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1、2022年高中物理功和能教案鲁科版必修2教学目标1加强学生对功、功率、能量等概念的物理意义的理解使他们能够在具体问题中合理地运用上述概念分析解决问题2通过动能定理、重力做功与重力势能关系的复习，使学生对功和能关系的认识进一步加深并能够应用动能定理解决较复杂的问题3加强学生对机械能守恒定律及其适用条件的认识，使他们能够运用守恒条件判断具体问题是否满足机械能守恒定律，并应用机械能守恒定律求解问题4培养学生综合分析的能力，使他们逐步掌握在较复杂问题中分析题意，找出适用规律，并运用规律解决问题的方法教学重点、难点分析功、功率、动能、重力势能的概念，动能定理、机械能守恒定律等规律及应用是本章重点本章难点
2、较多，动能定理及其应用、机械能守恒定律及其适用条件是比较突出的难点教学过程设计教师活动讲述：今天我们开始复习功和能一章，这一章内容较多，能力要求也比较高，所以同学既要注意知识内容，又要注意研究方法板书：功和能一、基本概念1功讲述：下面我们首先复习基本概念，先来看看功的概念提问：大家回忆一下，功是如何定义的？学生活动回答：功是作用在物体上的力与物体在力的方向上发生的位移的乘积用公式表示为W=Fscos板书：W=Fscos提问：公式中角是如何确定的？国际单位制中功的单位是什么？还有哪些单位也可以表示功？它们之间又是如何换算的呢？回答：角是力与物体位移的夹角国际单位制中功的单位是焦耳，功的单位还有电
3、子伏、千瓦时、卡等它们之间的换算关系：1eV=1.610-19J1kWh=3.6106J1cal=4.2J板书：单位：焦耳（J）1eV=1.610-19J1kWh=3.6106Jlcal=4.2J提问：功的概念是人们在生产实践中总结出来的，比如说人在推车时做了1000焦耳的功，那么这1000焦耳的功究竟是哪个力做的呢？回答：是人的推力做的讲述：所以，我们在研究功的时候必须首先明确是在研究哪个力做的功，另外考虑到动能定理的应用条件，我们还应该清楚这个力是否是物体所受的合力这是我们要对功的概念做的第一点说明板书：说明：首先明确做功的力及此力是否是合力提问：明确了研究对象之后，我们来回忆一下：做功的
4、两个必要因素是什么？回答：作用在物体上的力和物体在力的方向上发生的位移提问：那么功的定义反映出功的本质是什么呢？或者说功的物理意义是什么呢？回忆一下回答：功的本质是力在空间的积累讲述：所谓积累，既可以是力在位移方向的分量Fcos与位移s的乘积，也可以是位移在力的方向上的分量scos与力F的乘积理解功的概念时，要从本质上进行理解，而不能套公式例如：物体在一个牵引力的作用下绕圆周运动了一圈，又回到出发点，求牵引力所做的功讨论，少数学生会认为功为零，多数学生会认为功不为零，但追问为什么时却很难说清楚讲述：如果套公式的话，由于物体运动一周的位移为零，会很容易得出牵引力做功为零的结论但是，从牵引力作用过
5、程中消耗了其他形式能量而转化为物体动能这一点就能看出，这当然是一个错误的结论为什么会出错呢？请同学再讨论一下，注意牵引力的特点讨论，得出结论：原因在于功的定义式是对恒力而言的，而在此问题中，牵引力的方向在随时变化，是一个变力，所以不能套用公式讲述：此题的正确结论应从功是力在空间积累这一角度，得出牵引力所做功等于牵引力与物体所走过的圆周的乘积通过刚才的例子，我们可以对功的概念再做两点说明：板书：功的本质是力在空间的积累功的定义式对恒力才适用提问：下面我们再来回忆一下，功是矢量还是标量，功的正负又是什么含义呢？回答：功是标量，但功有正负，做功的两个必要因素是力和位移，力是矢量，位移也是矢量，但它们
6、的乘积是标量，所以功是标量由于力与位移之间的夹角可以在0180之间变化，即cos可以在1与-1之间变化，所以某个力所做功既可以是正数，也可以是负数当角在090之间时，功为正，表示力在位移方向的分量与位移同向；当角在90180之间时，功为负，表示力在位移方向的分量与位移反向讲述：根据功的本质意义，所谓正功，就是力在空间是正的积累；所谓负功，就是力在空间是负的积累提问：另外，我们知道研究功是离不开能量的，研究功的正负同样离不开能量，我们再来回忆一下，功和能量之间是什么关系呢？如何用能量的变化来说明正功与负功的意义呢？回答：功是能量改变的量度力对物体做正功，导致物体能量增加；力对物体做负功，导致物体
7、能量减少讲述：这是正功与负功的本质差别也是我们对功的概念要进行的再两点说明板书：功是能量改变的量度功是标量，但功有正负讲述：需要对负功再加以说明的是：一个力对物体做了负功，也可以说成物体克服这个力做了功，例如，物体竖直上抛时，重力对物体做了-6焦耳的功，也可以说成物体克服重力做了6焦耳的功提问：在实际问题中，我们还经常要涉及到合力做功的问题大家回忆一下，如果一个物体受到几个力，那么物体所受合力所做的功与物体所受的各个力是什么关系呢？原因又是什么呢？回答：合力做的功等于各分力功的代数和由于功是标量，所以当物体受到几个力的作用时，各力所做的功相加，就等于合力所做的功板书：合力功等于各力功的代数和讲
8、述：另外，因为功的决定因素之一位移与参照物有关，所以功的大小还与参照物的选取有关比如，我用力推桌子，但没有推动以地面为参照物我没有做功，而以运动的物体为参照物，我却做了功所以一般情况下研究功，必须以地面为参考物板书：功与参照物有关，一般必须以地面为参照物讲述：下面我们来复习有关功率概念的知识提问：首先我们回忆一下功率的定义、单位及其物理意义回答：功跟完成这些功所用时间的比值，叫做功率功率的定义式为：P=W/t国际单位制中，功率的单位是瓦特，1瓦特=1焦耳/秒功率的常用单位还有千瓦，1千瓦=1000瓦特功率是表示做功快慢的物理量讲述：由于功是能量转化的量度，所以功率从本质上讲，是描述能量转化快慢
9、的物理量提问：功率也可以用力和速度来表示，表达式是什么，是怎样推导出来的？回答：P=Fvcos由于W=Fscos，代入P=W/t得到：P=Fscos/t=Fvcos板书：P=W/t=Fvcos单位：瓦特（W）1kW=1000W板书：功率是表示做功快慢，即能量转化快慢的物理量提问：在研究功率时经常要遇到平均功率和即时功率，它们分别表示什么意义呢？它们通常用什么公式来求呢？回答：平均功率表示一段时间内某力做功的平均快慢，即时功率表示某一时刻某力做功的快慢通常用公式P=W/t来计算平均功率，用公式P=Fvcos来计算即时功率，其中v为此时物体的即时速度板书：平均功率与即时功率提问：在研究某些机械的功
10、率时还经常要遇到额定功率、实际功率及输出、输入功率等概念，它们分别表示什么意义呢？回答：额定功率是某机械正常工作时的功率每一个机械都有一个额定功率值，机械在此功率或在此功率以下工作，机械不会损坏；如果超过此功率，机械可能就要损坏机械不一定总在额定功率下工作，这时机械的即时功率叫做机械的实际功率机械对外做功的实际功率，称做此时机械的输出功率；外界对机械做功的实际功率，称做此时机械的输入功率板书：额定功率与实际功率，输出功率与输入功率讲述：下面我们来复习机械能机械能包括动能和势能，势能又包括重力势能和弹性势能板书：3机械能（1）动能提问：我们先来回忆动能的意义及它的表达式和单位回答：物体由于运动而
11、具有的能量叫做动能物体的动能用公式表示为：Ek=mv2/2国际单位制中，动能的单位与功一样，也是焦耳板书：Ek=mv2/2单位：焦耳提问：动能是矢量还是标量？动能有参照物吗？动能的最小值是多少？回答：动能是标量，没有方向所以动能只与物体运动的速度大小速率有关，而与物体的运动方向无关物体的动能，一般情况下都是以地面为参照物的物体的动能最小为零，无负值板书：说明：动能是标量地面为参照物最小值为零，无负值提问：动能是描述物体运动状态的一个物理量，我们学习过的动量也是一个描述物体运动状态的物理量它们之间有什么联系和区别呢？回答：它们都是描述物体运动状态的量对同一个物体，它的动量增大，动能也必然增大反之
12、，动能增大，动量也必然增大它们之间大小的关系为：Ek=P2/2m，这是它们的联系动量是矢量，有方向；动能是标量，没有方向动量与速度的一次方成正比，动能与速度的二次方成正比板书：动能与动量Ek=p2/2m讲述：刚才同学们已经基本分析出动能与动量的联系和区别，当然动能与动量的本质区别还在于守恒定律中所表现出的特点不同：动量是机械运动相互传递时表现出的一个守恒量；而动能则是当机械运动向热运动等其他形式运动转化时所表现出的一个量这一点，同学们会随着今后的学习进一步加深领悟提问：下面我们再来看看重力势能同学们先回忆一下什么是重力势能，它的表达式是怎样的？回答：物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能用公式
13、表示：Ep=mgh板书：（2）重力势能Ep=mgh提问：对于重力势能，我们还能够回忆起哪些内容，请同学们踊跃发言回答：重力势能是标量，没有方向重力势能有正负，重力势能为正表示物体的势能大于它的零势能面的势能，正的重力势能数值越大表示物体的重力势能越大；重力势能为负表示物体的势能小于它在零势能面的势能，负的重力势能数值越大表示物体的重力势能越小重力势能的大小是和零势能面的选取有关的，由于零势能面的选取是任意的，所以物体的重力势能也是相对的，故物体重力势能的绝对量是没有意义的，只有物体势能的变化量才是有意义的由于重力势能是因为地球与物体之间具有相互吸引力而产生的，又与物体与地球的相对位置有关，所以
14、重力势能是物体与地球所构成的系统所具有的通常情况下我们所说的物体的重力势能，实际是物体与地球所构成系统的引力势能的一种简称板书：说明：重力势能是标量，但有正负重力势能与零势能面的选取有关重力势能是物体与地球所构成的系统所具有的讲述：需要说明的是：只有类似重力这样，做功与路径无关的力，才能引入势能的概念我们下面要复习的弹性势能也是这样而类似摩擦力这样做功与路径有关的力，则不能引入势能提问：下面同学们回忆一下关于弹性势能所需要掌握的知识回答：物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能物体的弹性势能的大小与物体的材料、发生弹性形变的大小等有关弹性势能与弹力做功的关系，与重力势能与重力做功的关系相类
15、似：弹力做正功，物体的弹性势能就减少；弹力做负功，或者叫外力克服弹力做功，物体的弹性势能就增加板书：（3）弹性势能讲述：对于弹性势能，我们只要定性了解就可以了，中学范围内对它的大小不做定量的讨论讲述：关于机械能的概念需要最后说明的是：我们学习过的分子势能、电势能等，虽然也是势能，但它们不属于机械能范畴所以如动能与电势能相互转化的问题，不属于机械能守恒下面，我们开始复习这一章的基本规律板书：二、基本规律1动能定理提问：首先我们复习动能定理大家回忆一下动能定理的内容及表达式是怎样的，表达式中各个物理量是什么含义？回答：动能定理的内容是：外力对物体所做的总功，等于物体动能的增加量用公式表示：其中，W为外力所做的总功，是各个外力所做功的代数和Ek2表示物体末状态的动能，Ek1表示物体初状态的动能Ek2与Ek1的差Ek为物体动能的变化量板书：W=Ek=Ek2-Ek1讲述
