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　　初三物理功教案

　　《功》教學設計

　　浙江省桐鄉(xiāng)市高級中學　胡亦中

　　一、教學目標

　　1.知識和技能

　　(1)理解功的概念。

　　(2)理解功的兩個要素。理解功的正負的物理意義。

　　(3)會用功的定義式計算恒力做功的大小。

　　2.過程和方法

　　(1)通過“功”的學習認識建立物理概念的一般方法。

　　(2)感受正交分解法推導力做功的計算式。

　　3.情感、態(tài)度和價值觀

　　體驗物理知識在生產生活的廣泛應用，激發(fā)探究的興趣和學習的熱情。

　　二、教學重點和難點

　　1.重點是力對物體做功的兩個要素和掌握功的計算公式。

　　2.難點是功的正負和對“克服阻力做功”的理解。

　　三、教學流程

　　1.教學流程圖

　　2.教學流程說明

　　情景Ⅰ 生活實例

　　(1)貨物在起重機作用下被舉高了;(2)機車制動后，列車逐漸駛向站臺。

　　活動Ⅰ 討論

　　請學生分析貨物、列車的能量變化。講出功的定義(若物體在力的作用下能量發(fā)生變化，那么這個力一定對物體做了功)。

　　活動Ⅱ 搬重貨物

　　三種方式搬貨物。一種只做原地上下搬的過程，另外一種則搬著貨物來回走動。第三種原地搬起貨物挺住不動。這些情景，讓學生講出做功的兩個要素。

　　活動Ⅲ 討論、交流

　　(1)邏輯推理，探究功的規(guī)律

　?、俟Φ墓?/p>

　　如圖1，力F使滑塊發(fā)生位移l這個過程中，F(xiàn)對滑塊做了多少功如何計算?

　　計算公式：W=Fl。

　　如果細繩斜向上拉滑塊，如圖2所示，這種情況下滑塊沿F方向的位移是多少?

　　學生討論：分析并得出這一位移為lcosθ。至此按功的前一公式即可得到如下計算公式：

　　W=Flcosθ

　　結論：力對物體所做的功，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。

　　運用公式計算功：給出F=100N、l=5m、θ=37°，與同學一起計算功W，得出W=400N·m。就此說明1N·m這個功的大小被規(guī)定為功的單位，為方便起見，取名為焦耳，符號為J，即1J=1N·m。

　　在國際單位制中，功的單位是焦耳(J) 1J=1N·m

　　②功是標題，探究合力的功

　　再根據(jù)公式W=Flcosθ做啟發(fā)式提問

　　將F分解到l的方向上得到這個分力為Fcosθ，再與l相乘，結果仍然是W=Flcosθ。

　　例1　如圖所示，F(xiàn)1和F2是作用在物體P上的兩個水平恒力，大小分別為：F1=3N，F(xiàn)2=4N，在這兩個力共同作用下，使物體P由靜止開始沿水平面移動5m距離的過程中，它們對物體各做多少功?它們對物體做功的代數(shù)和是多少?F1.　F2的合力對P做多少功?

　　從合力功與分力功所遵從的運算法則，深化功是標量的認識。

　　解答過程如下：位移在F1、F2方向上的分量分別為l1 =3m、l2 =4m，F(xiàn)1對P做功為9J，F(xiàn)2對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，合力對物體做功為W =FS =5N×5m=25J。

　　合力做功

　　兩種求法： W合=F合·l·cosθ; W合=W1+W2+W3… 此為代數(shù)和

　?、圻\用公式—探究正功、負功

　　沒有方向，但有正負之分。

　　總結：

　　當0°≤θ<90°時，cosθ為正值，W為正值，稱為力對物體做正功，或稱為力對物體做功。

　　當θ=90°時，cosθ=0，W=0，力對物體做零功，即力對物體不做功。

　　當90°<θ≤180°時，cosθ為負值，W為負值，稱為力對物體做負功，或說物體克服這個力做功。

　　同學討論正功、負功的物理意義，它們反映了什么問題?

　　例2　如圖中，a圖中的推力對正在前進中的小車來說是阻力，b圖中小車受到的滑動摩擦力阻礙小車的運動，c圖中上升中的小球，重力與運動方向相反阻礙小球的上升，三個力均對物體做負功：

　　a.圖中推力做功

　　b.圖中摩擦力做功

　　c.圖中重力做功

　　討論結果：當力對物體做正功，這個力對物體來說是動力。

　　力對物體做負功，從動力學的角度看，這個力是阻力，對物體的運動起阻礙作用。

　　一個力對物體做了負功，往往說成物體克服這個力做了功(取絕對值)，即：

　　(2)實際運用

　　例3　一人乘電梯從1樓到10樓，在此過程中經歷了先加速、后勻速，再減速的運動過程，則地面上的觀察者考察電梯支持力對人做功情況是(　　)

　　A.加速時做正功，勻速時不做功，減速時做負功

　　B.加速時做正功，勻速和減速時做負功

　　C.加速和勻速時做正功，減速時做負功

　　D.始終做正功

　　例4　如圖所示，一質量為m=10kg的雪橇，受到與水平方向成37°斜向上的拉力作用從靜止開始運動，力的大小為F=100N，使雪橇在水平地面上移動l=5m，如圖所示。雪橇與地面間的滑動摩擦力為Ff=70N。求：

　?、偃藢ρ┣恋睦λ龅墓?

　?、谘┣量朔Σ亮λ龅墓?

　?、哿ρ┣了龅目偣?。(sin37°=0.6，cos37°=0.8)

　　(3)作業(yè)布置 略

　　高中物理必修2《功》教案

　　教學目標

　　1、知識與技能

　　(1)理解功的概念，知道力和物體在力的方向發(fā)生位移是做功的兩個不可缺少的因素;

　　(2)理解正功和負功的概念，知道在什么情況下力做正功或負功;

　　(3)知道在國際單位制中，功的單位是焦耳(J)，知道功是標量;

　　(4)掌握合力做功的意義和總功的含義;

　　(5)掌握公式W=Fs cosα的應用條件，并能進行有關計算。

　　2、過程與方法：理解正負功的含義，并會解釋生活實例。

　　3、情感、態(tài)度與價值觀：功與生活聯(lián)系非常密切，通過探究功來探究生活實例。

　　教學重難點

　　教學重點

　　重點使學生掌握功的計算公式，理解力對物體做功的兩個要素;

　　教學難點

　　1.難點是物體在力的方向上的位移與物體運動方向的位移容易混淆，需要講透、講白;

　　2.使學生認識負功的意義較困難，也是難點之一。

　　教學過程

　　一、功

　　1.基本知識

　　(1)功的定義

　　一個物體受到力的作用，并在力的方向上發(fā)生了一段位移，我們就說這個力對物體做了功.

　　(2)做功的因素

　?、倭?②物體在力的方向上發(fā)生的位移.

　　(3)功的公式

　?、倭與位移l同向時：W=Fl.

　?、诹與位移l有夾角α時：W=Flcos_α，其中F、l、cos α分別表示力的大小、位移的大小、力與位移夾角的余弦.

　?、鄹魑锢砹康膯挝唬篎的單位是N，l的單位是m，W的單位是N·m，即J.

　　(4)正功、負功

　　(5)合力的功

　　功是標量，當物體在幾個力的共同作用下，發(fā)生一段位移時，這幾個力對物體所做的總功等于各個力分別對物體所做功的代數(shù)和，也等于這幾個力的合力對這個物體所做的功.

　　2.思考判斷

　　(1)公式W=Fl中的l是物體運動的路程.(×)

　　(2)力F1做功10 J，F(xiàn)2做功-15 J，力F1比F2做功少.(√)

　　(3)力對物體不做功，說明物體位移一定為零.(×)

　　探究交流

　　一個人提著一水桶，在水平路面上勻速行走了一段路程，人對水桶是否做了功?

　　【提示】　人提著水桶在水平路面上行走，人提桶的力對水桶不做功.因為人提水桶的力，沿豎直方向，而水桶在豎直方向上無位移.

　　二、功及正功、負功的理解

　　【問題導思】

　　1.公式W=Flcos α中各符號的意義如何?

　　2.功有正負，功是矢量嗎?

　　3.做功與做工相同嗎?

　　1.對公式W=Flcos α的理解

　　(1)各符號的含義：F表示力的大小;l表示力的作用點相對于地面位移的大小，當力的作用點的位移與物體的位移相同時，也常常說是物體相對于地面的位移大小;α表示力和位移方向的夾角.

　　(2)W=F·lcos α與W=Fcos α·l的理解

　　公式可以表示為W=F·lcos α，表達的物理意義是功等于力與沿力F方向的位移的乘積;公式也可以表示為W=Fcos α·l，表達的物理意義是功等于沿位移方向的力與位移的乘積.

　　2.對正功、負功的理解

　　(1)功是標量：功是標量，只有量值，沒有方向.功的正、負并不表示功的方向，而且也不是數(shù)量上的正與負.我們既不能說“正功與負功的方向相反”，也不能說“正功大于負功”，它們僅表示相反的做功效果.

　　(2)正功、負功的物理意義：功的正負由力和位移之間的夾角決定，所以功的正負不表示方向，而只能說明做功的力對物體來說是動力還是阻力.

　　(3)一個力對物體做負功，往往說成物體克服這個力做功.

　　誤區(qū)警示

　　1.計算功時首先應明確要求的是哪一個力的功，物體所受的各個力做功時互不影響.

　　2.物理學中的“做功”與日常生活中的“工作”含義不同.

　　例：如圖所示，平行于斜面向上的拉力F使質量為m的物體勻速地沿著長為L，傾角為α的斜面的一端向上運動到另一端，物體與斜面間的動摩擦因數(shù)為μ，分別求作用在物體上各力對物體所做的功.

　　【審題指導】　審題時應注意以下條件

　　(1)物體勻速運動，合力為零，且各力均為恒力.

　　(2)求力的功時，要特別關注力和位移的夾角.

　　【答案】　拉力做功mgL(sin α+μcos α)，重力做功-mgLsin α，摩擦力做功-μmgLcos α，斜面彈力對物體不做功

　　規(guī)律總結：力做正功還是負功的判斷方法

　　1.看力F與位移l的夾角α

　　α<90°，力做正功;α>90°，力做負功;α=90°，力不做功.

　　2.看力F與速度v的夾角α

　　α<90°，力做正功;α>90°，力做負功;α=90°，力不做功.

　　3.看速率增大還是減小，若在力作用下速率增大，此力做正功，反之做負功.

　　三.摩擦力功的理解

　　【問題導思】

　　1.靜摩擦力一定不做功嗎?

　　2.滑動摩擦力一定做負功嗎?

　　3.相互作用的一對靜摩擦力的總功和一對滑動摩擦力的總功分別如何?

　　我們知道運動的物體可以受滑動摩擦力或靜摩擦力，靜止的物體也可以受滑動摩擦力或靜摩擦力.

　　總結

　　(1)當靜止的物體受到滑動摩擦力或靜摩擦力時，摩擦力對該物體不做功.

　　(2)當運動的物體受到滑動摩擦力或靜摩擦力時，摩擦力可能是阻力，也可能是動力.當摩擦力為動力時，摩擦力做正功;當摩擦力為阻力時，摩擦力做負功.

　　(3)求摩擦力做的功時，對于靜摩擦力，由于物體之間相對靜止，兩物體位移相同.因此一對靜摩擦力做功的代數(shù)和為零.對于滑動摩擦力，由于物體之間有相對滑動，故兩個物體的對地位移并不相同，因此兩個相互作用的滑動摩擦力做功的總和不為零.

　　例：質量為M的木板放在光滑的水平面上，一個質量為m的滑塊以某一速度沿木板表面從A點滑至B點，在木板上前進了L，而木板前進l，如圖所示.若滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)為μ，求摩擦力對滑塊、對木板做功各為多少?摩擦力做的總功為多少?

　　【審題指導】　解答此題應把握以下兩點：

　　(1)兩物體所受摩擦力的方向.

　　(2)求功時所用位移是指物體對水平面的位移.

　　【答案】　-μmg(l+L)　μmgl　-μmgL

　　四、總功及其求解思路

　　【問題導思】

　　1.什么是總功?

　　2.總功的求法有哪些思路?

　　3.上述思路常適用于哪些情況?

　　由合力與分力的等效替代關系知，合力與分力做功也是可以等效替代的，因此計算總功的方法有兩種：

　　1.先求物體所受的合力，再根據(jù)公式W合=F合lcos α求合力的功.

　　2.先根據(jù)W=Flcos α，求每個分力做的功W1、W2、W3、…、Wn，再根據(jù)W合=W1+W2+W3+…+Wn，求合力的功.即合力做的功等于各個分力做功的代數(shù)和.

　　誤區(qū)警示

　　方法(1)：僅適用于幾個力同時作用于物體上，且它們均不發(fā)生變化的情況;

　　方法(2)：在任何情況下都適用，不管是幾個力同時作用，還是作用時間有先后.

　　例：如圖所示，一個質量m=2 kg的物體，受到與水平方向成37°角斜向上方的力F=10 N作用，在水平地面上移動的距離l=2 m，物體與地面間的滑動摩擦力Ff=4.2 N，求外力對物體所做的總功.(cos 37°=0.8，sin 37°=0.6)

　　【審題指導】　求解該題一般有如下兩種思路：

　　【答案】　7.6 J

　　規(guī)律總結：靈活選擇兩種求合力功的方法

　　1.如果物體處于平衡狀態(tài)或在某一方向受力平衡，或者物體在某一方向上做勻變速直線運動

　　(合力等于ma)，先求合力再求功的方法更簡捷.

　　2.如果已知物體所受的力之中有的不做功，有的做功且方便求得該力的功(如重力功)時，選擇W合=W1+W2+W3+…+Wn簡單方便.

　　例：如圖所示，質量為m的物體靜止在傾角為θ的斜面上，物體與斜面間的動摩擦因數(shù)為μ.現(xiàn)使斜面水平向左勻速移動距離l.該過程中，斜面對物體做的功、各力對物體做的總功分別是(　　)

　　A.-mglsin θcos θ，0

　　B.0,0

　　C.0，mglsin θcos θ

　　D.-mglsin θcos θ，mglsin θcos θ

　　【答案】　B

　　五、變力功的求法

　　例：如圖所示，擺球質量為m，懸線的長為L，把懸線拉到水平位置后放手.設在擺球運動過程中空氣阻力Ff的大小不變，求擺球從A運動到豎直位置B時，重力mg、繩的拉力FT、空氣阻力Ff各做了多少功?

　　【答案】　mgL;0;

　　《功》教學設計

　　一、教學目標

　　(一)知識與技能

　　1.知道力學中做功的含義。能說出做功包含的兩個必要因素，并能判斷出力是否對物體做功。

　　2.明確計算功的大小的表達式，以及表達式中每個物理量的物理意義和單位。

　　3.能應用公式進行簡單的計算。

　　(二)過程與方法

　　1.通過實驗和生活中的例子，理解做功包含的兩個必要因素，判斷出力是否對物體做功。

　　2.通過觀察和分析，了解功的含義，學會用科學探究的方法研究物理問題。

　　(三)情感態(tài)度與價值觀

　　1.通過聯(lián)系生活、生產實際激發(fā)求知欲，培養(yǎng)探索自然現(xiàn)象和日常生活中的物理學道理的興趣。用物理學史培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和科學精神。

　　2.通過合作性的探究，展示性交流，增強自信，樹立自尊、學會合作的意識，追求學生和諧發(fā)展。

　　二、教學重難點

　　在學習《功》這一節(jié)以前，學生已學習了力和力的作用效果、壓強等知識，功是力的另一種效果。學習功是對前面知識的延續(xù)和應用，同時也是學習后面功率、機械效率、能等知識的必要知識儲備。本節(jié)從日常生活常見的具體實例入手，讓學生分析力作用在物體上，產生的不同效果，從而理解做功的必要條件。然后介紹了功的計算公式、單位以及應用公式進行簡單的計算。解決力學問題時，如果從能量角度研究，有時會更簡便。研究功的重要意義在于，可以通過做功研究能量的變化，為研究能量轉化過程奠定定量分析的基礎。對功的概念的認識水平直接影響能的概念的形成和功能關系的建立。

　　本節(jié)內容由“力學中的功”和“功的計算”兩部分構成。其中，“力學中的功”通過研究工作是否有成效使學生認識到做功包含的兩個必要因素，為功的計算打好基礎。“功的計算”明確了功的計算方法，從定量的角度研究功。

　　本節(jié)教學的重點是明確力學中功的含義，難點是判斷力是否對物體做功。可以引導學生通過對生活實例的辨析，對做功有初步的認識。結合實例，區(qū)分力是否對物體做功，認識做功包含兩個必要因素，強調力的方向與物體移動方向一致。要求學生能應用公式進行簡單的計算。

　　教學重點：明確力學中功的含義。

　　教學難點：判斷力是否對物體做功。

　　三、教學策略

　　學生已學習了力及力的作用效果等知識，但對于什么是做功還沒有直觀的認識。本節(jié)課從物體對放在地面上的物體及其光滑水平面上拉動的物體的受力分析，引出物理學中功的含義。接著讓學生對日常生活常見的具體實例入手讓學生分析力作用在物體上后，產生的不同效果，從而理解什么是功。對于“功的計算”公式的得出、應用公式進行簡單的計算均采用演示實驗方法，讓學生直觀觀察、思考中使學生總結得出本節(jié)所授知識，避免生硬的教學，讓學生充分融入到學習中來學習知識。

　　四、教學資源準備

　　多媒體課件等。

　　五、教學過程

　　教學環(huán)節(jié)

　　教師活動

　　學生活動

　　設計意圖

　　導入新課

　　(5分鐘)

　　讓學生說一說，含有“功”的成語或詞語，指出其中“功”的含義。

　　針對學生的回答，教師點評：現(xiàn)代漢語中的“功”主要有成效、成功、貢獻的意思，物理學中的“功”吸收了其中“成效”的意思，但它又有特殊的含義，這節(jié)課我們一起研究力學的“功”。

　　板書課題：15.1力學中的“功”

　　學生思考并回答。

　　將學生的語文知識與物理課堂有機融合。充分調動學生參與課堂教學的積極性。

　　新課教學

　　(30分鐘)

　　一、力學中的功

　　1.做功的含義

　　課件展示：

　　(1)叉車把貨物舉起;(2)小明想把大石頭移開，但沒有搬起。

　　讓學生討論叉車和小明的工作是否有成效?

　　引導完成物體的受力分析，明確是哪個力對貨物的移動做出了貢獻，從而初步得出物理學中的功的含義：

　　如果一個力作用在物體上，并且使物體在力的方向上通過一段距離，這個力的作用就有了成效，力學里面就說這個力做了功。

　　2.做功的兩個必要因素

　　課件展示：

　　(1)人把物體提到樓上;(2)工人推著車向前運動;(3)小孩子用力推車，車未動;(4)吊車吊著重物靜止在空中。

　　讓學生標出物體受到力的方向和物體移動的方向，再說出幾個事例中哪些是做功的?哪些是不做功的?做功的事例中有哪些相同之處?

　　引導學生總結出力學中做功的兩個必要因素：一是作用在物體上的力

　　二是物體在這個力的方向上移動了距離。

　　舉例說明在你的周圍你發(fā)現(xiàn)有哪些做功的例子?比一比，看誰對生活觀察得最仔細?學生可能舉出很多的例子?如起重機吊起重物、火箭升空、馬拉車前進等等。教師對正確的例子予以肯定，對錯誤的例子引導改正。

　　教師引導：下面的幾個例子是否有做功的情況存在?

　　例1：起重機吊起重物靜止在空中，問拉力是否做功?貨物的重力是否做功?

　　例2：起重機吊著貨物在水平方向上勻速移動一段距離，拉力對貨物做功了嗎?

　　例3：一個正在運動的物體所受的外力突然消失，小球將會怎樣?

　　學生回答后接著問：假如一個小球在光滑水平冰面上由于慣性做勻速直線運動，小球在豎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?

　　引導學生根據(jù)以上事例分析，總結物體不做功的情況：(1)有力而沒有距離，不做功;(2)有力，也有距離，但力與距離垂直(即在力的方向上沒有距離)，不做功。(3)有距離(運動)而沒有力，不做功。

　　學生思考并回答：叉車的工作有成效，體現(xiàn)在它施了力，并且把貨物舉高了。小明的工作沒有成效，體現(xiàn)在他雖然施了力，但并沒有使大石頭移動。

　　學生分析并回答。(1)人把物體提到樓上時，人施了力，物體在力的方向上通過一段距離，人做了功;(2)工人推著車向前運動時，工人施了力，物體在力的方向上通過一段距離，工人做了功;(3)小孩子用力推車時，小孩施了力，但車沒有移動，小孩沒做功;(4)吊車吊著重物靜止在空中時，吊車施了力，但重物沒有移動，吊車沒做功。

　　學生積極思考，并回答問題。

　　學生分析討論后回答，

　　有力沒有距離，不做功。

　　有力，也有距離，但力與距離垂直(即在力的方向上沒有距離)，不做功。

　　物體靠慣性運動，有距離(運動)而沒有力，不做功。

　　運用事例對比進行思考，學生易于接受新知識。

　　通過多媒體課件展示出具體的實例，激發(fā)學生積極思考問題，使抽象的知識具體化，有利于學生的理解與認識，也提高了學生的分析概括能力。

　　對于做功的兩個必要條件，特別是力的方向與物體的運動方向并不完全一致的情況，學生不容易理解，通過對哪幾種情況下，不做功情況的分析，突破了難點，加深了學生對做功的理解與認識。

　　二、功的計算

　　教師引導：通過以上的學習，知道了做功不能離開兩個必要因素，缺一不可，又知道有三種情況下不做功，那么我們猜想一下，力學中的功的大小可能與哪些因素有關呢?說出你猜想的依據(jù)。

　　總結出功的計算方法：力學里規(guī)定，功等于力和物體沿力的方向上通過的距離的乘積。

　　功的計算公式：功=力×距離

　　表達式：W=Fs

　　公式中符號的意義及單位：

　　W──功──焦耳(J)

　　F──力──牛頓(N)

　　S──距離──米(m)

　　1焦=1牛?米(1J=1N?m)

　　多媒體課件出示課本例題，引導學生分析物體受到幾個力的作用。哪個力做了功?重力是否做功?為什么?

　　學生認識到：力越大，在力的方向通過的距離越多，做的功越多。所以功與力和在力的方向通過的距離有關。

　　學生明確，物體的運動方向是水平的，馬的拉力與物體運動方向一致，因此馬的拉力對物體做功。計算功的大小時應該利用拉力大小800N與水平運動的距離3000m。重力方向與運動方向垂直，因此重力不做功。

　　培養(yǎng)學生分析、概括能力。也使學生能更好的理解功的計算公式及功的單位。

　　通過例題加深學生對所學知識的理解和認識，提高學生運用所學知識解決實驗問題的能力。

　　課堂小結

　　(5分鐘)

　　通過今天的學習，同學們有哪些收獲?在實驗探究中又存在哪些問題?還有什么想探究的問題?

　　學生可以個別回答，或相互交流，在交流的基礎上進行學習小結。

　　促進知識的鞏固掌握。提升學生的交流表達能力。