2020年高中物理教学设计(新人教必修二)7.2《功》2.docx

第2节 功
新课教学
1、推导功的表达式
老师活动：假如力的方向与物体的运动方向全都，该怎样计算功呢？
投影问题一：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。

同学活动：思考老师提出的问题，依据功的概念独立推导。
在问题一中，力和位移方向全都，这时功等于力跟物体在力的方向上移动的距离的乘积。
W=Fs
老师活动：假如力的方向与物体的运动方向成某一角度，该怎样计算功呢？
投影问题二：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。

同学活动：思考老师提出的问题，依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，可依据力F的作用效果把F沿两个方向分解：即跟位移方向全都的分力F1，跟位移方向垂直的分力F2，如图所示：

据做功的两个不行缺少的因素可知：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
老师活动：呈现同学的推导结果，点评、总结，得出功的定义式。
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重量的乘积。
在SI制中，功的单位为焦。
1J=1N·m
在用功的公式计算时，各量要求统一接受国际单位制。
2、对正功和负功的学习
老师活动：指导同学阅读课文P5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。请画出各种状况下力做功的示意图，并加以争辩。
同学活动：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。

老师活动：投影同学画图状况，点评、总结。
点评：培育同学分析问题的力量。
老师活动：指导同学阅读课文。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。
同学活动：阅读课文，理解正功和负功的含义。回答老师的问题。
老师活动：倾听同学回答，点评、总结。
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打算，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功的正负是借以区分谁对谁做功的标志
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。打个比方，甲借了乙10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-6J的功，可以说成物体克服这个力做了6J的功。
3、几个力做功的计算
老师活动：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，如何求解这几个力对物体所做的功呢?
投影例题：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?

同学活动：认真审题，解决问题。
老师活动：投影同学解题过程，点评总结。
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，由于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
依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
总结：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。
老师活动：投影例题：一个质量m=2kg的物体，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s=2m。物体与地面间的滑动摩擦力F2=4.2N。求外力对物体所做的总功。

同学活动：认真审题，解决问题。
老师活动：投影同学解题过程，点评总结。
解析：拉力F1对物体所做的功为W1= F1scos37°=16J。
摩擦力F2对物体所做的功为W2= F2scos180°= -8.4J。
外力对物体所做的总功W=W1＋W2=7.6J。
（另解：先求合力，再求总功）
点评：通过实际问题的应用，培育同学独立分析问题的力量。
（三）课堂总结、点评
老师活动：让同学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。
同学活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。
点评：总结课堂内容，培育同学概括总结力量。
老师要放开，让同学自己总结所学内容，允许内容的挨次不同，从而构建他们自己的学问框架。
板书设计
1功的概念
（1）什么叫力做了功
（2）力做功的两个因素
2功的公式：W＝Fscosa
3正功和负功功是标量，功的正负不表示方向
4总功的求法
（1）＝scosa
（2）＝＋＋……
（四）实例探究
☆对“功”的理解
［例1］水流从高处落下，对水轮机做3×108J 的功，对这句话的正确理解是（ ）
A．水流在对水轮机做功前，具有3×108J的能量
B．水流在对水轮机做功时，具有 3×108J的能量
C．水流在对水轮机做功后，具有 3×108J的能量
D．水流在对水轮机做功的过程中，能量削减3×108J
解析：本题考查了功和能的关系，并且同实际中的科技应用联系起来。
解：依据“功是能量转化的量度”可知，水流在对水轮机做功的过程中，有能量参与转化，水流对水轮机做了3×108J的功，则有3×108J的机械能削减了。故答案应选D。
点拨：功是能量转化的量度是指做功的过程就是能量转化的过程。做了多少功，就有多少能量发生转化，绝不能说功是能量的量度。
☆关于“功”的计算
［例2］以肯定的初速度竖直向上抛出一小球，小球上升的最大高度为h，空气阻力的 大小恒为f，则从抛出至落回到原动身点的过程中，空气阻力对小球做的功为 （ ）
A．零 B． C． D．
解析：在小球从抛出至落回原地的过程中，小球所受阻力的方向变化了，所以是变力，如何求这一变力做的功，可分段处理。
答案：C
点拨：对于变力所做的功，可分段处理，求出每一段上（转换为恒力）该力所做的功，再求各段上功的代数和，或者求平均力，再求平均力所做的功。
★课余作业
书面完成P6“问题与练习”中1-4题。
★教学体会
思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与学问的发觉过程是培育同学力量的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。同学素养的培育就成了镜中花，水中月。
★巩固练习
1、起重机将质量为100 kg的重物竖直向上移动了2ｍ，下列三种状况下，做功的力各有哪几个?每个力做了多少功?是正功还是负功?（不计阻力，ｇ=9.8ｍ/s2）
（1）匀加速提高，加速度a1=0.2ｍ/s2；
（2）匀速提高；
（3）匀减速下降，加速度大小a2=0.2ｍ/s2.
答案：（1）拉力和重力；W拉=2×103J，WＧ= -1.96×103 J；拉力做正功，重力做负功
（2）拉力和重力；均等于1.96×103 J；拉力做正功，重力做负功
（3）拉力和重力；拉力做功-2×103 J；重力做功1.96×103 J；拉力做负功，重力做正功
A
B
α
β
F
H
2、如图在光滑的水平面上，物块在恒力F=100 Ｎ的作用下从A点运动到B点，不计滑轮的大小，不计绳与滑轮的质量及绳、滑轮间的摩擦，Ｈ=2.4ｍ，α=37°，β=53°，求拉力F做的功。
答案：100 J