1、第一章 第一节 机械功三维目标知识与技能1.知道功的定义，理解做功的两个必要因素；2.在具体的物理情景中判断物体所受各力是否做功以及做功的正负；3.掌握合力做功的两种计算方法.过程与方法1.初中旧知识的扩展、迁移.通过举例和分析来解决重点，突破难点；2.理解正负功的含义，并会解释生活实例.情感态度与价值观1.功与生活联系非常密切，通过探究生活实例来探究功，从而培养学生的细心观察能力，抽象总结日常生活现象、规律的能力；2.通过介绍我国人民在机械领域的辉煌成就，以及先进的现代机械技术以达到民族自豪感的情感教育和激励自我为祖国争光的目的；3.在功的概念和求解功的数值的过程中，培养科学严谨的态度.教学
2、重点 1.功的概念；2.功的计算公式.教学难点 1.如何判定各个力做功的正负；2.各个力所做的总功的计算.教学过程导入新课教师活动：同学们在初中已经学过有关功的知识了，现在我来考考大家，看谁学得最扎实！来看这样一个生活中的例子，某同学做值日时从一楼提水到二楼，请问他做功了吗？学生思考并回答：做功！教师接着问：当他提着水从走廊的一端走向另一端时又是否做功呢？学生思考并回答：不做功！教师提问：很好！那大家再回顾一下初中阶段我们学过做功的两个因素是什么?学生思考并回答：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.扩展：高中我们已学习了位移，那做功的两个要素我们可不可以认为是：作用在物体上的
3、力；物体在力的方向上移动的位移呢？答案是肯定的.如果作用于某物体的恒力大小为 F，该物体沿力的方向运动，经过位移 s，则 F 与 s 的乘积叫做机械功（mechanicalWork） ，简称功（Work） ，用 W 来表示， W=Fs.举例说明力对物体做了功（用多媒体展示物理情景）：人推车前进时；起重机提起货物；列车在机车的牵引力作用下运动.小结：力做功的两个要素：一是作用在物体上的力；二是物体在力的方向上发生的位移.推进新课一个物体受到力的作用，且在力的方向上移动了一段位移，这时，我们就说这个力对物体做了机械功.在初中学习功的概念时，强调物体运动方向和力的方向的一致性，如果力的方向与物体的运
4、动方向不一致呢？难道就不做功吗？（用多媒体展示物理情景）人用一个与水平方向之间有夹角的一个力去拉物体并在水平方向上移动了一段距离，让学生来判断人的拉力是否对物体做功？此时教师引导：从力产生效果的角度，此力是否有水平方向使物体发生位移的效果呢？学生思考并回答：是有效果的！教师接着提问：这种力的功又如何去求呢？如果方向相反呢？力对物体做不做功？若做了功，又做了多少功？怎样计算这些功呢？本节课我们来继续学习有关功的知识，在初中知识的基础上进行拓展.1.机械功教师提出问题：在现实生活、生产中，经常见到作用于物体上的力与物体位移的方向成一个夹角的情况，例如刚才大家看到的人用一个与水平方向之间有夹角的一个
5、力去拉物体并在水平方向上移动了一段距离.这样一个实际问题如何用我们的物理学知识去解决呢？我们对于复杂的实际问题，往往会转换为一个简单物理模型来处理的.即突出问题的主要因素，排除无关因素，忽略次要因素.达到能够对实际问题给出反映其物理本质的，简单可行又符合精确度要求的描述或计算.下面我们就将刚才的实际情景转化为我们熟知的物理模型.物理模型：物体 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位移为 s，如上图所示，求力 F 对物体所做的功.教师引导：根据力的分解中力与分力之间的等效关系，我们可以把 F 沿两个方向分解，即跟位移方向一致的分力 F1，跟位移方向垂直的分力 F2，如右图所
6、示.这两个分力的功分别为多大？学生思考并回答：据做功的两个不可缺少的因素可知，分力 F1对物体所做的功等于F1s.而分力 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，所以分力 F2所做的功等于零.所以，力 F 所做的功 W=W1 W2=W1=F1s=Fscos.教师活动：展示学生的推导结果，点评、总结，得出功的定义式.力 F 对物体所做的功等于力的大小、位移的大小、力和位移夹角的余弦这三者的乘积.即 W Fscos.W 表示力对物体所做的功， F 表示物体所受到的力， s 表示物体所发生的位移， 为 F和 s 之间的夹角.功的公式还可理解成在位移方向的分力与位移的乘积，或力与
7、位移在力的方向的分量的乘积.在 SI 制中，功的单位为焦.1 J=1 Nm在用功的公式计算时，各量要求统一采用国际单位制.即 W 力对物体所做的功 焦耳(J) 表 示 单 位F 物体所受到的力 牛( N) 表 示 单 位s 物体所发生位移 米( m) 表 示 单 位 力 F 和位移之间的夹角. 表 示2.机械功的计算通过上边的学习，我们已明确了机械功与力 F 和位移 s 以及它们之间的夹角 三者之间的关系 W Fscos.并且知道了 角的取值范围是180.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.请画出各种情
8、况下力做功的示意图，并加以讨论.学生认真阅读教材，思考老师的问题.当 =/2 时，cos=0， W=0.力 F 和位移 s 的方向垂直时，力 F 不做功；当 /2 时，cos0， W0.这表示力 F 对物体做正功；当 /2 时，cos0， W0.这表示力 F 对物体做负功.教师活动：投影学生画图情况，点评、总结.教师活动：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.学生活动：阅读课文，理解正功和负功的含义,回答老师的问题.教师活动：倾听学生回答，点评、总结,并就书上飞机降落减速的例子加以分析加深学生对正负功的理解.总结：功的正负表示动力对物体做功还是阻力对物体做功
9、功的正负由力和位移之间的夹角决定，所以功的正负决不表示方向，而只能说明做功的力对物体来说是动力还是阻力.当力对物体做正功时，该力就对物体的运动起推动作用；当力对物体做负功时，该力就对物体运动起阻碍作用.即功是标量，只有量值，没有方向.功的正负是借以区别谁对谁做功的标志功的正、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.同一个做功过程，既可以从做正功的一方来表述也可以从做负功的一方来表述.一个力对物体做负功，我们往往说成物体克服这个力做功.打个比喻，甲借了乙
10、10 元钱，那么从甲的角度表述，是甲借了钱；从乙的角度表述，乙将钱借给了别人.例如：一个力对物体做了-6 J 的功，可以说成物体克服这个力做了 6 J 的功.3.几个力共同做功的计算刚才我们学习了一个力对物体所做功的求解方法，而实际生活中物体所受到的力往往不止一个，那么，当物体在多个外力共同作用下运动时，如何求解这几个力对物体所做的功呢?投影启发，铺垫式问题：如图所示，一个物体受到拉力 F1的作用，水平向右移动位移为 s，求各个力对物体做的功是多少?各个力对物体所做功的代数和如何?物体所受的合力是多少?合力所做的功是多少?学生认真审题，解决问题.教师活动：投影学生解题过程，点评总结.【教师精讲
11、】物体受到拉力 F1、滑动摩擦力 F2、重力 G、支持力 F3 的作用.重力和支持力不做功，因为它们和位移的夹角为 90； F1所做的功为： W1=Fscos，滑动摩擦力 F2所做的功为：W2=F2scos180= -F2s.各个力对物体所做功的代数和为： W=（ F1cos- F2） s根据正交分解法求得物体所受的合力 F=F1cos- F2，合力方向向右，与位移同向，合力所做的功为： W=Fscos=（ F1cos- F2） s .总结：当物体在几个力的共同作用下发生一段位移时，这几个力对物体所做的功可以用下述方法求解：（1）求出各个力所做的功，则总功等于各个力所做功的代数和；（2）求出各
12、个力的合力，则总功等于合力所做的功.自我探究：学生独立完成书上有关斜面上的有关各个力做功以及合力做功的问题.教师点评总结.【知识拓展】4.关于“功”的计算例 1以一定的初速度竖直向上抛出一小球，小球上升的最大高度为 h，空气阻力的大小恒为 F，则从抛出至落回到原出发点的过程中，空气阻力对小球做的功为（ ）A.零 B.- fh C.-2fh D.-4fh解析：在小球从抛出至落回原地的过程中，小球所受阻力的方向变化了，所以是变力，如何求这一变力做的功，可分段处理，上升和下降阶段阻力均做负功，且均为- fh,故 Wf=-2Fh.答案：C点拨：对于变力所做的功，可分段处理，求出每一段上（转换为恒力）该
13、力所做的功，再求各段上功的代数和，或者求平均力，再求平均力所做的功.例 2一个人用大小为 F 的力对放在粗糙地面上的重物踢一脚，结果物体在地面上移动了 s m.问：人对重物是否做功？教师点拨：这个问题包括了两个物理过程：一是从脚开始踢，到脚与物离开前；二是物与脚离开后移动了 s m.对于前者，考虑到物体由静止变为运动，获得了动能，故在脚与物体接触的这段短暂时间内，人对重物做了功，但做功的数值并不等于 Fs.对于后者，物体虽有位移，但人对物体没有力的作用，故人对物体不做功.课堂小结1.功的求解公式 W Fscos，其中 指的是 F 和 s 之间的夹角.2.功是一个可以有正负的标量，它的正负是由
14、cos 的正负决定的.3.求解力对物体所做总功的两种方法.学生总结课堂内容，是培养学生概括总结能力的一个重要途径.教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架.板书设计一、机械功机械功的一般表达式 W Fscos适用条件：恒力对物体做功功的单位：焦耳（牛米）二、机械功的计算功是标量但有正负之分W Fscos，功的正负取决于 cos 值的正负.三、求解力对物体所做总功的两种方法（1）求出各个力所做的功，则总功等于各个力所做功的代数和；（2）求出各个力的合力，则总功等于合力所做的功.教学反思：第一章 第二节 功和能三维目标知识与技能1.知道功的原理，明确任何机
15、械均不能省功;2.认识斜面是一种典型的简单机械，并能分析其在生活中的实例;3.知道能量的定义，知道对应于不同的运动形式具有不同的能量;4.知道物体能够对外做功是因为物体具有能量;5.理解功是能量转化的量度;6.理解不同能量之间的转化，知道转化中总能量守恒.过程与方法1.通过实验探究揭示物理事实，总结物理规律;2.能从能量转化的角度来分析物体的运动，解决有关能量问题;3.知道功和能之间的区别和联系.情感态度与价值观1.通过实验探究揭示物理事实这一过程体验，培养学生实事求是，尊重事实的良好品质;2.通过学习功和能之间的关系，使学生了解事物之间是相互联系的，并学会从功能角度去探索自然规律.教学重点
16、1.理解功的原理；2.理解功和能的关系；3.知道能量的转化用做功的多少来量度.教学难点 在具体的问题中如何得到能量的具体转化情况，并用做功来定量地反映这种转化.教具准备 演示实验器材：1.木板（上面有等距离直线）一块；2.木块一个；3.硬纸板（制杠杆模型） ；4.图钉一个. 课时安排 1 课时教学过程导入新课教师提问： 复习做功的两个必要因素是什么？学生回答：一、作用在物体上的力；二、物体在力的方向上发生的位移.教师接着问：人类很早就已经开始使用机械来做功了，那人们使用简单机械的作用是什么呢？学生思考并回答：使用简单机械可以省力，或者省距离，或改变力的方向.教师活动：使用简单机械可以省力，或者
17、省距离，但是能省功吗？下面我们就来研究可不可以找到既可以省力又省位移的机械.推进新课一、功的原理（板书）教师提问：要把这个物体运到高处，有哪些方法？学生思考并回答：可以用手直接把物体提上去；可用杠杆把物体提上去；还可以用动滑轮或滑轮组把物体提升上去.教师活动：很好，用手把物体提上去，力对物体做功了吗？做了多少功？请观察实验.演示 1在木板前将物体拉升 h（高度）W=Gh演示 2用杠杆来提升物体.用硬纸板制成杠杆，一端用图钉固定在木板上，动力臂为阻力臂的三倍.让物体底面和动力作用点分别对准一条直线，请大家观察.教师提问：这个杠杆是什么类型？ F 为多大？学生思考并回答：是省力杠杆， F=G/3.
18、教师提问：当用力 F 匀速将物体提升 h 时， F 对杠杆做功了吗？为什么？学生回答：做了，因杠杆沿力 F 的方向移动了距离.教师接着提问：那移动的距离又是多少？（动力作用点）学生回答：是物体升高距离的 3 倍，即 3h.教师提问：在提升过程中杠杆对物体做功了吗？做的功是多少？学生回答： W=Gh.教师提问：哪个功相当于人直接用手做的功？动力对杠杆做功如何计算？学生回答：杠杆对物体做的功.人直接用手做的功 W=Gh.人利用杠杆做的功 .GhFsW3即 W= W（板书）.演示 3用刚才的杠杆，使动力臂为阻力的一半时，请观察（匀速提升物体）.这是什么类型的杠杆， F 为多大？费力杠杆， F=2G当
19、物体升高距离为 2h 时，动力作用点移动的是多少？动力作用点移动的距离为 h，人对杠杆做的功 W=2Gh人不用杠杆做的功：同样 W=2Gh即 W 用杠杆 =W 不用杠杆 （板书）教师提问：无论使用省力杠杆还是费力杠杆能够省功吗？使用省力杠杆和费力杠杆都不能省功.为什么？两次实验结论都是，人利用机械做的功，都等于不用机械而直接用手所做的功.学生实验学生实验分成两个内容，两人一组，学生分成两部分，两个实验并进.分组实验 1 （用轻质滑轮）实验装置如图，将重 2 N 的物体匀速提升 0.2 m.注意强调用手匀速，竖直向上拉绳时， .GF1并将实验数据填在表格里， （把表格投影出来）并计算出 W 用
20、和 W 不用 .分组实验 2 （用较重的铁制滑轮）用一动一定滑轮组成滑轮组，将重 2 N 的物体匀速提升 0.2 m，实验装置如图,测量数据及注意事项与实验 1 相同.实验记录（投影）实验内容物重G（N）提升高度h（m）拉力F（N）实移距离s（m）用滑轮做功（J）不用滑轮做功（J）1 2 0.2 1 0.4 0.4 0.42 2 0.2 1.5 0.4 0.4 0.6实验讨论：请做实验的同学将实验结果进行比较后，能够得出的结论是什么？利用动滑轮做的功，等于不用动滑轮而直接用手所做的功.做实验 2 的同学的实验结果是什么？利用滑轮组所做的功大于不用机械所做的功.为什么与实验 1 的结论不同呢？W
21、 用 W 不用 （板书）.教师点评：因为我们实验 2 中的动滑轮比实验 1 中动滑轮重得多，在提升物体的同时还要把动滑轮提起来，自然要多做些功.下面请大家用弹簧测力计测出动滑轮的重是多少？ G=1 N.这时人用滑轮组做的功:W 用 =W 不用 +W 轮教师总结：这节课我们做了四个实验，据实验结果请回答:1.省力机械还是费力机械能够省功？都不能省功.2.自重和摩擦力大的机械还是自重和摩擦力小到可忽略不计的机械能够省功？都不能省功我们把自重和摩擦力小到可以忽略不计的杠杆视为理想机械，由前三个实验可见功的原理（principle of work）：使用任何机械时，动力对机械所做的功，总是等于机械克服
22、阻力所做的功，或表述为等于不用机械而直接用手所做的功（适用于理想的机械）.但无论是理想机械还是非理想机械都有：W 输入 =W 输出 +W 损失即使用任何机械都不能省功.教师提问：不省功的原因是什么呢？因省力的机械必费距离，省距离的机械一定费力，而功=力距离，所以不能省功.我们的结论是利用简单机械研究的结果，能适用于复杂机械吗？同样适用.因为复杂机械是由简单机械组合而成的.例：自行车是由多个杠杆、轮轴等简单机械组成的，所以利用自行车做功也不能省功.【知识拓展】斜面知识请看课本 P9图 110 中工人师傅将很重的木块，沿搭在高处的木板推上去，这情景生活中常常能够见到.这个木板也是一种简单机械叫斜面
23、.斜面是省力还是费力的机械？学生回答：省力的简单机械.教师活动：斜面是一种省力的简单机械.斜面为什么能够省力？省多少力？我们根据功的原理可以求出：WG=Fl=Gh假设斜面很光滑，无摩擦时.F=Gh/l=Gsin由公式可见，斜面长是斜面高的几倍，推力就是物重的几分之一，所用的力可以小于重物所受的重力，也就是说斜面可以省力.教师总结：要使重物升高相同的高度，斜面越长越省力.（板书）用多媒体介绍一些斜面应用的例子：工人师傅将油桶沿斜面推上车，怎样才能更省力？搭在车上的木板越长越省力.教师提问：为什么有人沿盘山公路上山觉得费劲时，就在公路上走 S 形路线.因为盘山公路是个大斜面，当使物体升高相同的高度
24、，斜面越长越省力.走 S 形路线相当于加长了斜面的长度，因此走 S 形路线更省力.简单介绍螺旋是一种变形的斜面，它能省力，也能节省空间.二、做功和能的转化初中我们学过能量守恒定律，同学们回忆一下该定律的内容：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移过程中，能的总量保持不变.这是我们在初中已经学过的功和能的有关知识，对功和能也有了一个简单的认识，并能定性地分析某些物理现象，本节课我们进一步来研究能的基本知识以及功和能的关系.(一)能的概念1.用多媒体展示下列物理情景，并把四幅图对比在同一画面上（1）流动的河水冲走小石块.（2）飞行
25、的子弹穿过木板.（3）自由下落的重物在地上砸了一个坑.（4）压缩的弹簧把物体弹出去.2.分析概括图片中流动的河水、飞行的子弹、下落的重物、压缩的弹簧都各自对物体做了功.3.总结：一个物体能够对外做功，则这个物体具有能.(板书)4.请同学们结合生活，举些物体具有能量的例子.张紧的弓能够做功，所以它具有能.电动机通电后能够做功，它具有能.打夯机能做功，它具有能.流动的空气能做功，它具有能.5.结合学生所举的例子总结：物质的不同运动形式对应着不同的能.例如：有形变的弹簧具有弹性势能；流动的空气具有动能等.6.（1）演示：把弹簧固定在铁架台上，下端挂一物体，用力向下拉物体，使弹簧伸长后释放，物体将向上
26、运动.（2）分析：拉下物体，弹簧发生弹性形变具有弹性势能.松手释放后，弹簧缩短，对物体做功使物体具有了动能，同时弹簧的弹性势能减小，即把弹性势能转化为动能.（3）总结：各种不同形式的能量可以相互转化，而且在转化过程中能量守恒.7.用多媒体展示几种现象，学生分析能量的转化情况.（1）水冲击水轮发电机发电.机械能电能（2）太阳出来，照耀森林.太阳能生物能（3）傍晚，电灯亮了.电能光能(内能)过渡：上边我们分析了几种能量转化过程，并且在能量转化过程中与之紧密相关的是做功.那么功和能之间到底有什么关系呢?(二)功和能的关系1.用多媒体展示下面几个过程（1）人拉重物在光滑水平面上由静止到运动.（2）在水力发电厂中，水流冲击水轮机，带动水轮机转动.（3）火车在铁路上前进.
