【備課參考】山東省2020-2021年高一物理下學(xué)期(魯科版)必修2教案-第1章第1節(jié)-機械功

機械功一、 教學(xué)內(nèi)容分析1. 內(nèi)容與地位在《一般高中物理課程標準(試驗)》的共同必修模塊物理2的內(nèi)容標準中涉及本節(jié)的內(nèi)容有“理解功的概念”。該內(nèi)容要求同學(xué)理解功的概念；在具體的物理情景中能推斷出物體所受的各個力是否做功以及做功的正負；知道正功、負功的含義；應(yīng)用功的一般公式，會計算恒力、合力的功。本節(jié)課是在同學(xué)已有的認知結(jié)構(gòu)“功的公式W=Fs”的基礎(chǔ)上進行擴展，從力作用效果的角度導(dǎo)出功的一般公式W=Fscosα，突出了力有空間積累的效果。功是物理學(xué)中的重要概念，功是能量轉(zhuǎn)化的量度，與現(xiàn)代生活、生產(chǎn)等有著親密的聯(lián)系。因此，在教學(xué)中應(yīng)留意培育同學(xué)的推理力量和科學(xué)嚴謹?shù)膽B(tài)度、留意獵取學(xué)問的過程和方法，讓同學(xué)了解物理思想，體會物理學(xué)在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用以及對社會進展的影響，讓同學(xué)得到成功的體驗，讓同學(xué)的潛能在心情開心、精神放松的狀態(tài)下能夠得到有效的釋放和開發(fā)。2. 教學(xué)目標⑴學(xué)問與技能：理解功的概念。知道功是標量，生疏正功、負功的含義，在具體的物理情景中能推斷物體所受的各力是否做功以及做功的正負。能利用功的一般公式計算恒力的功，把握計算總功的兩種方法。⑵過程與方法：通過功的概念及其公式導(dǎo)出的過程，體會并學(xué)習(xí)物理學(xué)的爭辯方法，能從現(xiàn)實生活中發(fā)覺與“功”有關(guān)的問題，能運用功解決一些與生產(chǎn)和生活相關(guān)的實際問題。⑶情感態(tài)度與價值觀：有將功的學(xué)問應(yīng)用于生活和生產(chǎn)實際的意識，勇于探究與日常生活有關(guān)的“功”問題，生疏物理模型和數(shù)學(xué)工具在物理學(xué)進展過程中的作用。3. 教學(xué)重點、難點⑴重點：功的一般公式及其推導(dǎo)過程；判定物體所受的各個力是否做功以及做功的正負；總功的計算。⑵難點：弄清物體在力的方向上的位移與物體的位移是不同的；生疏負功的物理意義；總功的計算。二、 案例設(shè)計(一)導(dǎo)入新課讓全班同學(xué)動手操作：將各自的課桌右移約2cm.老師關(guān)注同學(xué)操作的方式，并把移動課桌這一具體問題轉(zhuǎn)換為物理模型來爭辯，用示意圖分類呈現(xiàn)在黑板上。猜測操作的方式：大部分同學(xué)會上提，小部分同學(xué)會平推、斜推、斜拉，如右圖所示。問題1分組進行爭辯溝通，圖(a)、圖(b)恒力F是否做功，為什么？猜測1都有做功。猜測2圖(a)恒力F有做功，圖(b)恒力F沒有做功。讓同學(xué)回答，基本上能從學(xué)校學(xué)過做功的兩個因素（即一是作用在物體上的力，二是物體在力的方向上移動一段距離）入手。擴展：高中我們已學(xué)習(xí)了位移，做功的兩個要素是：作用在物體上的力和物體在力的方向上發(fā)生的位移。也就是說，假如施力于某物體，并使該物體在力的方向上移動一段距離，我們就說力對這個物體做了功。那么，功應(yīng)當(dāng)如何求解呢？本節(jié)課我們就來進一步學(xué)習(xí)有關(guān)功的學(xué)問。［板書］第1節(jié)機械功(二)新課教學(xué)［板書］1．機械功的定義：作用于某物體的恒力F與該物體沿力的方向上發(fā)生的位移s的乘積叫做機械功。問題2若物體發(fā)生的位移為s，則圖(a)、圖(b)恒力F做的功各為多少？猜測1都有做功，W=Fs。猜測2圖(a)，W=Fs；圖(b)，W=0。說明應(yīng)用學(xué)校所學(xué)的有關(guān)功的學(xué)問，基本上能夠解決。問題3若物體發(fā)生的位移為s，則圖(c)恒力F是否做功、做的功為多少？設(shè)疑力F有什么作用效果？猜測使物體豎直上提和水平前進。老師引導(dǎo)：能否從力的分解角度來爭辯問題2呢？分組爭辯探究，并請小組代表回答問題2。猜測1不做功。由于物體在力F的方向上沒有發(fā)生位移，s是水平方向上發(fā)生的位移。猜測2有做功，W=Fs。由于功是力F與位移s的乘積猜測3有做功，W=Fscosα。由于依據(jù)平行四邊形定則，把力F分解為使物體水平前進的力F1=Fcosα和豎直上提的力F2=Fsinα。沿F1的方向發(fā)生的位移為s，F(xiàn)1所做的功W1=Fcosα·s=Fscosα；F2與s的方向垂直，F(xiàn)2沒有對物體做功。由于F的作用效果與分力F1和F2共同作用效果相同，所以恒力F對物體所做的功W=W1=Fscosα。說明分組爭辯探究功的一般計算公式的推導(dǎo)過程，老師小結(jié)：一般地，對作用于物體上方向與物體位移s成α角的任何一個恒力F，都可以用正交分解法把它分解為平行和垂直于位移s方向的兩個分力，再結(jié)合功的定義，得到功的一般計算式W=Fscosα老師：由于位移是矢量，也可以將位移s分解，再結(jié)合功的定義來推導(dǎo)功的一般計算式，有愛好的同學(xué)課后去完成。讓同學(xué)閱讀課本P4第三自然段，并回答1焦耳是如何定義的。［板書］2．機械功的計算［板書］⑴功的公式：W=Fscosα（適用條件是F必需是恒力）用小黑板或多媒體投影出示下列表格α的取值cosαW力對物體做功狀況α=00<α<α=<α<π讓同學(xué)閱讀課本P5后，由小組爭辯得到結(jié)果，填入表格中。α的取值cosαW力對物體做功狀況α=01W=Fs力對物體做正功0<α<大于0W=Fscosα力對物體做正功α=0W=0力不做功<α<π小于0W<0力對物體做負功-1W=-Fs力對物體做負功問題3求出圖甲中恒定推力F對小車所做的功W1。猜測1W1=Fs猜測2W1=Fscos150°=-eq\A(\F(\R(3),2))Fs猜測3W1=Fscos30°=eq\A(\F(\R(3),2))Fs老師引導(dǎo)同學(xué)如何依據(jù)物理情景來判定公式W=Fscosα中的夾角α，指出W1=Fscos30°=eq\A(\F(\R(3),2))Fs是正確的，依據(jù)是將代表力F與位移s的箭尾移到同一點如圖丙所示，再看它們之間的夾角。并指出W=Fs只適用于恒力F與位移s同向的狀況。問題4求出圖乙中恒定拉力F對小車所做的功W2。猜測1W2=Fs猜測2W2=Fscos150°=-eq\A(\F(\R(3),2))Fs問題5試比較圖甲、乙中力F對小車所做的功的大小。猜測1W1>W2猜測2W1=W2說明設(shè)置以上幾個問題是為了進一步理解正負功的含義。老師指出：功是標量，其大小的比較，是取確定值進行比較的，W1=W2才是正確的。又如做功-9J>1J，-1J<3J，5J=-5J。［板書］⑵正功與負功表示兩種相反的做功效果。功是標量，功的“正”、“負”既不表示方向也不表示大小，既不能說“正功與負功方向相反”，也不能說“正功大于負功”，正功和負功是借以區(qū)分誰對誰做功的標志。雖然力與位移都是矢量，功卻是標量，沒有方向，但有正功和負功之分，那么正功、負功的物理意義是什么呢？在圖甲中，推力F對小車所做了eq\A(\F(\R(3),2))Fs的功，表明推力F對小車的運動起促進作用，這個力是動力；在圖乙中，拉力F對小車所做了-eq\A(\F(\R(3),2))Fs的功，表明拉力F對小車的運動起阻礙作用，這個力是阻力。也就是說，動力肯定做正功，阻力肯定做負功。［板書］⑶正功、負功的物理意義：力對物體做正功，表明此力是動力，其作用效果是促進物體的運動；力對物體做負功，表明此力是阻力，其作用效果是阻礙物體的運動。問題5在圖乙中力F對小車做了-eq\A(\F(\R(3),2))Fs的功，我們還可以怎么說？猜測1物體克服這個力做了-10J的功。猜測2克服這個力做了10J的功。強調(diào)：對物體做負功，往往說成物體克服這個力做功（肯定是正值）。學(xué)習(xí)了一個力對物體所做的功的求解方法，假如物體同時受到幾個力的作用，那么，如何求解這幾個力對物體所做的功和總功呢？⑶總功的計算例題如圖所示，利用斜面從貨車上卸貨，每包貨物的質(zhì)量m=100kg，斜面傾斜角α=37°，斜面的長度l=1.5m，貨物與斜面間的動摩擦因素μ=0.2，求貨物從斜面頂端滑到底端的過程中受到的各個力所做的功、外力做的總功以及合外力做的功。（g取10m/s2，sin37°=0.6）解：斜面上的貨物受到重力G、斜面支持力N和摩擦力f共三個力的作用。貨物位移的方向是沿斜面對下。用正交分解法，將貨物所受的重力G分解到與斜面平行的方向和與斜面垂直的方向，則有N=G2=mgcosα，f=μN=μmgcosα。由于斜面支持力N與位移垂直，所以支持力對貨物沒有做功即WN=0。重力G對貨物所做的功WG可以用下列三種方法求解。方法一：依據(jù)功的定義。由于重力方向上的位移h=lsin37°，所以WG=Gh=mglsin37°=100×10×1.5×0.6J=900J方法二：用公式W=Fscosα。由于重力與位移的夾角為90°-37°=53°，所以WG=Glcos53°=mglsin37°≈100×10×1.5×0.6J=900J方法三：用力的分解等效。將重力分解為使貨物沿斜面下滑的分力G1和垂直緊壓斜面的分力G2，則有G1=mgsin37°。由于G2與位移垂直，G2對貨物沒有做功，所以重力所做的功等于沿斜面對下的分力G1所做的功，即WG=G1l=mglsin37°≈100×10×1.5×0.6J=摩擦力f對貨物所做的功Wf

=flcos180°=-μmgcos37°·l≈-0.2×100×10×0.8×1.5J=-240J外力對物體做的總功W總=WN+WG+Wf=(0+900–240)J=660J物體所受合外力F合=G1-f=mgsin37°-μmgcos37°，方向與位移相同。合外力所做的功W合=F合l=(mgsin37°-μmgcos37°)l=mg(sin37°-μcos37°)l

≈100×10×(0.6-0.2×0.8)×1.5J=660J

說明例題的選擇主要是考慮以下幾點：①溫故，如受力分析、正交分解等。②知新，如求功公式的應(yīng)用，對正功、負功、不做功的求解具有普遍性。③求重力功時可以進行多角度的思維訓(xùn)練。④可以體現(xiàn)出外力做的總功與合外力做的功的關(guān)系，以便歸納。要求同學(xué)思考獨立完成該例題，請好中差三位同學(xué)上臺扳演，老師可以準時地訂正同學(xué)解題時存在的問題和不良習(xí)慣。小結(jié)在多個力共同作用下，這些力對物體所做的總功等于各個力分別對物體做功的代數(shù)和即W總=W1+W2+…+Wn，代入時應(yīng)考慮功的正負號；若合外力為恒力，則求總功時還可以用W總=F合scosα來求解，其中α是合力F合方向與位移s方向之間的夾角。三．案例評析：

本案例的設(shè)計讓同學(xué)親自移動課桌進行功的探究，使同學(xué)學(xué)習(xí)物理與生活拉近了距離，充分體會到物理就在生活中，科學(xué)就在自己身邊，從而激發(fā)了學(xué)習(xí)“功”的熱忱。在本節(jié)課的學(xué)習(xí)過程中，既重視學(xué)