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1、2 功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
2、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.教学重点理解功的概念及正、负功的意义.教学难点利用功的定义解决有关问题.课时安排1 课时三维目标知识与技能1.理解功的概念,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.能从现实生活中发现与功有关的问题
3、.2.体会科学研究方法对人类认识自然的重要作用.3.能运用功的概念解决一些与生产和生活相关的实际问题.情感态度与价值观有参与科技活动的热情,有将功的知识应用于生活和生产实际的意识,勇于探究与日常生活有关的物理学问题.教学过程导入新课情景导入货物被起重机举高,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;“神舟”飞船返回地面时,在落地之前打开降落伞,在空气阻力作用下,速度减小,动能减少了;物体从高处自由下落,速度增加,动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? 吊装货物 “神舟”飞船返回列车加速 弹
4、簧被压缩问题导入在图中两个人分别向前、后拉车,他们所用的力对车产生的效果相同吗?如果车前进相同的位移,怎样反映他们对车的作用效果?拖拉机耕地时,对犁的拉力 F 是斜向上方的,而犁是在水平方向运动的,此时拖拉机的拉力 F 对犁做功吗?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 :作用在物体上的力;物体在力的方向上移动的位移.即如果一个物体受到
5、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:教师用手托黑板擦 ,提醒学生观察与思考各力是否对物体做了功?过程一:平托黑板擦向上移动一段距离 .过程二:平托黑板擦水平移动一段距离 .问题 1:在过程一中手对黑板擦的支持力与黑板擦的重力是否做功,并说明原因.问题 2:在过程二中手对黑板擦的支持力与黑板擦的重力是否做功,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,与支持力和重力共线,故二力做功了.在水平移动过程中位移水平,在重力和支持力方向无位移,故此过程二力均未做功.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
6、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?课件展示情景二:物体 m 在与水平方向成 角的力 F 的作用下,沿水平方向向前行驶的距离为
7、l,如图所示,求力 F 对物体所做的功.教师提示学生思考,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、F 2 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=Fcos,所以,W=Flcos教师利用实物投影仪展示学生的推导结果,点评、总结,得出功的定义式,及其文字叙述,并
8、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 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、正功和负功公式理解:功的计算式 W=Flcos 包含 cos 这一要素,通过数学知识的学习我们知道:随着 的变化,cos 的值也变
9、化.指导学生利用数学知识讨论随 的变化,cos 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 的取值范围为 0180.那么,在这个范围之内,cos 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 = 时,cos=0,W=0. 力 F 和位移 l 的方向垂直时,力 F 不做功;22.当 0,W0. 这表示力 F 对物体做正功;23.当 时,cos0,W0.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
10、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.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
11、 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.举例说明：在上图中,可以说摩擦力做负功,也可以说物体克服摩擦力做了正功.比如摩擦力做了-20 J 的功,可以说物体克服摩擦力做了 20 J 的功.形象比喻:小明借了小刚 50 元钱,从小明的角度,是小明借了钱; 从小刚的角度,是小刚把钱借给别人.在上述对功的意义认识的基础上,讨论正功和负功的意义,得出如下认识:正功的意义是:
12、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 一个质量 m=2 kg 的物体,受到与水平方向成 37角斜向上方的力 F1=10 N 作用,在水平地面上移动的距离 l=2 m,物体与地面间的滑动摩擦力 F2=4.2 N,求外力对物体所做的总功.解法一:拉力 F1 对物体所做的功为：W 1=F1lcos37=1020.8 J=1.6 J摩擦力 F2 对物体所做的功为：W 2=F2lcos180=-4.22 J=-8.4 J外力对物体所做的总功 W 等于 W1 和 W2 的代数和所以：W=
13、W 1+W2=7.6 J.解法二：物体受到的合力为:F 合 =F1cos37-F2=10 N-4.2 N=3.8 N54所以 W=F 合 l=3.82 J=7.6 J.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=Flcos,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、W 2、W n,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.课堂训练1.如图所示,质量为 m 的物体静止于倾角为 的光滑斜面体上 ,斜面体的质量为
14、M.现对该斜面体施加一个水平向左的推力 F,使物体与斜面之间无相对滑动,一起沿水平方向向左移动了s,则在此匀速运动过程中斜面体 M 对物体 m 做的功为（ ）A.Fs B.mgstan C. D.mgscossinFs答案：B2.起重机将质量为 100 kg 的重物竖直向上移动了 2 m,下列三种情况下,做功的力各有哪几个力?每个力做了多少功? 是正功还是负功?(不计阻力,g 取 9.8 m/s2)(1)匀加速提高,加速度 a1=0.2 m/s2;(2)匀速提高;(3)匀减速下降,加速度大小 a2=0.2 m/s2.答案：(1)拉力和重力;W 拉 =2103 J,WG=-1.96103 J;拉
15、力做正功 ,重力做负功(2)拉力和重力; 均等于 1.96103 J;拉力做正功,重力做负功(3)拉力和重力; 拉力做功-210 3 J;重力做功 1.96103 J;拉力做负功 ,重力做正功3.如图,在光滑的水平面上,物块在恒力 F=100 N 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=2.4 m,=37,=53. 求拉力 F 做的功.答案：100 J4.如图所示的轨道 ABCD 中,AB、CD 为光滑圆弧轨道,BC 为长 2 m 的水平轨道,物体与水平轨道间的动摩擦因数 =0.2,质量为 m 的物体从高 h=1 m 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=0.6 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=Flcos 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、 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
