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2019-2020年高一物理 第七章機械能 一 機械能(第一課時) 人教大綱版第一冊 ●本節(jié)教材分析 本節(jié)講解功的概念，先復習初中學過的公式 W = Fs，然后擴展為功的一般公式 W = Fscosα，教學中要注意這個擴展過程，使學生知道其中的推理過程，培養(yǎng)學生的推理能力. 在本節(jié)的教學中，要注意強調(diào)本章研究的線索：功和能是有密切聯(lián)系的物理量，以及做功的過程就是能量轉(zhuǎn)化的過程，做了多少功，就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化. 本節(jié)的重點是正功和負功，要結(jié)合實例說明力在什么情況下做正功，在什么情況下做負功，并使學生清楚地知道：一個力對物體做負功，往往說成物體克服這個力做功. 對于變力做功問題，可采用專題輔導討論的形式進行，以開闊學生的眼界. ●教學目標 一、知識目標 1.知道功的定義，理解功的兩個要素. 2.掌握功的公式：W = Fscosα .明確公式中各個字母所代表的物理量，知道功的單位. 3.知道功是標量，理解正功和負功的含義. 二、能力目標 1.能正確運用功的公式計算各力做功的大小. 2.在具體的物理情景中，判斷物體所受各力是否做功以及做功的正負. 3.掌握合力做功的兩種計算方法. 三、德育目標 在功的概念和求解功的數(shù)值的過程中，培養(yǎng)科學嚴謹?shù)膽B(tài)度. ●教學重點 1.功的概念. 2.功的計算公式. ●教學難點 1.如何判定各個力做功的正負. 2.各個力所做的總功的計算. ●教學方法 在復習初中有關(guān)知識的基礎上，通過擴展舉例和分析來解決重點、突破難點. ●教學用具 投影儀、投影片. ●課時安排 1課時 ●教學過程 一、導入新課 我們知道自然界存在各種不同形式的能量，例如機械能（動能和勢能）、內(nèi)能、電能、化學能、核能等，不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化，而且在轉(zhuǎn)化過程中總能量守恒. 我們在初中學過功的知識，知道功和能是有密切關(guān)系的.原來，做功的過程就是能量轉(zhuǎn)化的過程，做了多少功，就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化，這樣，通過做功的多少就可以定量地研究能量及其相互轉(zhuǎn)化了. 本節(jié)課我們先來學習功. 二、新課教學 ［知識板塊一］功： ［程序一］［投影閱讀思考題］ 1.做功的兩個不可缺少的因素是___________和___________. 2.舉幾個實例說明力對物體做了功. 3.功的大小由___________、___________和___________共同決定. 4.如果力的方向與物體的運動方向一致，功的大小如何確定？ 5.如果力F的方向與運動方向成某一角度時，應如何求解力F對物體所做的功？ 6.功是矢量還是標量？它的單位是什么？這個單位是如何規(guī)定的？ ［程序二］學生分組閱讀、討論、解答思考題. ［程序三］用多媒體對學生的解答進行概括. 1.物體受到力的作用，并且在力的方向上發(fā)生一段位移，就叫做力對物體做了功. 力和在力的方向上發(fā)生的位移是做功的兩個不可缺少的因素. 2.功的求解公式： W=Fscosα 其實F在位移s上應是恒力，α是F與位移s的夾角. 即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這三者的乘積. 3.功是一個標量，在國際單位制中，功的單位是焦耳，簡稱焦.符號是J. 1 J等于1 N的力使物體在力的方向上發(fā)生1 m的位移時所做的功. 1 J=1 N1 m=1 Nm ［程序四］重點講解點撥： 如圖所示，當力F的方向與運動方向成某一角度時，功的求解. 1.師生共同分析力F產(chǎn)生的效果： ［效果一］向右拉物體； ［效果二］向上拉物體； 2.據(jù)力F產(chǎn)生的效果對F進行分解. 3.分力F1所做的功等于F1s,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做的功等于零. 因此，力F對物體所做的功W等于F1s,而F1=Fcosα.所以：W=Fscosα 總結(jié)： （1）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這三者的乘積. （2）α指的是力F和位移間的夾角. ［程序五］投影第一組鞏固訓練題： 下圖表示物體在力F作用下在水平面上發(fā)生一段位移s,試分別計算在這三種情況下力F對物體所做的功，設在這三種情況下力、位移的大小都相同：F=10 N,s=2 m,角θ的大小如圖中所示. 甲圖中：F和s之間夾角為π－θ=30. 所以W甲=Fscos30=102 J=10 J 乙圖中：力F和位移s之間的夾角為π－θ=150 所以W乙=Fscos150=102(－) J=－10 J 丙圖中：力F和s之間的夾角為30. 所以W丙=Fscos30=10 J 拓展討論：甲和丙圖中力F做的功相同，那么力F對物體產(chǎn)生的效果有什么不同呢？ （對地產(chǎn)生的壓力不同） 知識板塊二：正功和負功 ［程序一］［投影］思考題組二： 1.據(jù)W=Fscosα討論力對物體做功的幾種情形. 2.舉例說明： ①力對物體不做功； ②力對物體做正功； ③力對物體做負功. 3.關(guān)于力對物體做負功的兩種意義等同的說法是什么？ ［程序二］分組討論并解答上述問題 ［程序三］師生一起概括總結(jié)： （一）據(jù)W=Fscosα討論得到： 1.當α=時，cosα=0,W=0，這表示力F的方向跟位移s的方向垂直時，力F不做功. ［例1］物體在水平面上運動時，重力G和支持力F都跟位移方向垂直，這兩個力都不做功. 2.當α＜時，cosα＞0,W＞0，這表示力F對物體做正功. ［例2］人用力推車前進時，人的推力F對小車做正功. ③當＜α≤π時，cosα＜0,W＜0.這表示力對物體做負功. ［例3］人用力阻礙車前進時，人的推力F對車做負功. （二）一個力對物體做負功，往往說成物體克服這個力做了正功（取絕對值） ［例4］豎直向上拋出的球，在向上運動的過程中，重力對球做了－6 J的功，可以說成球克服重力做了6 J的功. 程序四：投影第二組鞏固練習： 用起重機把重量為2.0104 N的重物勻速地提高5 m，鋼繩的拉力做多少功？重力做多少功？重物克服重力做多少功？ 解：因為重物被勻速提起，所以拉力等于重力，即F拉=mg 所以W拉=F拉h(huán)=mgh=21045=105 J WG=－Gh=－21045=－105 J 重物克服重力做了105 J的功. 知識板塊三：外力所做的功和各個力做功之間的關(guān)系. 教師講解：當物體在幾個力的共同作用下發(fā)生一段位移s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. 舉例說明： 如圖所示：一個物體在水平面上運動，它受到四個力的作用： 拉力F1， 滑動摩擦力F2， 重力G， 支持力F3. 重力和支持力不做功，因而外力所做的總功W等于拉力F1和滑動摩擦力F2所做功的代數(shù)和：W=F1cosαs－F2s 學生活動： 證明：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這幾個力的合力對物體所做的功. 學生把證明過程在實物投影儀上展示. 例題分析： ［投影課本例題］ 一個質(zhì)量m=2 kg的物體，受到與水平方向成37角斜向上方的拉力F1=10 N，在水平地面上移動的距離s=2 m，物體與地面間的滑動摩擦力F2=4.2 N，求外力對物體所做的總功. 學生活動： 1.對物體進行受力分析； 2.討論有幾種求解方法; 3.學生求解并在投影儀上展示. 在投影儀上展示正確的求解過程. 解法一： 拉力F1對物體所做的功為： W1=F1scos37=16 J 摩擦力F2對物體所做的功為： W2=F2scos180=－8.4 J 外力對物體所做的總功W等于W1和W2的代數(shù)和. 所以：W=W1+W2=7.6 J 解法二： 物體受到的合力為： F合=F1cos37－F2=10 N－4.2 N=3.8 N 所以W=F合s=3.82 J=7.6 J 題后總結(jié)： 當物體同時受到幾個力作用時，計算合外力的功有兩種方法. 一是先分別求各個外力的功W1=F1scosα1,W2=F2scosα2…再把各個外力的功代數(shù)相加. 二是先用平行四邊形定則求出合外力，再根據(jù)W=F合scosα計算功，注意α應是合外力與位移s之間的夾角. 三、鞏固練習 1.下圖所示的四種情況中，A、B兩物體相對靜止，一起向右運動，則 A.圖甲中，A、B間摩擦力對A做正功 B.圖乙中，A、B間摩擦力對B做負功 C.圖丙中，A、B間摩擦力對B做正功 D.圖丁中，A、B間摩擦力對A做負功 2.以一定的初速度豎直向上拋出一小球，小球上升的最大高度為h，空氣阻力的大小為f,則從拋出至回到原出發(fā)點的過程中，求空氣阻力對小球做的功. 參考答案： 1. BCD2.－2fh 四、小結(jié) 本節(jié)課的重點是功的初步概念及功的正確計算，難點是對功的初步概念的正確形式和力對物體做負功的理解.功這個概念比較抽象，學生缺乏感性認識，在學習時最好采用類比的方法，將高、初中的功的概念中不同的關(guān)鍵詞組進行對比理解.同時要聯(lián)系實際理解功的概念：如果力對物體做負功，則這個力一定表現(xiàn)為阻力，也常說為物體克服這個力做功，同時要注意學會判定力對物體是否做功的方法. 五、作業(yè) （一）課本練習一 （二）思考題： 1.如左下圖所示，水平面上質(zhì)量為m的物體由A經(jīng)B點運動到C點，已知物體與水平面間動摩擦系數(shù)為μ，求由A到C過程中摩擦力做的功. 2.如右上圖所示，上表面光滑木板的質(zhì)量為 M，長為 L，放在水平面上，一細線通過定滑輪將木板與質(zhì)量為m 的小木塊相連，M與水平面間的動摩擦因數(shù)為 μ，現(xiàn)用水平向右的力將小木塊從木板的最左端拉到最右端，拉力至少要做的功是 A.μmgL B.2μgmL C. D. 3.如圖所示，質(zhì)量為m的物體 P 放在光滑的傾角為θ的直角劈上，同時用力F向右推劈，使P與劈保持相對靜止，當前進的水平位移為 s時，劈對P做的功為 A.Fs B.mgsinθ C.mgcosθs D.mgtanθs 4.對于一對相互作用力在作用過程中，分析它們做功的代數(shù)和是否一定等于零. 參考答案： 1. WAC = WAB+ WBC = －μmg() 2.WF = Fscosα=μ(M + m)g，選D. 3.由于P與劈保持相對靜止，故P必然做加速運動，如圖所示可知N = mg/cosθ.故劈對P做的功為W=Nssinθ= mgtanθs，選D. 4.答：不一定等于零. 六、板書設計 七、本節(jié)優(yōu)化訓練設計 1.關(guān)于摩擦力對物體做功，以下說法中正確的是 A.滑動摩擦力總是做負功 B.滑動摩擦力可能做負功，也可能做正功 C.靜摩擦力對物體一定做負功 D.靜摩擦力對物體總是做正功 2.如圖所示,一個物體放在水平面上，在跟豎直方向成θ角的斜向下的推力F的作用下沿平面移動了距離s，若物體的質(zhì)量為m，物體與地面之間的摩擦力大小為Ff，則在此過程中 A.摩擦力做的功為Ffs B.力F做的功為Fscosθ C.力F做的功為Fssinθ D.重力做的功為mgs 3.質(zhì)量為m的物體靜止在傾角為θ的斜面上，當斜面沿水平方向向右勻速移動了距離s時，物體m相對斜面靜止，下列說法中不正確的是 A.摩擦力對物體m做功為0 B.合力對物體m做功為0 C.摩擦力對物體m做負功 D.彈力對物體m做正功 4.起重機豎直吊起質(zhì)量為m的重物，上升的加速度是a，上升的高度是h，則起重機對貨 物做的功是 A.mgh B.mah C.m（g＋a）h D.m（g－a）h 5.關(guān)于一對相互作用力在作用過程中，它們的總功W和總沖量I，下列說法中正確的是 A.W和I一定都等于0 B.W一定等于0，I不可能為0 C.W可能不等于0，I一定等于0 D.W和I都可能不等于0 6.把一個物體豎直向上拋出去，該物體上升的最大高度是h，若物體的質(zhì)量為m，所受的 空氣阻力恒為Ff，則在從物體被拋出到落回地面的全過程中 A.重力所做的功為0 B.重力所做的功為2 mgh C.空氣阻力做的功為0 D.空氣阻力做的功為－2Ffh 7.質(zhì)量為m的物體放在水平面上，施以水平拉力F，從靜止開始前進了時間t，撤去F，這之后又經(jīng)過t時間，物體才停下來，設物體在運動過程中所受阻力不變，則 A.力F所做的功為 B.力F所做的功為 C.物體克服阻力做功 D.物體克服阻力做功 8.如圖所示，水平面上的物體受到力F1、F2作用，F(xiàn)1水平向右，F(xiàn)2與水平方向之間夾角為θ，物體在運動過程中，力F1與F2的合力做功為W，若物體一直沿水平面運動，則力F2對物體做功的大小為 A. W B.W C. W D. W 9.如圖所示，質(zhì)量為m的物體靜止于傾角為θ的光滑斜面體上，斜面體的質(zhì)量為M，現(xiàn)對該斜面體施加一個水平向左的推力F1，使物體與斜面之間無相對滑動，一起沿水平方向向左移動了s，則在此勻速運動過程中斜面體M對物體做的功為 A.Fs B.mgstanθ C.Fs D.mgscosθsinθ 10.如圖所示的軌道ABCD中，AB、CD為光滑圓弧軌道，BC為長2 m的水平軌道，物體與水平軌道間的動摩擦因數(shù)μ＝0.2，質(zhì)量為m的物體從高h＝1 m的A處由靜止開始滑下，求： （1）物體第一次在軌道到達的最大高度H. （2）物體最后停在何處? 參考答案： 1.B 2.C 3.A 4.C 5.C 6.AD 7.BC 8.D 提示：據(jù)題意：Ｗ＝（F2cosθ＋F1）s，F(xiàn)2對物體做的功Ｗ2＝F2scosθ.由上面兩式可解出Ｗ2. 9.B 10.（1）Ｈ＝0.6m （2）物體最后停在BC的中點