云南省峨山彝族自治縣高中物理第七章機(jī)械能守恒定律教案（打包20套）新人教版必修2.zip

云南省峨山彝族自治縣高中物理第七章機(jī)械能守恒定律教案（打包20套）新人教版必修2.zip,云南省,峨山彝族自治縣,高中物理,第七,機(jī)械能,守恒定律,教案,打包,20,新人,必修 2．功 三維目標(biāo) 知識(shí)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(gè)不可缺少的因素； 2．理解正功和負(fù)功的概念，知道在什么情況下力做正功或負(fù)功； 3．知道在國際單位制中，功的單位是焦耳（J），知道功是標(biāo)量； 4．掌握合力做功的意義和總功的含義； 5．掌握公式W＝Flcosα的應(yīng)用條件，并能進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。 過程與方法 理解正負(fù)功的含義，并會(huì)解釋生活實(shí)例。 情感、態(tài)度與價(jià)值觀 功與生活聯(lián)系非常密切，通過探究功來探究生活實(shí)例。 教學(xué)重難點(diǎn) 1．重點(diǎn)使學(xué)生掌握功的計(jì)算公式，理解力對物體做功的兩個(gè)要素； 2．難點(diǎn)是物體在力的方向上的位移與物體運(yùn)動(dòng)方向的位移容易混淆，需要講透、講白； 3．使學(xué)生認(rèn)識(shí)負(fù)功的意義較困難，也是難點(diǎn)之一。 教學(xué)方法 教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生自主閱讀、思考，討論、交流學(xué)習(xí)成果。 教學(xué)工具 計(jì)算機(jī)、投影儀、CAI課件、錄像片。 教學(xué)過程 ［新課導(dǎo)入］ 初中我們學(xué)過做功的兩個(gè)因素是什么? 一是作用在物體上的力，二是物體在力的方向上移動(dòng)的距離。 高中我們已學(xué)習(xí)了位移，所以做功的兩個(gè)要素我們可以認(rèn)為是：①作用在物體上的力；②物體在力的方向上移動(dòng)的位移。 一個(gè)物體受到力的作用，且在力的方向上移動(dòng)了一段位移，這時(shí)，我們就說這個(gè)力對物體做了功。在初中學(xué)習(xí)功的概念時(shí)，強(qiáng)調(diào)物體運(yùn)動(dòng)方向和力的方向的一致性，如果力的方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向不一致呢？相反呢？力對物體做不做功？若做了功，又做了多少功？怎樣計(jì)算這些功呢？本節(jié)課我們來繼續(xù)學(xué)習(xí)有關(guān)功的知識(shí)，在初中的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展。 ［新課教學(xué)］ 一、功的初步概念 1．功的初步概念 一個(gè)物體受到力的作用，如果在力的方向上發(fā)生一段位移，這個(gè)力就對物體做了功。 想一想：高中物理中功的概念與初中有什么不同？ 高中講“位移”，初中講“距離”；高中講“發(fā)生”一段位移，初中講“通過”一段距離。位移是矢量，距離是標(biāo)量。發(fā)生的一段位移并不要求物體非要沿著發(fā)生位移的路徑通過。 值得注意的是：要明確“誰對誰” 做功，即是哪一個(gè)力對物體做功或哪個(gè)物體對哪個(gè)物體做功。 在認(rèn)識(shí)能量的歷史過程中，人們建立了功（work）的概念，因而功和能是兩個(gè)密切聯(lián)系的物理量，即如果物體在力的作用下能量發(fā)生了變化，那么這個(gè)力一定對物體做了功。 2．做功的兩個(gè)必要因素 在學(xué)習(xí)初中物理時(shí)我們就已經(jīng)跨越了歷史的長河，認(rèn)識(shí)到，一個(gè)物體受到力的作用，并在力的方向上發(fā)生了一段位移，這個(gè)力就對物體做了功。 起重機(jī)提起貨物，貨物在起重機(jī)拉力的作用下發(fā)生一段位移，拉力就對貨物做了功。列車在機(jī)車的牽引力作用下發(fā)生一段位移，牽引力就對列車做了功。用手壓縮彈簧時(shí)，彈簧在手的壓力下發(fā)生形變，也就是產(chǎn)生了一段位移，壓力就對彈簧做了功。人推車前進(jìn)時(shí)，車在人的推力作用下發(fā)生了一段位移，推力對車做了功。 可見，力和物體在力的方向上發(fā)生的位移，是做功的兩個(gè)不可缺少的因素。 【鞏固練習(xí)】 人提水桶水平行走時(shí)人對水桶是否做功？人提水桶沿樓梯上樓時(shí)人對水桶是否做功？在光滑水平地面上滾動(dòng)的小球，重力是否做功？ 3．“做功”與“做工”的區(qū)別 物理學(xué)中的“做功”必須滿足做功的兩個(gè)必要因素。日常生活中的“做工”范指一切消耗腦力和體力的過程。因而：“做工”不一定“做功”，“做功”一定“做工”。 二、功的計(jì)算 1．力的方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向一致 l F 圖甲 在物理學(xué)中，如果力的方向與物體運(yùn)動(dòng)的方向一致，如圖所示，我們就說：功等于力的大小與位移大小的乘積。用F表示力的大小，用l表示位移的大小，用W表示力F所做的功，則有 W＝Fl 如果物體在力的作用下位移增加了Δl，那么力所做的功相應(yīng)地增加ΔW＝FΔl。 2．力的方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向成某一角度 l F α F1 F2 F1 F2 F 當(dāng)力F的方向與運(yùn)動(dòng)方向成某一角度時(shí)，可以把力F分解為兩個(gè)分力：跟位移方向一致的分力F1，跟位移方向垂直的分力F2。設(shè)物體在力F的作用下發(fā)生的位移的大小是l，則分力F1所做的功等于F1l。分力F2的方向跟位移的方向垂直，物體在F2的方向上沒有發(fā)生位移，F(xiàn)2所做的功等于0。因此，力F對物體所做的功W等于F1l，而F1＝Fcosα，所以 W＝Flcosα （1） 這就是說，力對物體所做的功，等于力的大小、位移的大小、力與位移夾角的余弦這三者的乘積。 功的公式還可理解成在位移方向的分力與位移的乘積，或力與位移在力的方向的分量的乘積。 3．說明 ①公式中的力F為恒力 ②公式中的位移l為物體作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)移動(dòng)的位移 ③公式中的夾角α為力和位移矢量間的夾角 s F α s F α (a) (b) 找力F和位移l之間的夾角時(shí)，我們可以把力F和l的箭尾移到同一點(diǎn)，看它們之間的夾角是多少。在右邊的(a)圖中，F(xiàn)與l之間的夾角為(π－α) ；(b)圖中，F(xiàn)與l之間的夾角為α。力F和位移l之間的夾角應(yīng)在0o≤α≤180o的范圍之內(nèi)。 ④講“功”一定要指明是哪個(gè)力對哪個(gè)物體的功，功是標(biāo)量 ⑤做功與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)及是否受到其它力的作用無關(guān) a．水平推力F推著質(zhì)量為ｍ的物體在光滑水平面上前進(jìn)了l ；b．水平推力F推著質(zhì)量為2m的物體在粗糙水平面上前進(jìn)了l；c．沿傾角為θ的光滑斜面的推力F將質(zhì)量為m的物體向上推了l。這三種情況下力F對物體做的功是相同的。 ⑥做功與參考系有關(guān) 一個(gè)力做的功與參考系的選擇有關(guān)，而一對作用力與反作用力的總功與參考系的選擇無關(guān)。 ⑦在SI制中，功的單位為焦。 1J＝1N·m 三、正功和負(fù)功 1、正功和負(fù)功 通過上面的學(xué)習(xí)，我們已明確了α是力F和位移l之間的夾角，并且知道了它的取值范圍是0o≤α≤180o。那么，在這個(gè)范圍之內(nèi)，cosα可能大于0，可能等于0，還有可能小于0，從而得到功W也可能大于0、等于0、小于0。功大于0，功等于0，功小于0有什么含義呢?下邊，請同學(xué)們閱讀課文中的正功和負(fù)功一段。 ①當(dāng)α＝π/2時(shí)，cosα＝0，W＝0。力F和位移l的方向垂直時(shí)，力F不做功； l FN α G ②當(dāng)α＜π/2時(shí)，cosα＞0，W＞0。這表示力F對物體做正功； l F α ③當(dāng)π/2＜α≤π時(shí)，cosα＜0，W＜0。這表示力F對物體做負(fù)功。 l F α 豎直向上拋出的球，在向上運(yùn)動(dòng)的過程中重力對物體做負(fù)功；汽車在行駛過程中，牽引力對汽車做正功，阻力對車做負(fù)功。 2．正功和負(fù)功的含義 ①功的正負(fù)表示是動(dòng)力對物體做功還是阻力對物體做功 功的正負(fù)由力和位移之間的夾角決定，所以功的正負(fù)決不表示方向，而只能說明做功的力對物體來說是動(dòng)力還是阻力。當(dāng)力對物體做正功時(shí)，該力就對物體的運(yùn)動(dòng)起推動(dòng)作用；當(dāng)力對物體做負(fù)功時(shí)，該力就對物體運(yùn)動(dòng)起阻礙作用。 ②功的正負(fù)是借以區(qū)別誰對誰做功的標(biāo)志 功是標(biāo)量，只有量值，沒有方向。功的正、負(fù)并不表示功的方向，而且也不是數(shù)量上的正與負(fù)。我們既不能說“正功與負(fù)功的方向相反”，也不能說“正功大于負(fù)功”，它們僅表示相反的做功效果。正功和負(fù)功是同一物理過程從不同角度的反映。同一個(gè)做功過程，既可以從做正功的一方來表述也可以從做負(fù)功的一方來表述。 ③一個(gè)力對物體做負(fù)功，往往說成物體克服這個(gè)力做功 某力對物體做負(fù)功，往往說成“物體克服某力做功”（取絕對值）。這兩種說法的意義是等同的。例如，豎直向上拋出的球，在向上運(yùn)動(dòng)的過程中，重力對球做負(fù)功，可以說成“球克服重力做功”。汽車關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)以后，在阻力的作用下逐漸停下來，阻力對汽車做負(fù)功，可以說“汽車克服阻力做功”。 四、幾個(gè)力總功的計(jì)算 我們學(xué)習(xí)了一個(gè)力對物體所做功的求解方法，而物體所受到的力往往不只一個(gè)，那么，如何求解這幾個(gè)力對物體所做的功呢? l F1 α F2 F3 G 如圖所示，一個(gè)物體在拉力F1的作用下，水平向右移動(dòng)位移為l，求各個(gè)力對物體做的功是多少?各個(gè)力對物體所做功的代數(shù)和如何? 物體所受的合力是多少?合力所做的功是多少? 物體受到拉力F1、滑動(dòng)摩擦力F2、重力G、支持力F3的作用。 重力和支持力不做功，因?yàn)樗鼈兒臀灰频膴A角為90o；F1所做的功為：W1＝Flcosα，滑動(dòng)摩擦力F2所做的功為：W2＝F2scos180o＝－F2l。 各個(gè)力對物體所做功的代數(shù)和為：W＝(F1cosα－F2)l。 根據(jù)正交分解法求得物體所受的合力F＝F1cosα－F2 合力方向向右，與位移同向； 合力所做的功為：W＝Flcos0o＝(F1cosα－F2)l。 總結(jié)：當(dāng)物體在幾個(gè)力的共同作用下發(fā)生一段位移時(shí)，這幾個(gè)力對物體所做的功可以用下述方法求解： 1．求出各個(gè)力所做的功，則總功等于各個(gè)力所做功的代數(shù)和； 2．求出各個(gè)力的合力，則總功等于合力所做的功。 【例題1】一個(gè)質(zhì)量m＝2kg的物體，受到與水平方向成37o角斜向上方的拉力F1＝10N，在水平地面上移動(dòng)的距離l＝2m。物體與地面間的滑動(dòng)摩擦力F2＝4.2N。求外力對物體所做的總功。 α l F1 F2 解析：拉力F1對物體所做的功為W1＝F1lcos37o＝16J。 摩擦力F2對物體所做的功為W2＝F2lcos180o＝－8.4J。 外力對物體所做的總功W＝W1＋W2＝7.6J。 （另解：先求合力，再求總功）。 【例題2】一個(gè)質(zhì)量m＝150 kg的雪橇，受到與水平方向成θ＝37°角斜向上方的拉力F＝500N，在水平地面上移動(dòng)的距離l＝5m。物體與地面間的滑動(dòng)摩擦力F阻＝100N。求力對物體所做的總功。 分析 雪橇受到的重力與支持力沿豎直方向，不做功。拉力F可分解為水平方向和豎直方向的兩個(gè)分力，豎直方向的分力與運(yùn)動(dòng)方向的夾角為90°，不做功，所以力對物體所做的總功為拉力的水平分力和阻力所做的功的代數(shù)和。 解析 拉力在水平方向的分力為Fx＝Fcos37°，它做的功為 W1＝Fxl＝Flcos 37° 摩擦力與運(yùn)動(dòng)方向相反，它做的功為負(fù)功 W2＝－F阻l 力對物體所做的總功為二者之和，即 W＝W1＋W2＝Flcos 37°－F阻l 把數(shù)值代入，得 W＝1500J 雪橇受的力所做的總功是1500J。 ［小結(jié)］ 通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們明確了功的初步概念，掌握了功的計(jì)算公式W＝Flcosα及求解力對物體所做總功的兩種方法。知道功是一個(gè)有正負(fù)的標(biāo)量，它的正負(fù)是由cosα的正負(fù)決定的，理解了正功和負(fù)功的含義。功的重要意義在于決定能量的變化。 ［布置作業(yè)］ 教材第59－60頁“問題與練習(xí)”。 - 7 -