《功》教学设计(精选12篇)
《功》教学设计 第1篇
教具:带有牵引细线的滑块(或小车)。
(一)引入新课
功这个词我们并不陌生,初中物理中学习过功的一些初步知识,今天我们又来学习功的有关知识,绝不是简单地重复,而是要使我们对功的认识再提高一步。
(二)教学过程设计
1、功的概念
先请同学回顾一下初中学过的与功的概念密切相关的如下两个问题:什么叫做功?谁对谁做功?然后做如下总结并板书:
(1)如果一个物体受到力的作用,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。
然后演示用水平拉力使滑块沿拉力方向在讲桌上滑动一段距离,并将示意图画到黑板上,如图1所示,与同学一起讨论如下问题:在上述过程中,拉力f对滑块是否做了功?滑块所受的重力mg对滑块是否做了功?桌面对滑块的支持力n是否对滑块做了功?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。至此有如下总结并板书:
(2)在物理学中,力和物体在力的方向上发生的位移,是做功的两个不可缺少的因素。
2、功的公式
就图1提出:力f使滑块发生位移s这个过程中,f对滑块做了多少功如何计算?由同学回答出如下计算公式:w=fs。就此再进一步提问:如果细绳斜向上拉滑块,如图2所示,这种情况下滑块沿f方向的位移是多少?与同学一起分析并得出这一位移为s cos α。至此按功的前一公式即可得到如下计算公式:
w=fscosα
再根据公式w=fs做启发式提问:按此公式考虑,只要f与s在同一直线上,乘起来就可以求得力对物体所做的功。在图2中,我们是将位移分解到f的方向上,如果我们将力f分解到物体位移s的方向上,看看能得到什么结果?至此在图2中将f分解到s的方向上得到这个分力为fcosα,再与s相乘,结果仍然是w=fscosα。就此指出,计算一个力对物体所做的功的大小,与力f的大小、物体位移s的大小及f和s二者方向之间的夹角α有关,且此计算公式有普遍意义(对计算机械功而言)。至此有如下板书:
w=fscosα
力对物体所做的功,等于力的大小、位移的大小、力和位移的夹角的余弦三者的乘积。
接下来给出f=100n、s=5m、α=37,与同学一起计算功w,得出w=400nm。就此说明1nm这个功的大小被规定为功的单位,为方便起见,取名为焦耳,符号为j,即1j=1nm。最后明确板书为:
在国际单位制中,功的单位是焦耳(j)
1j=1nm
3、正功、负功
(1)首先对功的计算公式w=fscosα的可能值与学生共同讨论。从cos α的可能值入手讨论,指出功w可能为正值、负值或零,再进一步说明,力f与s间夹角α的取值范围,最后总结并作如下板书:
当0≤α<90时,cosα为正值, w为正值,称为力对物体做正功,或称为力对物体做功。
当α=90时,cosα=0,w=0,力对物体做零功,即力对物体不做功。
当90<α≤180时,cosα为负值, w为负值,称为力对物体做负功,或说物体克服这个力做功。
(2)与学生一起先讨论功的物理意义,然后再说明正功、负功的物理意义。
①提出功是描述什么的物理量这个问题与学生讨论。结合图1,使学生注意到力作用滑块并持续使滑块在力的方向上运动,发生了一段位移,引导学生认识其特征是力在空间位移上逐渐累积的作用过程。
然后就此提出:这个累积作用过程到底累积什么?举如下两个事例启发学生思考:
a.一辆手推车上装有很多货物,搬运工推车要用很大的力。向前推一段距离就要休息一会儿,然后有了力气再推车走。
b.如果要你将重物从一楼向六楼上搬,搬运过程中会有什么感觉?
首先使学生意识到上述两个过程都是人用力对物体做功的过程,都要消耗体能。就此指出做功过程是能量转化过程,做功越多,能量转化得越多,因而功是能量转化的量度。能量是标量,相应功也是标量。板书如下:
功是描述力在空间位移上累积作用的物理量。功是能量转化的量度,功是标量。
②在上述对功的意义认识的基础上,讨论正功和负功的意义,得出如下认识并板书:
正功的意义是: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。
4、例题讲解或讨论
例1 课本p136上的〔例题〕是功的计算公式的应用示范。分析过程中应使学生明确:拉力f对物体所做的功,实际上就是f的水平分力fcosα对箱子所做的功,而拉力 f的竖直分力fsinα与位移s的方向是垂直的,对箱子不做功。同时,摩擦力也做功(再此题里摩擦力做负功),因此本题涉及到总功的理解与计算。
例2 如图3所示,abcd为画在水平地面上的正方形,其边长为a,p为静止于a点的物体。用水平力f沿直线 ab拉物体缓慢滑动到b点停下,然后仍用水平力f沿直线bc拉物体滑动到c点停下,接下来仍用水平力f沿直线cd拉物体滑动到d点停下,最后仍用水平力f沿直线da拉物体滑动到a点停下。若后三段运动中物体也是缓慢的,求全过程中水平力f对物体所做的功是多少?
此例题先让学生做,然后找出一个所得结果是w=0的学生发言,此时会有学生反对,并能说出w=4fa才是正确结果。让后者讲其思路和做法,然后总结,使学生明确在每一段位移a中,力f都与a同方向,做功为fa,四个过程加起来就是4fa。强调:功的概念中的位移是在这个力的方向上的位移,而不能简单地与物体运动的位移画等号。要结合物理过程做具体分析。
例3 如图4所示,f1和f2是作用在物体p上的两个水平恒力,大小分别为:f1=3n,f2=4n,在这两个力共同作用下,使物体p由静止开始沿水平面移动5m距离的过程中,它们对物体各做多少功?它们对物体做功的代数和是多少?f1、f2的合力对p做多少功?
此例题要解决两个方面的问题,一是强化功的计算公式的正确应用,纠正学生中出现的错误,即不注意力与位移方向的分析,直接用3n乘5m、4n乘5m这种低级错误,引导学生注意在题目没有给出位移方向时,应该根据动力学和运动学知识作出符合实际的判断;二是通过例题得到的结果,使学生知道一个物体所受合力对物体所做的功。等于各个力对物体所做的功的代数和,并从合力功与分力功所遵从的运算法则,深化功是标量的认识。
解答过程如下:位移在f1、f2方向上的分量分别为s1=3m、s2=4m,f1对p做功为9j,f2对p做功为16j,二者的代数和为25j。f1、f2的合力为5n,物体的位移与合力方向相同,合力对物体做功为w=fs=5n5m=25j。
例4 如图5所示。a为静止在水平桌面上的物体,其右侧固定着一个定滑轮o,跨过定滑轮的细绳的p端固定在墙壁上,于细绳的另一端q用水平力f向右拉,物体向右滑动s的过程中,力f对物体做多少功?(上、下两段绳均保持水平)
本例题仍重点解决计算功时对力和位移这两个要素的分析。如果着眼于受力物体,它受到水平向右的力为两条绳的拉力,合力为2f。因而合力对物体所做的功为w=2fs;如果着眼于绳子的q端,即力f的作用点,则可知物体向右发主s位移过程中,q点的位移为2s,因而力f拉绳所做的功w=f2s=2fs。两种不同处理方法结果是相同的。
(三)课堂小结
1、对功的概念和功的物理意义的主要内容作必要的重复(包括正功和负功的意义)。
2、对功的计算公式及其应用的主要问题再作些强调。
说明:
1、考虑到功的定义式w=fscosα与课本上讲的功的公式相同,特别是对式中s的解释不一,有物体位移与力的作用点的位移之分,因而没有给出明确的功的定义的文字表达。实际问题中会用功的公式正确进行计算就可以了。从例题4可以看出,定义一个力对物体所做的功,将位移解释为力的作用点在力的方向上的位移是比较恰当的。如果将位移解释为受力物体在力的方向上的位移,学生会得出w=fs这一错误结果,还会理直气壮地坚持错误,纠正起来就困难多了。
2、由于对功的物理意义的讲解是初步的,因而对正功、负功的物理意义的讲解也是初步的。这节课中只是讲到受力物体得到能量还是失去能量这个程度。在学习了机械能守恒定律之后,再进一步做出说明。在机械能守恒的物理过程中,有重力做功,地球上的一个物体的机械能并没有增加,因而正、负功的意义就不能用能量得失关系去说明了。在这种情况下,重力做正功,表示势能向动能转化;重力做负功,表示动能向势能转化,这里的正功、负功不再表示能量得失,而是表示能量的转化方向。
典型例题
例1 如图所示,质量为m的物体,受水平力f的作用,在粗糙的水平面上运动,下列说法中正确的是( )
a.如果物体做加速直线运动,f一定对物体做正功
b.如果物体做减速直线运动,f一定对物体做负功
c.如果物体做匀速直线运动,f也可能对物体做正功
d.如果物体做匀速直线运动,f一定对物体做正功
分析:水平面粗糙,物体除受f外,还受摩擦力 作用, 的方向总是与物体运动方向相反
当f的方向与物体运动方向相同,且 时,物体作加速直线运动,此时物体的位移与f方向一致,f作正功,故选a.
当f的方向与物体运动速度方向相同,且 时,物体作匀速直线运动,此时物体的位移方向也和f方向一致,f作正功,故选d.
物体作减速直线运动的情况有两种,其一、f和v方向一致,但 ,此种情况物体做正功;其二、f和v方向相反,即与 方向相同,此种情况f做负功故选c.
解:本题正确选项是acd.
点评:f做正功还是负功,要看f的方向与位移方向是相同还是相反,当物体做加速或匀速直线运动时,f的方向一定与位移方向相同;当物体做减速直线运动时包括两种情况,一种是力f方向与位移方向相反,即物体向左运动,这样力f做负功,另一种情况是力f方向与位移方向相同(此时f小于摩擦力),f做正功.
例2 用水平恒力f作用在质量为m的物体上,使之在光滑的水平面上沿力的方向移动距离s,恒力做功为 ,再用该恒力作用于质量为m( )的物体上,使之在粗糙的水平面上移动同样距离s,恒力做功为 ,则两次恒力做功的关系是( )
a. b. c. d.无法判断
分析:在粗糙水平面上移动一段距离,跟在光滑水平面上移动的相同距离,对力f做功来说, 是相同的,即 。
解:正确选项为c.
点评:求功时,必须要明确哪个力在哪个过程中的功.根据功的定义,力f所做的功与f的大小及在f的方向上发生的位移大小的乘积有关,与物体是否受其它力及物体的运动状态等其它因素均无关.即力做功具有独立性.
例3 如图所示,拉力f使质量为m的物体匀速地沿着长为l倾角为 的斜面的一端向上滑到另一端,物体与斜面间的动摩擦因数为 ,分别求作用在物体上各力对物体所作的功.
分析:选物体为研究对象,其受力为拉力f,重力mg,弹力 ,摩擦力 。
解:(1)拉力f对物体所做的功为
由于物体作匀速运动,故
所以
即拉力f对物体做正功.此拉力f,一般称为动力或牵引力.
(2)重力mg对物体所做的功为:
即重力对物体做负功,即亦物体克服重力所做的功为 。
(3)摩擦力对物体所做的功为
即摩擦力对物体做负功.也可以说是物体克服摩擦力做了功
(4)弹力 对物体所做的功为
即弹力对物体不做功.
点评:讲功必须分清是哪个力做的功,在解题时一定要注意题目中是求哪个力做的功,正确找出力f、位移s和夹角 的关系。
例4 如图所示,一个质量为m的木块,放在倾角为 的斜面体上,当斜面与木块保持相对静止沿水平方向向右匀速移动距离s的过程中,作用在木块上的各个力分别做功多少?合力的功是多少?
分析:木块发生水平位移的过程中,作用在木块上共有三个力,重力mg,支持力 ,静摩擦力 ,根据木块的平衡条件,由这三个力的大小,物体的位移及力与位移的夹角.即可由功的计算公式算出它们的功.
解:沿斜面建立直角坐标将重力正交分解,由于物体相对斜面静止而在水平面上做匀速运动,根据力的平衡条件可得
斜面对木块的支持力 为
斜面对木块的静摩擦力 为
支持力 与位移s间的夹角为 ,则支持力做的功
摩擦力 与位移s的夹角为 ,则摩擦力 做功
重力与位移的夹角为90,则重力做的功
合力做的功等于各个力做功的代数和,即
点评:可以看出,斜面对物体的弹力有的做功、有的不做功,关键在于物体在这个弹力的方向上是否有位移.不能简单的说斜面的弹力对物体不做功。
本题合力做的功也可以先计算出合力,再求出合力的功
例5 如图所示,木块a放在木块b的左上端,用恒力f将a拉至b的右端.第一次将b固定在地面上,f做的功为 ;第二次让b可以在光滑的地面上自由滑动,f做的功为 .比较两次做功,应有
a. b.
c. d.无法比较.
分析:根据功的定义,力f做的功只与力的大小及力的方向上发生的位移大小的乘积有关,位移的大小与参考系的选择无关,在没有指定参考系时,一般是以地球为参考系,a物相对于b的位移在两种情况下是一样的,但在第一种情况中,b相对于地面是静止的,故第二次a对地的位移大于第一次a对地的位移,即第二次做功多一些.
解:正确选项为d.
点评:功的计算公式 中的位移s一般均是以地球为参考系
扩展资料
功的图示讲解
利用力-位移图象可求功.如图甲所示表示恒力的力-位移图象,横坐标表示力f在位移方向上的分量,功w的数值等于直线下方画有斜线部分的面积.如图乙所示表示变力的力-位移图象,曲线下方画有斜线部分的面积就表示变力所做的功,它近似地等于成阶梯形的小矩形面积的总和.
功的正负问题
根据功的计算公式 ;
当 时, , ,这表示力对物体做正功;当 , , ,力不做功,当 , , ,力对物体做负功。
l)当力对物体做正功,这个力对物体来说是动力。如下图中,小车前进中的拉力f、小球下落过程中的重力g对物体来说均为动力,力f和g对物体做正功。
这里功为正仅表示此力是物体运动的动力,千万不能将功为正理解为功的方向与位移方向一致,因为功是标量,是没有方向的。
2)当 时,表示力的方向与位移方向垂直,物体在力的方向没有发生位移,因此力不做功。
3)力对物体做负功,从动力学的角度看,这个力是阻力,对物体的运动起阻碍作用。如下图中,a图中的推力对正在前进中的小车来说是阻力,b图中小车受到的滑动摩擦力阻碍小车的运动,c图中上升中的小球,重力与运动方向相反阻碍小球的上升,三个力均对物体做负功:
a图中推力做功
b图中摩擦力做功
c图中重力做功
上面式中f、 、g、 均表示大小,各式中负号的意义仅表示是阻力对物体做功,不能将它理解为力与位移方向相反(a图中力f与位移方向并不是相反),更不能错误地认为功是矢量,负功的方向与位移方向相反。
一个力对物体做了负功,往往说成物体克服这个力做了功(取绝对值),
即
这两种说法,在意义上是完全等同的。比如,上抛物体向上运动时,重力做了-6j的功,也常常就说物体克服重力做了6j的功,但在具体计算中还应严格按照功的定义公式进行计算。
例如,质量为m的物体沿倾角为的粗糙斜面在沿斜面方向的拉力作用下向上匀速运动,如右图所示,位移大小为 ,该物体与斜面间的动摩擦因数为 ,分析一下物体受到的各力的做功情况。
解:物体共受四个力作用。先分析各力大小,由于物体匀速运动:
因此, , 。各力所做的功为拉力f:
弹力n:
重力g:
摩擦力 :
拉力做正功 ;弹力不做功,重力做负功 ,也说成物体克服重力做 的功;物体克服摩擦力做功 。
变力做功的问题
仅适用于恒力对做直线运动的物体做功,变力做功或物体做曲线运动时力做功就不能用功的定义式来计算。在一些特殊情况下,仍可用上述功的定义公式来计算。
如上图中小车所受的拉力是大小恒定但方向不断变化的力,计算这一变力对小车做的功,常采用转换研究对象的方法来进行.即求人对绳做的功。
又如某人以f的水平拉力拉一物体滑半径为r的圆形轨道走一圈,人对物体做功后变力做功且物体做曲线运动(如图),不能用公式 进行计算。如果将曲线分成若干小段,各小段的位移依次为 ,只要每一小段位移取得足够小,可以认为每一小段位移的方向与那一段位移的起点所做的曲线的切线方向(即f的方向)一致,在这一小段位移上力f所做的功可以用计算,把各小段上f做功加在一起,就是拉力f所做的功
而
所以有
如果物体做直线运动,作用力的大小随着位移的增大而均匀变化,可以用平均作用力乘位移来计算变力所做的功。例如,把劲度系数为k的弹簧拉长x,拉力所做的功
又如,物体受到的水平力f随着物体位移s的变化图像如图所示,可见力随位移的增大均匀增大。用类似于证明v-t图像与横轴围成的面积在数值上等于位移s(因为s=vt)一样,我们也能证明,f-s图像与横轴围成的面积在数值上等于力f所做的功w(w=fs)。此变力在物体发生20m位移的过程中做的功在数值上等于图中阴影线标出的梯形面积。
在有些情况下,变力不对物体做功,如图所示,物体沿曲面下滑过程,支持力的大小和方向都发生变化,用将位移分段方法,将曲线分成非常短的一段段小位移,在每一小段位移内,n的大小和方向可以认为是不变的,且与这一段位移垂直,根据功的计算公式,支持力在这一小段上不做功,所以支持力在物体运动的全过程中都不做功,可见支持力始终与物体运动方向垂直。
关于摩擦力做功的问题
不论是静摩擦力,还是滑动摩擦力既可以对物体做正功,也可以对物体做负功,还可能不对物体做功。力做功是要看哪个力对哪个物体在哪个过程中做的功,而不是由力的性质来决定的。力做正功还是做负功要看这个力是动力还是阻力。摩擦力可以是动力也可以是阻力,也可能与位移方向垂直。
滑动摩擦力对物体做负功——物体克服滑动摩擦力做功,这是比较常见的情形。滑动摩擦力可以做正功,如上图所示,平板车放在光滑水平面上,右端放一小木块,用力f拉平板车,结果木块在平板上滑动,这时平板给木块的滑动摩擦力 水平向右,木块的位移也向右,滑动摩擦力 对木块做正功。滑动摩擦力不做功的情况如右图所示。a、b叠放在水平面上,b用一水平绳与墙相连,现用水平力f将a拉出,物体a对b的滑动摩擦力 水平向右,b的位移为零,所以,滑动摩擦力 对b不做功。
静摩擦力做功的情况可用上图所示的装置来说明。若用水平力f拉平板车,木块与平板车保持相对静止,
而一起向右做加速运动,则平板车将给木块水平向右的静摩擦力 (用来产生加速度),在木块运动过程中,此力对木块做正功。根据牛顿第三定律,木块也将给平板车水平向左的静摩擦力 而平板车的位移水平向右,故木块给平板车的静摩擦力对平板车做负功。如果放在水平地面上的物体,用一水平力去拉但没拉动,此时物体受的静摩擦力与水平力大小相等,方向相反,但物体位移为零,所以静摩擦力不做功。如果受静摩擦力作用的物体位移不为零,静摩擦力做功也可能为零,如右图所示,匀速向右行驶的车厢内,用力将物块m压在左壁上,物块相对车厢静止,由力的平衡知,车厢壁对物块有竖直向上的静摩擦力 ,位移方向水平向右,故 与位移方向垂直,静摩擦力对物块不做功。
《功》教学设计 第2篇
一、教学设计思路
在前面已经学了电功和电功率的知识,对于本节课学生已经不会感觉到陌生。在教学中要充分的强调功是能量转化的量度这一点,让学生明白功的两个因素是力和距离发,教材上也用了很多的例子,大量的图片事例来说明这一点。可以作一下教材上的实验,使学生对影响功的两个因素有充分的认识。
二、教学目标
知识与技能
解释做功是能量转化或转移的过程。
能背诵功的概念,阐明使用任何机械都不能省功。
过程与方法
通过观察和实验了解功的物理意义。
情感价值观
具有对科学的求知欲,乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理,有将科学技术应用于日常生活、社会实践的意识。
三、重点难点
功的计算
影响功的两个因素通过实验来得出,设计表格得出公式w=fs
四、教学媒体
多媒体电脑,投影机
五、课时建议
1课时
六、教学过程
教学步骤 教师活动 学生活动
引入 播放踢足球的动画引入在力的作用下足球有了动能和势能,放映图片"炮打飞人,掷铁饼的图片",放映功的视频文件,还有课本上的图片。提出问题,它们的共性是什么? 观看图片并思考他们的共性。准备回答问题
功 通过上面的例子向学生提问它们的共性。总结结论
物体在力的作用下动能和势能发生了改变,我们就说力对物体做了功(work) 学生回答问题,通过课本上刹车的例子,体会生命的可贵。
影响功的两个因素 观看马拉车,举杠杆,人提水桶不做功的动画。让学生思考为什么有的做了功,有的没有做功。得出一个设想。
做实验验证自己的设想,学生分组做课本上动滑轮的实验,在设计一个定滑轮的实验
总结学生的结论总结规律:
功和力和在距离有关,这两个量的乘积是不会变的
物理学上把力和力的方向上移动的距离的乘积叫做功(work)
功=力力的方向上移动的距离
用公式表示就是w=fs
w--功--焦耳(j)
f--力--牛顿(n)
s--距离--米(m)
讲解焦耳的生平和对科学的贡献 学生观看并思考。做分组实验。
得出结论,总结共性,在实验中得到乐趣,体会经过验证得出的结论才是正确的结论。
通过焦耳的例子体会科学探索的过程的科学家的贡献。体会物理来源于生活,作用于生活
想想议议 结合人提水桶不做功的动画来想想为什么要强调"在力的方向上" 学生讨论,得出结论
七、板书设计
第三节 功和功率
功
力和力的方向上移动的距离的乘积叫做功(work)
用公式表示就是w=fs
w--功--焦耳(j)
f--力--牛顿(n)
s--距离--米(m)
《功》教学设计 第3篇
“功”教学设计
吉林省敦化市黄泥河镇中学 牟善秋 课题一、功授课牟善秋教
学
目
标知识与技能1.知道做功的两个必要因素。
2.理解功的定义、计算公式和单位,并会用功的公式进行简单计算。
3.知道功的原理。过程与方法1.通过思考和讨论,判断在什么情况下力对物体做了功,在什么情况下没有做功?
2.学会从物理现象中归纳简单的物理规律。
3.通过观察和实验,了解功的含义,学会用科学探究的方法研究物理问题。情感态度
与价值观1.乐于探索自然现象和物理规律,乐于参与观察、实验、探索活动。
2.有将科学技术应用于日常生活、社会实践的意识。
3.培养学生的综合学习能力,激发学生的求知欲。教学重点理解功的概念。教学难点判断力对物体是否做功,以及做功的计算。教法与学法讲授法直观法(演示实验、多媒体课件) 阅读指导法 讨论法归纳法教具木块、木板、细绳、弹簧测力计、小车,杠杆和支架、钩码、滑轮、细线、刻度尺(两个)。过程教师活动学生活动设计说明引入新课提问学生回答日常生活中“功”的含义。思考力学里所说的“功”含义。
演示实验:在水平长木板用相同大小的力分别拉一木块和小车。
在实验基础上引入本课内容。思考、回答
观察木块、小车的运动状态,思考并评价这两个力的作用成效。激发学生积极思考问题。
使抽象的知识形象、具体,便于学生接受。
教
学
过
程
设
计
教
学
过
程
设
计
课堂
小结一、进行新课
1.由课前的演示实验引导学生总结出力学中关于“功”的确切含义:
如果一个力作用在物体上,并且使物体在力的方向上通过一段距离,这个力的作用就有了成效,力学里面就说这个力做了功。
2.请学生观察教材图14.1-1中力做功和14.1-2中力不做功的实例,分析、总结一下力学中的做功有哪些共同特点?分组讨论总结。
板书:力学中做功的两个必要因素:
一是作用在物体上的力
二是物体在这个力的方向上移动的距离
3.实例分析(突破难点)
举例说明在你的周围你发现有哪些做功的例子?比一比,看谁对生活观察得最仔细?学生可能举很多的例子?如起重机吊起重物、火箭升空、马拉车前进等等。教师对正确的例子予以肯定,对错误的例子引导改正。
接下来看老师这里的几个例子是否有做功的情况存在?
(1)举重运动员在把杠铃举高过程中是否对杠铃功。举在高处停留5秒过程中是否做功?
(2)小球在光滑水平地面做匀速直线运动,小球在竖直方向上受什么力的作用?是否做功?在水平方向上是否受力?是否做功?
(3)起重机使货物在水平方向上匀速移动一段距离,拉力对货物做功了吗?
引导学生根据以上事例分析、总结在什么情况下不做功?
通过以上的学习,知道了做功不能离开两个必要因素,缺一不可,又知道有三种情况下不做功,那么我们猜想一下,力学中的功的大小可能与哪些因素有关呢?指导学生带着问题去阅读教材。
二、功的计算
力学里规定,功等于力和物体沿力的方向上通过的距离的乘积。
板书:功的计算公式:
功=力×距离w=fs
单位:焦耳,简称焦符号j
1焦=1牛·米(1j=1n·m)
出示例题,启发学生分析计算。
三、功的原理
1.启发学生提出探究的话题:使用机械是否省功。
2.指导学生探究实验。
3.分析实验数据,启发学生讨论归纳出功的原理
请学生谈自己知道本节哪些知识,还想知道哪些内容及对本课的感受,教师进行情感激励。
布置作业
估算一下你上楼到教室时,克服自身重力做多少功?
分析、总结
观察、思考、回答各图中力做功和没有做功的原因,分析、概括、总结出做功的两个必要因素。
思考、回答、交流、讨论。
分析、总结
思考、讨论后,按教师提出的问题有目的阅读,并交流自己的观点
动手计算
提出问题,猜想
在教师的启发下,设计实验方案,并在实验基础上进行分析、论证。
各小组进行本节课的评估与交流。
培养学生观察、分析、概括能力。
培养学生的发散思维能力。
培养学生分析、概括、总结能力
培养学生的思维能力和阅读理解能力
培养学生的学生分析计算能力
培养学生实验能力、合作意识及分析概括能力。学会科学探究方法。
《功》教学设计 第4篇
课题
功
课型
新授课(计划2课时)
教学目标
1.知识与技能
(1)理解功的概念和做功两个要素;
(2)会利用公式进行有关运算。
2.过程与方法
(1)理解正、负功的含义,能解释相关现象;
(2)w=fscosa要灵活运用。
3.情感、态度与价值观
通过学习功的概念及其公式导出的过程,让学生体会并学习物理学的研究方法,认识物理模型和数学工具在物理学发展过程中的作用。
教学重难点
教学重点
理解功的概念及正负功的意义。
教学难点
利用功的定义式解决有关问题。
教学关键
学生要在理解力对物体做功的两个要素的基础上掌握功的概念和机械功的计算公式。
教学工具
计算机、投影仪、cai课件等。
教学方法
从学生已学的知识出发,循序渐进,通过提出问题,分析问题,得出结论,遵循学生的认知规律;采用启发和引导学生对它们加以综合比较,进一步完善和巩固“功”的概念。
教师活动
学生活动
引入新课
1.同学们:在上课之前,我们来重温“神舟7号载人飞船”直击长空,振奋人心的发射录像。播放视频,教师讲解,说明在燃料燃烧的推力作用下,火箭冉冉升起于碧空之中。这个过程涉及了今天要学习的内容。
(板书:5.2 功)
2.提问:什么叫做力做功?功的两个必要因素是什么?
3.要求学生动手将物理课本从桌子的一端移动到另外一端(或移到窗台上)。
4.请一学生将一书包从教室左端提到右端。
5.请一学生将放有重物并带有拉绳的小车从教室的前排拉到后排。
6.提示:可以采用不同的方法,如平推、上提、斜拉等搬运方法达到搬运的目的。
7.提出问题:几位同学在上述操作过程中,他们对物体的作用力在那些阶段做了功?若做功,所做的功如何计算?
1.观看视频,产生强烈的学习愿望。明确今天的学习内容。
2.让学生回忆和复习初中已学过的功的概念。
3.回忆初中学过的功的两个必要因素。
4.动手操作后并将操作过程用示意图画在黑板上。
5.思考问题。
进行新课
(一)功的概念
提出问题:高中对功是怎样定义的呢?
引导学生扩展:高中我们已学习了位移,所以做功的两个要素我们可以认为是:作用在物体上的力。物体在力的方向上移动的位移。
3.举例并指导学生分析:人拉车向前运动,说明拉力对车做了功。(强调车在拉力作用下,发生了哪一段位移,并指明位移的方向。)
4.强调力和物体在力的方向上发生一段位移,是做功的两个不可缺少的因素。
5.想一想,高中物理中功的概念与初中有什么不同?
6.“位移”与“距离”有什么区别?“发生”跟“通过”有什么差异?
7.引导学生分析后讲解:位移是矢量,距离是标量。发生的一段位移并不要求物体非要沿着发生位移的路径通过,如人提水桶上坡,提力对水桶做功。人提水桶上坡的运动可分解为水平方向,竖直方向两个分运动。提力对作水平方向上分运动的水桶不做功,对作竖直方向上分运动的水桶不做功。用“发生一段位移”取代“通过的距离”不是简单的更换词组,它使我们所学的功的概念更深刻、更严密、更科学、更具普遍意义。其实,功这个概念是19世纪人们在广泛使用各种机械时总结出来的。随着实践的发展和科学的进步,功的概念也渐趋严密、科学、完善。我们学习功的概念也应由浅入深,由局部到一般。在今天和往后的学习中,我们是能体会到这一点的。(适时地对学生进行科学史观和认知规律的教育)
1.思考老师提出的问题。
2.在老师的引导思考,回答问题。
3.分组讨论得出不同点:①高中讲“位移”,初中讲“距离”。②高中讲“发生”一段位移,初中讲“通过”的距离。
4.通过分析、讨论、归纳,认识到做功的两个因素:①作用在物体上的力。②物体在力的方向上移动的位移。
(二)推导功的表达式
1.一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动方向不一致呢?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,在初中的基础上进行扩展。
2.如果力的方向与物体的运动方向一致,该怎样计算功呢?
展示问题一:物体m在水平力f的作用下水平向前行驶的位移为s,如图甲所示,求力f对物体所做的功。
3.如果力的方向与物体的运动方向不一致,而是成某一角度,又该怎样计算功呢?
展示问题二:物体m在与水平方向成α角的力f的作用下,沿水平方向向前行驶的距离为s,如图乙所示,求力f对物体所做的功。
4.展示学生的推导结果,点评、总结,得出功的定义式。
5.讲解: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=fscosα
w表示力对物体所做的功,f表示物体所受到的力,s物体所发生的位移,α力f和位移之间的夹角。功的公式还可理解成在位移方向的分力与位移的乘积,或力与位移在力的方向的分量的乘积。在si制中,功的单位为焦。1j=1n·m在用功的公式计算时,各量要求统一采用国际单位制。
6.对功的一般公式w=fscosα是如何理解的?
1.思考老师提出的问题,根据功的概念独立推导。
在问题二中,由于物体所受力的方向与运动方向成一夹角α,可根据力f的作用效果把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,如图所示:
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=fscosα。
2.在教师的指导下进一步体会:①功是标量、过程量;②f一般为恒力,可以是某一个力也可以是几个力的合力,但要求这个合力也是恒力,若作用力是变力,千万不能用;③s为力f作用时物体所发生的位移,不一定是力的方向上的位移;④α是f与s的夹角;⑤要计算功只要找恒力f、s和α就可以了,不必计较物体的做怎样的运动。
(三)正功和负功
1.指导学生阅读课文第5页的正功和负功一段。
通过上边的学习,我们已明确了力f和位移s之间的夹角,并且知道了它的取值范围是0°≤α≤180°。那么,在这个范围之内,cosα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。请画出各种情况下力做功的示意图,并加以讨论。
2.根据学生画图情况,点评、总结。
3.指导学生阅读课文。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。
4.倾听学生回答,点评、总结。
在对功的意义认识的基础上,指导学生讨论体会正功的意义是: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。功是能量转化的量度。
5.也可以引导学生这样来理解正功和负功:
①功的正负表示是动力对物体做功还是阻力对物体做功;
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。
②功的正负是借以区别谁对谁做功的标志;
功是标量,只有量值,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。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,往往说成物体克服这个力做功。打个比喻,甲借了乙500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-10j的功,可以说成物体克服这个力做了10j的功。
1.认真阅读教材,思考老师的问题。
①当α=π/2时,cosα=0,w=0。力f和位移s的方向垂直时,力f不做功;
②当α<π/2时,cosα>0,w>0。这表示力f对物体做正功;
③当π/2<α≤π时,cosα<0,w<0。这表示力f对物体做负功。
2.阅读课文,理解正功和负功的含义。回答老师的问题。
(四)合力做功
1.刚才我们学习了一个力对物体所做功的求解方法,而物体所受到的力往往不只一个,那么,如何求解几个力对物体所做的功呢?
2.出示例题:如图所示,一个物体在拉力f1的作用下,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?
抽几名学生在黑板上演示解题过程,点评总结。
3.进一步解析: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=fscosα,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=(f1cosα-f2)s根据正交分解法求得物体所受的合力f=f1cosα-f2 合力方向向右,与位移同向;
合力所做的功为:w=fscos0°=(f1cosα-f2)s
4.强调:在求合力功的时候一定要分析清楚所有做功的外力是否在同一过程中。
1.认真审题,解决问题。
2.专心听老师分析讲解。
3.在老师的指导下讨论得出: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)求出各个力的合力,则总功等于合力所做的功。
典型例题
出示题目:一个质量m=2kg的物体,受到与水平方向成30°角斜向上方的拉力f1=100n,在水平地面上移动的距离s=10m。物体与地面间的滑动摩擦力f2=40n。求外力对物体所做的总功。
认真审题,解答,并阐述自己的解题方法。
课堂小结
1.引导学生在交流的基础上小结本节内容。
2.让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结,其他同学在笔记本上总结,然后请同学评价黑板上的小结内容。
3.总结课堂内容,培养学生概括总结能力。
认真总结概括本节内容,比较黑板上的小结和自己的小结,并补充完整。
板书设计
1.功的概念:作用在物体上的力,使物体在力的方向上发生一段位移,我们就说,这个力对物体做了功。力和在力的方向上发生一段位移是做功的两个必要因素。
2.功的公式:w=fscosα,这是计算功的普适公式,f、s均是矢量,α是两矢量间的夹角,在国际单位制中,功的单位是焦耳。
3.对功的公式的讨论
①当0≤α<π/2时,力对物体做正功
②当π/2<α≤π时,力对物体做负功
③当α=π/2时,力对物体不做功
4,合力的功
合力的等于各分力功的代数和。
《功》教学设计 第5篇
【教学内容分析】
一、内容与地位
在《普通高中物理课程标准(实验)》的共同必修模块物理2的内容标准中涉及本节的内容有“理解功的概念”。该内容要求学生知道功的概念;会分析物体位移的方向与力的方向不在一条直线上时力所做的功;能正确运用功的公式,计算各力做功的大小;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;掌握合力做功的两种计算方法。
“机械功”承接和发展了初中讲过的功的公式,是在学生已知的特殊情况下(与在同一直线上)的功的公式基础上的扩展,扩展为功的一般公式时(力与位移互成夹角),突出了力做功的效果。功是力学中的基本概念,在用能量途径研究物体的运动时,功的概念是不可缺少的,此外这部分知识与现代生活、生产等有着密切的联系,也是本章的学习的一个基础。因此,在教学中应注重培养学生推理能力,同时教师创设一些任务,让学生在完成任务中运用科学思维解决物理问题,让学生了解物理思想和物理方法,体会物理学在生活和生产中的应用以及对社会发展的影响,让学生得到成功的体验,享受成功的愉悦,激发学习的热情和责任感。
二、教学目标
1.理解功的概念,知道做功的两个不可缺少的因素。
2.掌握功的公式:,会计算恒力的功,掌握计算总功的方法。
3.知道功是标量,认识正功、负功的含义。
4.通过学习功的概念及其公式导出的过程,让学生体会并学习物理学的研究方法,认识物理模型和数学工具在物理学发展过程中的作用。
三、教学重点、难点
1.重点是使学生在理解力对物体做功的两个要素的基础上掌握功的概念和机械功的计算公式。
2.物体在力的方向上的位移与物体运动的位移容易混淆,这是难点。
3.要使学生对负功的意义有所认识,也较困难,也是难点。
4.如何判定各个力做功的正负和各个力所做的总功的计算。
【案例设计】
一、导入新课
应用实物器材,让几位学生到台上(或前排)动手操作将物体从一个位置移动到另一位置。例如:
1.出示茶杯,要求学生动手将茶杯从讲台桌的一端移动到另外一端(或移到窗台上)。
2.将一桶水从教室左端提到右端。
3.放有重物并带有拉绳的小车从教室的前排拉到后排。
让学生动手操作上述几种过程并将操作过程用示意图展示在黑板上。
预测:学生可以采用不同的方法,如平推、上提、斜拉等搬运方法达到搬运的目的。
教师提出问题:几位同学在上述操作过程中,他们对物体的作用力在那些阶段做了功?若做功,所做的功如何计算?
在上述过程中主要有两中情况:1.与在同一直线上或垂直;2.与不在同一直线上而是互成某一夹角。教师组织学生分析讨论。
情况1预测:有做功,。
情况2预测: a.有做功,;
b.没有做功。
说明:学生在对与在同一直线上或垂直的情况(如图1所示),分析力是否做功以及做功的多少,可应用初中所学知识,基本上可以顺利解决。但教师在这里仍应结合学生的回答,介绍和强调:功是过程量,功是力作用在物体上通过一段位移(或一段时间)才发生的。求功时一定要明确要求的是哪一个力在哪一段位移(过程)上做的功。学生对与互成夹角时,力是否做功以及做多少功?会遇到困难,借此引入新课。
二、讲授新课
讨论探究功的一般表达式:
当与互成夹角时,力是否做功以及做功的多少,正是本节课所要学习的内容,下面通过同学们分组讨论探究,并请小组代表回答下面所提出的问题。
设疑:1.如果人用斜向上的力拉车前进时,车发生了一段位移,如图2。图2与图1例子中的拉力有什么主要的不同之处?
预测:a.图1中的力水平方向,图2中的力沿与水平方向成角。
预测:a.图1中的力沿水平方向,图2中的力沿与水平方向成角的方向。
b.图1中的力与在同一方向上,而图2中的力与方向之间有一夹角。
设疑:2.图2中力是否做功,其做功大小为多少?为什么?
教师引导:同学们是否可以从力的作用效果出发,并用力的分解知识讨论到底是否做功?若做功,该如何计算?
预测:a.不做功。因为不是物体在力的方向上的位移。
b.做功,。因为有力,位移为。
c.做功,。因为只适用于与在同一直线上,而图2中与不在一直线上,如果我们用两个分力和代替,即将沿两个方向分解:一个分解为与位移方向在同一直线上的分力,另一分解为跟位移方向垂直的分力,如图3所示,则:。
分力的方向跟位移方向垂直,所以分力所做的功等于零。
分力对物体所做的功的等于。
根据合力与分力的作用效果相同可得。
d.做功,。因为若将物体的位移沿力的方向投影,其值为,则可以认为力方向上的位移是(如图4所示)。根据功的定义即可得到计算公式:。
说明:对于功的一般表达式的推导过程采用讨论探究的方式进行,为学生提供参与自主学习的机会,不仅注重知识的形成过程,培养学生逻辑推理能力,而且增强学生学习的积极性和主动性。若学生基础较好可以预测,那么视学生讨论情况及时补充讲解。若学生没有提出项讨论,则可以在后续的学习中逐渐体会,不必苛求。
教师小结:力与物体在力的方向上发生的位移是做功的两个不可缺少的因素,一个力对物体所做的功,等于力的大小、位移的大小、力和位移的夹角的余弦三者的乘积。即。
当恒力对物体做功时,公式有普遍意义。求一个力对物体所做的功:当力的方向和位移方向相同时,,力所做的功;当力的方向和位移方向成角时,则有不同的方法处理求解:一是应用公式直接代入相应的各个物理量运算求解;二是先把力正交分解,求出力在位移方向上的分量,由于力与位移方向垂直的分力不做功,因此功;三是先求出位移在力的方向上的分量,再求功。
4.学生叙述功的求解公式中各个字母的含义及单位。
5.正功和负功(1)首先从公式中的可能值入手,让学生讨论完成下表,得出功 可能为正值、负值或零,并让学生例举力对物体做正功和做负功实例。
的取值
的值
功的正负
1
力对物体做正功
0<
大于0
力对物体做正功
0
力跟位移垂直时,不做功