上海地區(qū)優(yōu)秀高一物理 第五章 A 功教案 滬科版

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1、 高考資源網(wǎng) 第五章 A 功 一、教學(xué)任務(wù)分析 本章節(jié)學(xué)習(xí)功和能的概念，功和能的變化關(guān)系以及機(jī)械能守恒定律，這些內(nèi)容是牛頓力學(xué)的重要組成部分，比前面學(xué)過(guò)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)知識(shí)更加普遍和深入。高考資源網(wǎng)而功是這節(jié)最基礎(chǔ)的理論知識(shí)，本節(jié)以初中學(xué)習(xí)的功的知識(shí)為基礎(chǔ)，進(jìn)一步拓展深化。在概念上強(qiáng)調(diào)功的要素、“功”與“工作”的區(qū)別；在計(jì)算上要求能計(jì)算力和位移成任意角時(shí)功的大小，理解功的正負(fù)；還要求知道功的圖示。對(duì)圖線的要求本教材比原來(lái)高，這是符合時(shí)代的需要和全國(guó)課改的潮流的。 本設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的參與和親身體驗(yàn)，在學(xué)習(xí)過(guò)程中感受邏輯推理的思想方法和體驗(yàn)數(shù)學(xué)和物理綜合的學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)思維能力。

2、通過(guò)對(duì)簡(jiǎn)單實(shí)際問(wèn)題的研究，知道機(jī)械功在實(shí)際中的應(yīng)用，從而自覺(jué)聯(lián)系生活、生產(chǎn)和科技實(shí)際，激發(fā)求知欲望和研究周圍事物的興趣。 二、教學(xué)目標(biāo) 1、知識(shí)和技能 （1）理解功的概念。 （2）理解功的兩個(gè)要素。理解功的原理。理解功的正負(fù)的物理意義。 （3）會(huì)用功的定義式計(jì)算恒力做功的大小。 （4）知道功的圖示。 2、過(guò)程和方法 （1）通過(guò)“功”的學(xué)習(xí)感受生活用語(yǔ)與科學(xué)概念的區(qū)別，認(rèn)識(shí)建立物理概念的一般方法。 （2）通過(guò)功和能的學(xué)習(xí)，經(jīng)歷逐步深入的學(xué)習(xí)過(guò)程，認(rèn)識(shí)用更廣泛的功能關(guān)系解決問(wèn)題的方法。 （3）感受正交分解法推導(dǎo)力做功的計(jì)算式和“微元法”。 3、情感、態(tài)度和價(jià)值觀 （1）體驗(yàn)

3、物理知識(shí)在生產(chǎn)生活的廣泛應(yīng)用，激發(fā)探究的興趣和學(xué)習(xí)的熱情。 （2）通過(guò)小組協(xié)作完成實(shí)驗(yàn)探究和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與互評(píng)，激發(fā)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。 三、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn) 重點(diǎn)是力對(duì)物體做功的兩個(gè)要素和掌握功的計(jì)算公式。 難點(diǎn)是功的正負(fù)和對(duì)“克服阻力做功”的理解。 四、教學(xué)資源 1、器材：多媒體一套，帶有牽引細(xì)線的滑塊(或小車)，長(zhǎng)木板一塊，重箱子一只，啞鈴三個(gè)。 2、課件：自制課件 五、教學(xué)設(shè)計(jì)思路 本設(shè)計(jì)包括機(jī)械功的概念和功的計(jì)算兩部分內(nèi)容。 本設(shè)計(jì)的基本思路是：對(duì)于功的基本問(wèn)題，這部分作為已學(xué)知識(shí)直接給出兩種情景，讓學(xué)生分析、判斷力是否做功。在推導(dǎo)功的計(jì)算公式時(shí)，引

4、導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)過(guò)的矢量正交分解法推得。明確計(jì)算功時(shí)位移是作用在物體上的力與物體在該力方向上發(fā)生位移的乘積（或位移理解為力的作用點(diǎn)在力方向上的位移）。然后討論功的正負(fù)問(wèn)題，讓學(xué)生明確功的正負(fù)號(hào)的含義。通過(guò)討論幾個(gè)典型問(wèn)題，鞏固所學(xué)知識(shí)，加強(qiáng)理解。最后介紹功的圖示以及用它來(lái)計(jì)算變力做功。 本設(shè)計(jì)要突出的重點(diǎn)是：功的概念及功的正確計(jì)算。要突破的難點(diǎn)是：對(duì)功的概念的正確形成和力對(duì)物體做負(fù)功的理解。功這個(gè)概念比較抽象，缺乏對(duì)功的感性認(rèn)識(shí)，方法是：對(duì)比的方法，將高、初中的功的概念中不同的關(guān)鍵詞組進(jìn)行對(duì)比理解，以加深對(duì)高中物理中功的概念的理解。力對(duì)物體做負(fù)功這一概念的理解，同學(xué)可以通過(guò)聯(lián)系實(shí)際幫助理解；若

5、某力對(duì)物體做負(fù)功，則這個(gè)力一定表現(xiàn)為阻力，在實(shí)際運(yùn)動(dòng)過(guò)程，物體是在克服這個(gè)力運(yùn)動(dòng)，故亦對(duì)物體做負(fù)功和物體克服這個(gè)力做功這兩種說(shuō)法是等效的?？傊?，在學(xué)習(xí)時(shí)，化抽象為具體，以幫助理解掌握，從而突出重點(diǎn)，并突破難點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主探究和親身感受，重視概念、規(guī)律的形成過(guò)程以及伴隨這一過(guò)程的科學(xué)方法的教育，重視學(xué)生合作意識(shí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度的培養(yǎng)。 完成本設(shè)計(jì)的內(nèi)容約需2課時(shí)。 六、教學(xué)流程 1、教學(xué)流程圖 功的 正負(fù) 情景I 生活 體驗(yàn) 功的概念 活動(dòng)II 舉 啞鈴 功的原理 活動(dòng)I 搬重 箱子 做功的 兩個(gè)要素 活動(dòng)Ⅲ 討論、交流 功

6、的公式 功的 圖示 2、教學(xué)流程說(shuō)明 情景Ⅰ 生活體驗(yàn) 以平時(shí)生活的感受，不敢在工地下久留、快速飛來(lái)的籃球要盡快回避，引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，本節(jié)內(nèi)容不算難，但要正確理解功的問(wèn)題，也不是很容易的。 活動(dòng)Ⅰ 搬重箱子 請(qǐng)兩位力氣相差懸殊的男女學(xué)生上來(lái)把一個(gè)重的箱子搬到同一高處，男生不怕花力氣省距離，女生為了省力氣不怕浪費(fèi)距離。發(fā)現(xiàn)兩人所采取的方法不同，但做功的效果相同這一情景。讓學(xué)生直接講出功的定義和功的原理。 活動(dòng)Ⅱ 舉啞鈴 請(qǐng)三位同學(xué)上來(lái)舉啞鈴。一位只做原地上下舉的過(guò)程，另外一位則舉著啞鈴來(lái)回走動(dòng)。第三

7、位原地舉起啞鈴?fù)ψ〔粍?dòng)。這些情景，讓學(xué)生講出做功的兩個(gè)要素。 活動(dòng)Ⅲ 討論、交流 關(guān)于功的計(jì)算公式的推導(dǎo)和正負(fù)功含義的理解，設(shè)置幾個(gè)典型問(wèn)題，為了讓學(xué)生充分理解，給學(xué)生討論、交流的時(shí)間長(zhǎng)一些。通過(guò)討論分析，消除同學(xué)心中已有的錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。 3、教學(xué)主要環(huán)節(jié) 本設(shè)計(jì)可分為三個(gè)主要的教學(xué)環(huán)節(jié)： 第一環(huán)節(jié)，情景激疑，復(fù)習(xí)導(dǎo)入。簡(jiǎn)單介紹能量，為以后學(xué)習(xí)奠定一定基礎(chǔ)。從身邊的故事，引起學(xué)生的興趣。讓學(xué)生開(kāi)放地談，結(jié)合自己的生活體驗(yàn)去領(lǐng)會(huì)、感悟、推理、得出結(jié)論。 第二環(huán)節(jié)，邏輯推理，尋求規(guī)律。根據(jù)學(xué)生已有的對(duì)功的認(rèn)識(shí)，通過(guò)學(xué)生之間的討論，教師的點(diǎn)撥來(lái)加深理解。通過(guò)正交分解力和分解位移兩種方法推

8、導(dǎo)出功的計(jì)算公式，增加同學(xué)們的邏輯推理能力，通過(guò)幾個(gè)典型例題，要求能做到正確判斷力是否對(duì)物體做功，做功和那些要素有關(guān)等。 第三環(huán)節(jié)，實(shí)際運(yùn)用，拓展延伸。讓學(xué)生知道功的圖示，知道變力做功計(jì)算的一些方法。加深對(duì)功概念和功正負(fù)的理解，對(duì)日常生活實(shí)際問(wèn)題能進(jìn)行解釋。 七、教案示例 （一）引入 （1）復(fù)習(xí)提問(wèn)： 初中所學(xué)功知識(shí)：什么叫做功？誰(shuí)對(duì)誰(shuí)做功？功的原理是什么？ 情景激疑： 兩位力氣相差懸殊的男女學(xué)生上來(lái)把一個(gè)重的箱子搬到同一高處，大家觀察一下，你發(fā)現(xiàn)了什么問(wèn)題，這其中包含什么道理？ 得出結(jié)論： 男生不怕花力氣省距離，女生為了省力氣不怕浪費(fèi)距離。（發(fā)現(xiàn)兩人所采取的方法不同，但做功的效

9、果相同這一情景） （2）導(dǎo)入新課： 今天我們?cè)诔踔械幕A(chǔ)上對(duì)功全面系統(tǒng)的再認(rèn)識(shí)。 （二）對(duì)功的概念加深認(rèn)識(shí) 1、觀察現(xiàn)象，理解概念 請(qǐng)三位同學(xué)上來(lái)舉啞鈴。一位只做原地上下舉的過(guò)程，另外一位則舉著啞鈴來(lái)回走動(dòng)。第三位原地舉起啞鈴?fù)ψ〔粍?dòng)。說(shuō)說(shuō)這三種情況，這三位同學(xué)分別都做功了嗎？ 2、思考討論，歸納總結(jié)。 由學(xué)生討論得出，分析一個(gè)力是否對(duì)物體做功，關(guān)鍵是要看受力物體在這個(gè)力的方向上是否有位移。 功的概念 (1) 如果有力作用在物體上，而且物體在力的方向上發(fā)生了位移，我們就說(shuō)力對(duì)物體做了。 （2）使用任何機(jī)械都不能省功。 (3) 力和物體在力的方向上的位移，是做功的兩個(gè)不可缺

10、少的要素。 3、理論提升，辨析功與工作 物理學(xué)中“功”的概念與工作的“工”以及立功受獎(jiǎng)的“功”是有區(qū)別的。其實(shí)，功這個(gè)概念是19世紀(jì)人們?cè)趶V泛使用各種機(jī)械時(shí)總結(jié)出來(lái)的。隨著實(shí)踐的發(fā)展和科學(xué)的進(jìn)步，功的概念也漸趨嚴(yán)密、科學(xué)、完善。我們學(xué)習(xí)功的概念也應(yīng)由淺入深，由局部到一般。在今天和往后的學(xué)習(xí)中，我們是能體會(huì)到這一點(diǎn)的。 例1．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

11、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。強(qiáng)調(diào)：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。 （二）邏輯推理，探究功的規(guī)律 1、功的公式 如圖1，力F使滑塊發(fā)生位移S這個(gè)過(guò)程中，F(xiàn)對(duì)滑塊做了多少功如何計(jì)算？ 計(jì)算公式：W=FS。 如果細(xì)繩斜向上拉滑塊，如圖2所示，這種情

12、況下滑塊沿F方向的位移是多少？ 學(xué)生討論：分析并得出這一位移為Scosα。至此按功的前一公式即可得到如下計(jì)算公式： W=FScosα 再根據(jù)公式W=FS做啟發(fā)式提問(wèn)：按此公式考慮，只要F與S在同一直線上，乘起來(lái)就可以求得力對(duì)物體所做的功。在圖2中，我們是將位移分解到F的方向上，如果我們將力F分解到物體位移S的方向上，看看能得到什么結(jié)果？ 將F分解到S的方向上得到這個(gè)分力為Fcosα，再與S相乘，結(jié)果仍然是W=FScosα。 學(xué)生得出，計(jì)算一個(gè)力對(duì)物體所做的功的大小，與力F的大小、物體位移S的大小及F和S二者方向之間的夾角α有關(guān)，且此計(jì)算公式有普遍意義(對(duì)計(jì)算機(jī)械功而言)。 W=FS

13、cosα （α為F與S之間的夾角） 力對(duì)物體所做的功，等于力的大小、位移的大小、力和位移的夾角的余弦三者的乘積。 運(yùn)用公式計(jì)算功：給出F=100N、S=5m、α=37°，與同學(xué)一起計(jì)算功W，得出W=400N·m。就此說(shuō)明1N·m這個(gè)功的大小被規(guī)定為功的單位，為方便起見(jiàn)，取名為焦耳，符號(hào)為J，即1J=1N·m。 在國(guó)際單位制中，功的單位是焦耳(J) 1J＝1N·m 2、 運(yùn)用公式 探究正功、負(fù)功 應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)對(duì)功的計(jì)算公式W=FScosα的可能值進(jìn)行共同討論，探究夾角α的定義域和W的值域。 從cos α的可能值入手討論，指出功W可能為正值、負(fù)值或零，力F與S間夾角α的

14、取值范圍。 總結(jié)： 當(dāng)0°≤α＜90°時(shí)，cosα為正值， W為正值，稱為力對(duì)物體做正功，或稱為力對(duì)物體做功。 當(dāng)α=90°時(shí)，cosα=0，W=0，力對(duì)物體做零功，即力對(duì)物體不做功。 當(dāng)90°＜α≤180°時(shí)，cosα為負(fù)值， W為負(fù)值，稱為力對(duì)物體做負(fù)功，或說(shuō)物體克服這個(gè)力做功。 深層次探究功的正負(fù)意義——標(biāo)量。沒(méi)有方向，但有正負(fù)之分。 同學(xué)討論正功、負(fù)功的物理意義，它們反映了什么問(wèn)題？ 討論結(jié)果：當(dāng)力對(duì)物體做正功，這個(gè)力對(duì)物體來(lái)說(shuō)是動(dòng)力。如下圖中，小車前進(jìn)中的拉力F、小球下落過(guò)程中的重力G對(duì)物體來(lái)說(shuō)均為動(dòng)力，力F和G對(duì)物體做正功。 這里功為正僅表示此力是物體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，千

15、萬(wàn)不能將功為正理解為功的方向與位移方向一致，因?yàn)楣κ菢?biāo)量，是沒(méi)有方向的。 力對(duì)物體做負(fù)功，從動(dòng)力學(xué)的角度看，這個(gè)力是阻力，對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)起阻礙作用。如下圖中，a圖中的推力對(duì)正在前進(jìn)中的小車來(lái)說(shuō)是阻力，b圖中小車受到的滑動(dòng)摩擦力阻礙小車的運(yùn)動(dòng)，c圖中上升中的小球，重力與運(yùn)動(dòng)方向相反阻礙小球的上升，三個(gè)力均對(duì)物體做負(fù)功： a圖中推力做功 b圖中摩擦力做功 c圖中重力做功 上面式中F、f、G、S均表示大小，各式中負(fù)號(hào)的意義僅表示是阻力對(duì)物體做功，不能將它理解為力與位移方向相反（a圖中力F與位移方向并不是相反），更不能錯(cuò)誤地認(rèn)為功是矢量，負(fù)功的方向與位移方向相反。 一個(gè)力對(duì)物體做了負(fù)功

16、，往往說(shuō)成物體克服這個(gè)力做了功（取絕對(duì)值），即： 這兩種說(shuō)法，在意義上是完全等同的。比如，上拋物體向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力做了－6J的功，也常常就說(shuō)物體克服重力做了6J的功，但在具體計(jì)算中還應(yīng)嚴(yán)格按照功的定義公式進(jìn)行計(jì)算。 3、 合力做功 兩種求法：1）、W合＝F合·S·cosα 2）、W合＝W1＋W2＋W3… 此為代數(shù)和 例2．如圖所示，F(xiàn)1和F2是作用在物體P上的兩個(gè)水平恒力，大小分別為：F1=3N，F(xiàn)2=4N，在這兩個(gè)力共同作用下，使物體P由靜止開(kāi)始沿水平面移動(dòng)5m距離的過(guò)程中，它們對(duì)物體各做多少功？它們對(duì)物體做功的代數(shù)和是多少？F1、F2的合力對(duì)P做多少功？ 此例題要解決兩個(gè)方

17、面的問(wèn)題，一是強(qiáng)化功的計(jì)算公式的正確應(yīng)用，糾正學(xué)生中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，即不注意力與位移方向的分析，直接用3N乘5m、4N乘5m這種低級(jí)錯(cuò)誤，引導(dǎo)學(xué)生注意在題目沒(méi)有給出位移方向時(shí)，應(yīng)該根據(jù)動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)作出符合實(shí)際的判斷；二是通過(guò)例題得到的結(jié)果，使學(xué)生知道一個(gè)物體所受合力對(duì)物體所做的功。等于各個(gè)力對(duì)物體所做的功的代數(shù)和，并從合力功與分力功所遵從的運(yùn)算法則，深化功是標(biāo)量的認(rèn)識(shí)。 解答過(guò)程如下：位移在F1、F2方向上的分量分別為S1 = 3m、S2 = 4m，F(xiàn)1對(duì)P做功為9J，F(xiàn)2對(duì)P做功為16J，二者的代數(shù)和為25J。F1、F2的合力為5N，物體的位移與合力方向相同，合力對(duì)物體做功為W = FS

18、 = 5N×5m = 25J。 （三）實(shí)際運(yùn)用，拓展延伸 功的圖示 利用力-位移圖象可求功．如圖甲所示表示恒力的力-位移圖象，橫坐標(biāo)表示力F在位移方向上的分量，功W的數(shù)值等于直線下方畫有斜線部分的面積．如圖乙所示表示變力的力-位移圖象，曲線下方畫有斜線部分的面積就表示變力所做的功，它近似地等于成階梯形的小矩形面積的總和． 又如，物體受到的水平力F隨著物體位移S的變化圖像如圖所示，可見(jiàn)力隨位移的增大均勻增大。用類似于證明v-t圖像與橫軸圍成的面積在數(shù)值上等于位移S（因?yàn)镾 = vt）一樣，我們也能證明，F(xiàn)-S圖像與橫軸圍成的面積在數(shù)值上等于力F所做的功W（W = F·S）。此變力在物體發(fā)生20m位移的過(guò)程中做的功在數(shù)值上等于圖中陰影線標(biāo)出的梯形面積。 （四）反饋練習(xí) 略 （五）作業(yè)布置 略