乐山市草堂高级中学
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物理《功》教学设计及学案

发表时间:2023-09-20 11:27


§4.1《功》 教学设计

、教材分析

所用教材:《物理 必修第二册》(教科版)   第章   第节   

对于功这一概念,学生在初中阶段已有一定的认识,但认识比较肤浅.本课的教学设计充分考虑学生原有的知识基础,让学生从初中已经熟悉的内容开始入手,再提出学生运用初中知识无法解决的问题,进而激发学生进一步认识功这一概念的欲望通过对功的定义式的推导和讨论,进一步加深学生对力的作用效果的理解,进而认识功的本质功的计算公式及其应用固然重要让学生了解寻找功的计算公式的过程更重要在授课时使学生通过体会由力与运动方向相同到力与运动方向存在一定夹角体会由特殊到一般的分析物理问题的思想,从而提高同学们的科学素养在寻找功的计算公式的过程中,让同学们体验到发现问题、解决问题的成功感受。

、学情分析

学生在初中对功有了初步的认识,在上期学习了力的合成与分解。已经积累了一定的知识,已经具备了推导功的一般计算公式的基础知识学生正处于从定性分析到定量讨论、从形象思维向抽象思维、从简单的逻辑思维向复杂的分析推理的转变

三、教学目标

物理观念:

1.理解什么叫做功以及做功所必需的两个要素。


2.掌握功在力和位移同向以及一般情况下的计算公式。

   3.掌握正负功的物理意义,在日常生活中学会判断力做功的正负。

科学思维与科学探究:


1.通过经历讨论探究的过程掌握讨论探究的方法。


2.通过掌握功的计算以及产成条件,尝试运用功来解决日常生活中的问题。

科学态度与责任:


1.通过列举功在现实广泛的应用,使学生联系生活实际,激发好奇心,产生求知欲。


2.在老师的指导下,通过参与讨论探究的方法,培养自己主动与他人合作的精神,增强团队意识。


3.通过对功的学习,增强自己将物理知识应用于生产生活实际的意识,勇于探究与日常生活有关的物理问题。

教学重点难点

教学重点:

1.功的概念。

2.功的计算

教学难点:

功的正负的物理意义

、教学方法

启发式、讨论式教学

教学过程

复习导入

教师带领学生翻阅教材79页,阅读功的定义。

功的定义:如果物体受到力的作用,并在力的方向上发生了位移,我们就说力对物体做了功。

活动一】

情境一:用相同大小的力提升相同质量的两瓶液体(黑瓶和白瓶),黑瓶提升的高度比白瓶的高。

情境二:匀速提升两瓶液体(黑瓶和白瓶,其中白瓶液体质量小于黑瓶),提升相同的高度。

问题:在情境一二中,拉力对哪瓶液体做功较多?

学生集体回答。

举例:牵引力为的起重机提升质量为的重物提升高度为,起重机对重物做了多少功?(

设计目的:通过活动展示,唤起学生对力与位移同向时力做功的计算方法。便于进行后续力与位移成夹角的做功公式的计算方法。

【讨论交流】

请一三五排的学生向后转,四个人一组,对教材79页进行讨论交流,分析几种情境下力对物体的做功情况,以及分析得出物体做功的必要因素。

学生回答,教师引导分析出当施加力物体未动以及力与位移垂直时对物体不做功。

新课教学

1、功的定义和必要因素

再次说明功的定义:如果物体受到力的作用,并在力的方向上发生了位移,我们就说力对物体做了功。

动画演示:拉力水平拉动物体发生一段位移。

教师提问:做功的条件有哪些?

学生可能回答:作用在物体上的力和在力的方向上发生位移。

功的计算

当力与位移同向时:





(2)当力与位移垂直时:





(垂直无功)

更普遍的情形是力与位移方向不一致,成一定的夹角。

举例:马拉雪橇时,马对雪橇施加的力与雪橇的位移成一定的夹角,此时的力对物体做功怎么计算呢?同学们放归宿假时,都有拖拉行李箱的感受。

【活动二】

情境:请一名学生上台体验拖着行李箱行走的过程。

教师提出问题:请问你在拖拉行李箱的过程中,你认为你对行李箱施加力了吗?方向如何?对行李箱做功了吗?怎样计算做功的多少?(若学生不知道如何计算,可引导学生从拉力的作用效果来分析)

教师带领学生翻阅教材80页,将拖拉行李箱的过程抽象建立模型,如图4-1-5。



讨论交流

请一三五排的学生向后转,四个人一组进行讨论交流,得出求解做功的两种方法:一是通过分解力的方法(将力分解到位移的方向和垂直于位移的方向);二是通过分解位移的方法(将位移分解到力的方向和垂直于力的方向)。

将全班同学分为两大组,分别用这两种方法推导出力做功的计算公式。并各请一名学生上台板书推导的过程。

(1)分解力


               

                                     



(2)分解位移




                   


教师总结:

当力与位移成一定夹角α时,力做功计算的方法为:

(说明:当力与位移同向时,α=0,公式变为;当力与位移垂直时,α=90。因此该公式具有普遍意义)

设计目的:通过让学生上台感受,激发学生的兴趣,同时也增加手拉力对物体做功的体验感,感受拉力的作用效果,启发学生能从力的作用效果去思考功的计算。通过学生分组讨论交流,激发学生的思维,锻炼学生用旧知识解决新知识的能力,探讨出求功的两种方法。

(3)功的计算

①力对物体做功等于力的大小、位移的大小、力和位移夹角的余弦这三者的乘积,即

②单位:焦耳,简称焦(J)

1J=1N×1m = 1N•m

功是标量:只有大小,没有方向。

④功的物理意义:功是能量变化的量度。

(2)对公式的理解:

① F一定是恒力

② α是F与x间夹角。把力F和位移x的箭尾移到同一点,它们之间的夹角即为α

③F和x是对应同一个物体

④功是一个过程量,做功过程就是能量转化的过程。做功对应一段时间或位移,是力对空间的积累效果。

公式W = Fx cosα只适用于计算恒力做功,x是物体的实际位移,不是路程。

设计目的:加强对功的计算公式的理解。

【情境创设】

三种情况下力F对物体做功的计算:

1.物体在水平力F作用下沿光滑水平面加速运动x;

2.物体在水平力F作用下沿粗糙水平面匀速移动x;

3.物体在沿斜面向上的力F作用下减速上移x;







学生推导,得出三种情况下力F对物体做功相同。

引导学生得出结论:力做功只与F、x和α有关,与是否有受其它力,物体运动状态等其他因素无关。

找力与位移的夹角

通过几个实例分析夹角大小,引导学生得出结论:找力与位移的夹角的方法是将力、位移矢量的箭尾移到同一个作用点上。

功的正负

功是标量,没有方向,但有正负之分。教师带领学生翻阅教材81页。

根据功的计算公式,力的大小,位移的大小恒为正值,功的正负取决于cosα的正负,引导学生正确填表。

设计目的:锻炼学生的归纳总结能力。



α的取值
cosα
W 的值
功的正负
α=0
1
W=Fx
力对物体做正功
0< α< π /2
大于 0
W=Fxcosα
力对物体做正功
α=π /2
0
W=0
力与位移垂直时,不做功
π /2< α< π
小于 0
W=-Fxcos(π-α)
力对物体做负功


说明:

(1)功是标量,没有方向,但有正功和负功之分.

(2)功的“正” 、“负”并不表示功的方向,而表示所作用的力是动力还是阻力,动力所做的功为正,阻力所做的功为负。所以不能说正功与负功的方向相反。

(3)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。

(4)负功的意义是:力对物体做负功,也可以说成物体克服这个力做功(取绝对值)。

4、求总功的两种方法

学习了一个力对物体所做的功的求解方法,而物体所受到的力往往不只一个,那么,如何求解几个力对一物体所做的功呢?下面通过例题来学习解决办法。

【例题示范】教材81页

例题中两个问题:

(1)求两个拉力的合力及合力所做的功。

(2)两个拉力分别做的功以及它们的代数和。

请学生阅读题目,思考解题思路和过程。并请两名学生上台分别板书1、2题解题过程。教师引导分析过程中要强调代数和的含义。

设计目的:通过两名同学解答两个问题,引导学生通过对比结果分析得出:当物体同时受到几个力作用时,所有这些力对物体所做的功的代数和等于这些力合力对此物体所做的功。

引导学生总结出求解总功的两种方法:

(1)先求出各个力做的功,再利用各个力做功的代数和求总功。         

W=W1+W2+W3+…

(2)先求出合力F合,再利用W总=F合x 求出合力的功。

设计目的:锻炼学生的对比和类比的能力。

5、总结提升

6、作业布置

七、教学反思

首先,本节课最重要是对一些科学研究方法的教学,若仅仅是对这些知识的传授而不重视科学物理研究方法的教学,则这堂课还不能算是一堂成功的课。其次,在教学过程中应多让学生自己参与到探究活动中去,这样让学生自己通过实践探究出来的结果比教师告诉得到的结果印象要深刻的多,也让课堂教学的师生互动有了更好的效果。



§4.1《功》              

【预习目标】

1、会举例说明做功的过程是能量变化的过程。

2、理解功的概念,会用功的公式进行计算。理解正功和负功的物理含义。

3、通过功的公式的推导,知道其中的推理过程,培养逻辑推理的能力。

【温故知新】

1.如图所示,质量为m=2 kg的物体静止光滑在水平地面上,受到水平向右大小F=10 N的拉力作用,物体移动了x=2 m,g取10 m/s2.求:

(1)拉力F所做的功W1

(2)重力G所做的功W2

(3)弹力N所做的功W3




【预习自测】

一.做功与能量的变化

1、功的定义如果物体受到      的作用,      方向上发生一段     ,这个力就对物体做功。

2功的两个条件                                  

3功是一个过程量,做功过程就是               的过程。


二. 功的计算公式

   活动一: 完成教材图4-1-5推导过程(作图后推导)。

1、功的计算式:                   

2、功的单位:                         

3适用范围

此公式适用于           做功,力的大小变化或力的方向变化,都不能直接用该公式求解

练一练:

质量为m=1kg的物体沿倾角为θ=30°的斜面匀速滑下,在通过位移L=2m的过程中

A.重力对物体做功         J

B.支持力对物体做功       J

2. 一辆质量m=2kg的小车,受到与水平方向成37°角斜向上方的拉力F1=10N,在水平地面上移动的距离L=2m。小车与地面间的摩擦力F2=4.2N。求F1 、F2对小车所做的功。





三.功的正负

1公式W=Fxcosα中的F和x分别指“力的大小”和“位移的大小”,即公式中F和x恒取正值。可见W的正负取决于cosα的正负,也就是α的大小

①当α=π/2时,cosα     0,W      0;

②当0≤α<π/2时,cosα     0,W      0;

③当π/2<α≤π时,cosα       0,W      0。

2对正功、负功的理解

1力对物体做正功,表明此力的效果是帮助物体的运动,是            

2力对物体做负功,表明此力的效果是阻碍物体运动,是           

   某力对物体做负功,往往说成“物体           力做功(取绝对值)”

3功是         ,但有正负,其正负既不表示方向,也不表示大小,正负只表示做功的力的效果。即:表示动力或阻力做功.

活动

分组讨论举例说明在什么情况下重力、摩擦力、支持力做正功和做负功。提示:W=Fxcosα

活动

完成教材P81【例题示范】

把各个力做功代数相加后的结果与合力做功有什么关系?总结出功的两种方法。

【我思我疑】

____________________________________________________________

四、求的方法

方法一:

先求出各力做的功,再利用各力做功的代数和求总功         

W=W1+W2+W3+…

方法二:

   先求出合力F,再利用 _____________________ 求出合力的功

结论:几个力对物体做功的代数和等于这几个力的合力对物体所做的功


课后自测

 功的定义

1下列关于做功的说法中正确的是(     )

A.凡是受力作用的物体,一定有力对物体做功

B.凡是发生了位移的物体,一定有力对物体做功

C.只要物体受力的同时又有位移发生,则一定有力对物体做功

D.只要物体受力,又在力的方向上发生位移,则力一定对物体做功

变式1如图所示,在加速向左运动的车厢中,一个人用力沿车前进的方向推车厢,已知人与车厢始终保持相对静止,那么人对车厢做功的情况是 (   )

A.做正功       B.做负功

C.不做功       D.无法确定


 功的正负

2如图表示物体在力F的作用下在水平面上发生了一段位移x,这四种情形下力F和位移x的大小都是一样的,则力对物体做正功的是(   )


 功的计算

3如图所示,一个人用与水平方向成60°角的力F=40 N 拉一个木箱,在水平地面上沿直线匀速前进了8 m,求:(1)拉力F对木箱所做的功;(2)摩擦力对木箱所做的功;(3)外力对木箱所做的总功.