式能的转化。这既是从初中学生的年龄特征和认知水平出发的，同时也体现了“从生活走向物理”的理念。二、本章教材分析1．本章概述本章讲述功和能的初步知识，主要内容有：功、功率、机械效率的概念，动能、势能、机械能的概念以及动能、势能的相互转化规律。功和能的关系及各种不同形式的能相互转化和守恒的规律，从更深的层次上反映了物质运动和相互作用的本质，是自然科学的核心内容之一。能的概念把各种自然现象统一起来，揭示了自然界中的各种现象不是孤立的，而是互相有联系的。本章所讲述的机械能是最常见的一种形式的能量，是学习各种不同形式能的起点；所讨论的机械功和功率的概念，是运动和力的进一步综合和扩展，也是理解机械能和他各种不同形式能的基础，为以后学习电功和电功率打下基础，。本章教材的编写思路是：按照初中生的认知规律和知识的内在联系，先探究“机械功”的基本知识，进而研究“机械能”。本章的前三节主要讨论“机械功”：第一节介绍“怎样才叫做功”，建立功的概念，给出功的公式和单位，学习测算功的大小；第二节研究“怎样比较做功的快慢”，从而建立功率的概念，给出功率的公式和单位，并运用公式测量功率；第三节通过分析机械做功的实例，认识有用功和额外功，由此建立机械效率的概念，学习测算简单机械的机械效率。第四节则主要介绍“机械能”：先以功的概念为基础，提出“物体具有做功的本领，即具有能”，然后安排了两个活动，让学生通过观察实验，分析两种形式的机械能——动能和势能的大小分别跟什么因素有关，最后指出动能和势能是可以相互转化的，做功的过程就是能量相互转化的过程。本章的教学重点：功的知识贯穿全章，只有深刻理解功的概念，才能学好功率、机械效率及机械能。机械能是最常见的一种形式的能量，是学习各种不同形式能的起点。因此功和机械能的概念是本章的教学重点。本章的教学难点：物理学中的“做功”不同于生活中的“做工”，学生在生活中形成的关于“做工”的前概念，影响他们建立机械功的概念；在分析、解决实际问题时，学生不容易区分有用功、额外功和总功，因而难以正确解答机械效率的问题；能的概念较为抽象，学生理解起来有一定的难度。所以功、机械效率及能的概念构成了本章教学的难点。2．编写特点本章教材在编写上有以下一些特点：（1）以物理知识的内在联系为线索，从生活实例引入。功和能的知识与生活、生产实际的联系广泛，因此教材通过大量列举日常生活、生产劳动中的事例，结合图示的方式逐步呈现教学内容，贴近学生生活，激发学生的学习兴趣。例如，“如何提高机械效率”一节中，通过观察教材图13-16中的两种机械，引导学生讨论、分析：用滑轮提升重物和用挖掘机挖掘、搬运泥土时，哪些功是我们需要的，哪些功是我们不得不额外做的？从而引出有用功和额外功，帮助学生为建立机械效率的概念。又如，在“认识动能和势能”一节中，教材图13-19展示了学生熟悉的一些生活场景：形变的跳板能把运动员弹起、拉紧的弓能把箭射出等，让学生从中发现它们的共同特征，进而引导学生建立能的初步概念。再如，“怎样才叫做功”一节中，“自我评价与作业”的第4题取材于实际生活中的一张出租车发票，要求用物理学的眼光从中搜寻信息，探寻其物理道理，深化认识，体现了从生活走向物理，从物理走向社会的新理念。（2）以科学方法为指导，探究教学内容。本章在重视科学探究的同时，还非常重视科学方法的渗透，有效的降低了知识学习的难度，使本章教材的内容更符合学生认知特点。例如，在学习“怎样才叫做功”时，引导学生通过观察两个做功的实例：人向上提水桶和沿水平地面推小车，从中找出两个活动的共同点，总结出做功的两个必要因素，这里就渗透了“归纳”的方法。又如，通过课本图13-10展示的用起重机和滑轮向高处运输建筑材料的两种情景，要求学生讨论：用什么方法来比较它们做功的快慢，自然地引出功率的概念，同时渗透了“类比”的学习方法。（3）以实践活动为载体，落实教学内容。本章的内容中安排了一些实践活动。例如，第一节的“活动3：怎样正确地测算功”；第二节的“活动2：比一比，谁的功率大”，以及本节的“课外活动”：在生产、生活实践中了解各种车辆、机械和家用电器的功率等。本章共安排各种“活动”11个。这些活动生动活泼，联系实际，让学生通过动手、动脑、合作、交流，探究并认识物理规律，积极、主动地学习新知识，体会物理知识在实际中的应用。这不仅提高了学生学习物理的乐趣，而且有利于培养学生的实践能力和创新精神，体现了物理课程的基本理念：提倡学习方式多样化；从生活走向物理，从物理走向社会。3．课时安排本章共4节内容，建议全章教学用6课时，其中第4节用2课时，其余每节各用1课时，复习总结用1课时。

怎样才叫做功1．教学目标知识与技能⑴知道机械功的概念，理解做功的两个必要因素。⑵理解功的计算公式W=Fs，知道功的单位。能用功的公式进行有关计算。过程与方法⑶经历观察和解释生活、生产中的有关实例的过程，了解功和能的含义，学习从物理现象中归纳简单物理规律的方法。情感态度与价值观⑷通过观察生产、生活中的做功实例，认识到物理知识与自然现象、生产生活的紧密联系，培养乐于探索自然现象和物理规律的品格。2．教材说明本节主要内容有：机械功的定义、做功的两个必要因素、功的计算公式、单位和测算。“做功”是生产生活中普遍存在的物理现象，但和日常生活中的“做工”有着不同的含义。机械功是物理学中的重要物理概念，是前面机械运动和力的知识的延伸，又是进一步学习功率、机械效率和机械能的基础。本节教材的编写思路是：教材首先用图13-1，让学生初步意识到物理学中的“做功”和日常生活中的“做工”是不同的，激发学生探究的兴趣；然后通过“活动1”让学生找出两次做功的共同点，从而引导学生逐步建立机械功的概念，并通过“活动2”让学生运用做功的两个必要因素判断力对物体是否做功，加深对机械功概念的理解；最后教材在此基础上顺次介绍机械功的公式、单位，通过“活动3”和例题让学生经历并学会正确的测算功，使学生对知识的认识由定性到定量，并逐步形成概念。和旧教材相比，该教材没有直接给出机械功的定义，而是设计了“找找共同点”这样的一个活动，给学生充分的经历和体验的空间，让他们通过自己的观察、比较和讨论，逐步建立功的概念。关于功的计算（“活动3”），教材也不是直接讲解，而是给出了一种常见的错误，通过学生的辩析、讨论、纠正，充分发挥学生的主体作用，从而建立正确的解题思路。本节教学重点：功的概念贯穿全章，功的计算在后续学习中经常用到，所以让学生经历建立机械功概念的过程，学会用公式对功进行简单的计算是本节教学的重点。本节教学难点：功的概念比较抽象，学生对“用了力却没有做功”感到困惑，所以理解功的概念，会用功的两个必要因素判断力对物体是否做功是本节教学的难点。3．教学建议可以利用教材图13-1及相关的文字说明引入课题，使学生心生疑问：为什么“大汗淋漓”却没有做功？从而激发学生探究的兴趣。还可以采用下面两种方法引入课题：（1）讲故事：大华同学是一个品学兼优的好学生，不仅在学校里学习好，而且在家里也经常帮爸爸妈妈做一些力所能及的家务。星期天，大华上午去买了30斤大米，午饭后又帮妈妈收拾碗筷，接着又去井边帮爸爸把一大桶水提回家，累得满头大汗。大华的爸爸是个物理教师，他说：“大华今天很辛苦、很劳累，但从物理学的角度来看，你今天做这几项家务活时，并没有做功！”。大华同学百思不得其解。大华的爸爸说得对吗？这就是我们今天要研究的问题——怎样才叫做功？（2）小游戏：在两块同样大小、一定厚度的木板上，各钉五枚铁钉，其中一块板上钉得浅些，另一块板上钉得很深，再准备两把老虎钳。请两位男同学用老虎钳拔钉子，个子小的同学拔钉得浅的钉子，个子大的同学拔钉得深的钉子。结果，小个子同学先将钉子拔完，大个子同学甚至一只钉子也没拔动。教师引导学生分析：两个人都用力拔钉子，消耗了体力，付出了劳动。小个子同学将钉子全部拔出来了，这是劳而有功，在物理学里我们称他做了功；大个子同学没有将钉子拔动，这是劳而无功，在物理学中我们称他没有做功。究竟什么叫功？怎样才算做功，今天我们就来研究这个问题。怎样才叫“做功”活动1找找共同点“活动1”让学生通过观察两种情况做功时的共同点，建立功的概念。教材这样安排，一是为了避免抽象的说教，而通过联系生产和生活实际使学生感到亲切，从而激发学生主动探究的兴趣；二是渗透了科学方法。在教学中学生一般只注意到“物体移动了一段距离”，而忽视“物体移动的距离是在力的方向上”这一特点，建议老师要有目的地引导学生回答下列问题：（1）这两幅图中同学的活动有什么共同点？（答：物体都移动了一段距离。）（2）物体为什么会移动一段距离？（答：都受到了力的作用。）（3）移动的距离和力之间有何关系？（答：是在力的作用下，沿力的方向上移动的距离。）（4）综上所述，怎样才叫做功？（答：物体受到力，并沿这个力的方向移动一段距离。）得出机械功的初步定义后，学生即可说出做功的两个必要的因素：作用在物体上的力和物体在力的方向上通过的距离。此时可引导学生分析教材图13-1做的功等于零的道理。让学生明确：“两个必要因素”的含义是指“缺一不可”。如果只有作用在物体上的力，而没有物体在该力的方向上通过的距离，这个力就没有对物体做功。初中学生对知识的接受，在很大程度上依赖于表象，所以建立功的概念，只让学生观察活动1中的两幅图是不够的，为此教材又安排了“活动2”。活动2力对物体做了功吗“活动2”

的目的是将“功”的概念运用到实际场景中，用功的两个必要因素判断力对物体是否做功，以加深对功的概念的理解。（a）小鸟将虫子从地里叼起来的过程中，小鸟对虫子施加了力（方向向上），虫子从地里被叼出来的距离和该力的作用方向一致，所以，小鸟对虫子做了功；（b）人将油桶沿斜面向上推，人对油桶持续用力，力的方向沿斜面向上，油桶在上升的过程中沿斜面移动的距离和该力的作用方向一致，因此，人对油桶做了功；（c）杠铃被举在高处静止不动，尽管运动员对杠铃始终施加力，但由于杠铃没有移动距离，因此，运动员对杠铃施加的力没有做功。然后让学生联系生活，列举更多做功和没做功的实例，以丰富学生的认识。教师也可以提供一些实例，让学生分析（如能播放一些生活实际场景的录像片，效果更好），以下例子可供参考：（1）手提着木块不动，木块受几个力的作用？哪个力对木块做了功？为什么？（答：木块受到手的拉力和重力的作用；两个力对木块都没有做功，因为虽然有力作用在木块上，但木块并没有在这两个力的方向上移动距离。）（2）放在水平木板上的小车，在水平拉力作用下前进了一段距离，拉力和重力这两个力对小车做功了吗？为什么？（答：拉力对小车做了功，重力对小车没做功。因为小车受到了水平向前的拉力，又在拉力的方向上通过了一段距离，所以拉力对小车做了功。而重力在竖直方向，小车的移动是水平方向的，不是在重力方向上移动的，所以重力对小车没做功。）（3）工人推动小车在水平地面上前进。当工人停止用力后，小车还能向前运动一段距离，在这段距离上，工人还对小车做功吗？为什么？（答：不再对小车做功，因为此时小车虽然依靠惯性向前运动，它在水平方向上已不再受到拉力的作用，所以工人对小车不再做功。）在学生讨论回答的基础上，归纳出三种不做功的情况，加深学生对做功的两个必要因素的理解：（1）物体没有受到力的作用，靠惯性通过一段路程，也就是没有力做功（F=0）；（2）物体受到力，但没有移动距离，即通过的路程为零（s=0）；（3）物体受力方向和物体运动的方向垂直（F与s的方向垂直）。怎样测算功关于功的计算公式、单位，可以直接告诉学生：既然物理学中规定“作用在物体上的力，使物体在力的方向上通过一段距离，就说这个力对物体作了功”，因此，“功的大小”就由力和物体移动的距离决定，由此引出功的计算公式，并介绍功的单位。也可板画图13-1，引导学生通过回答下面的问题，讨论总结功的计算公式：图13-1（1）如图13-1所示，水平面上的木块，受到水平方向的拉力F，使小车在力的方向上通过了一段距离，拉力对木块做功了吗？（2）假设在甲这种情况下，木块受到的拉力为1N，通过的距离是s，拉力对木块做了1份功；那么，在乙、丙两种情况下，拉力F2分别做了多少份功？将结果填入下面的表格：小车受到的拉力小车沿力的方向通过的距离拉力对小车所做的功1Ns1份功2Ns2N2s（3）分析表格数据，可知功的大小与力的大小和距离的大小有什么关系？（答：力越大，使物体移动的距离越远，做的功越多。功的大小跟作用在物体上的力成正比，跟物体通过的距离成正比。）（4）如果用W表示功，用F表示力，用s表示物体在力的方向上通过的距离，（同时板书三个字母及对应的物理量名称），则功的大小可表示为W=Fs。关于功的单位焦（J），要让学生弄清其来历，并尝试解释1J的物理含义（用1N的力使物体在力的方向上通过1m的距离，所做的功为1J）。为了提高学生的兴趣，还可让学生按教材图13-5所示的方法把两个鸡蛋（或两个钩码）匀速举高1m，计算做的功，让学生对1焦耳功的大小形成感性认识。还可用多媒体课件播放有关焦耳在物理学方面的贡献和事迹，组织学生阅读，激发学生学习物理的兴趣，活动3怎样正确地测算功“活动3”

的目的是帮助学生理解功的计算公式。通过对错例的分析、讨论，学生会发现：（1）2000N的重力并没有对车子作功。因为重力的方向是竖直向下的，而车子是在水平方向上移动。（2）要计算人拉车的力所做的功，就要用拉力的大小乘以车子在拉力方向上通过的距离。已知车子沿拉力的水平方向前进了5m，所以还需要知道拉力的大小。“例题”通过具体实例，让学生练习运用公式计算功。该题的关键是要让学生明确：利用公式W=Fs计算功时，力F和移动的距离s要对应，即距离s必须是沿着力F的方向通过的距离。机械功原理机械功原理是机械的重要定律，是能量守恒在机械中的体现。学生在八年级已学过简单机械，这里可适当结合滑轮或杠杆，说明使用机械只能省力或省距离，但不能省功，让学生对机械功原理有初步的感性认识。机械功原理4．教学评价课堂测评1．图13-2所示四种情景中，人对物体做了功的是（）图13-22.一个足球运动员用100N的力踢一个重为5N的足球，球离脚后在水平草地上向前滚动了30m．在球滚动的过程中，运动员对足球做的功为（）A．3000J

B．500JC．150J

D．0J图13-33.一位同学沿教学大楼的楼梯匀速登高了3m，该同学登楼做的功最接近（图13-3