2019-2020年高中物理《機械能守恒定律》教案27 新人教版必修2.doc
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2019-2020年高中物理《機械能守恒定律》教案27 新人教版必修2 一、教材內(nèi)容分析 本節(jié)課是新課標新加的內(nèi)容，旨在介紹能量的有關概念，使學生對能量這一抽象的概念有一個初步的認識，對初學者來說，能量是一個很不容易理解的概念，看不見、摸不著，本節(jié)課從守恒現(xiàn)象出發(fā)，引出能量的概念，進一步引出勢能和動能的概念，學生理解起來雖然有些困難，但能使學生大致有個印象，為以后進一步學習各種能量打下基礎。 二、新課標三維目標 [知識與技能] 理解動能、勢能及能量的概念與意義，領會能量的更深層次的含義。 [過程與方法] 會分析動能與勢能間的相互轉化過程。 [情感態(tài)度與價值觀] 通過動能、勢能間的相互轉化來研究生活中的物體的運動規(guī)律，進一步培養(yǎng)學生對生活的熱愛，對物理規(guī)律的探究熱情。 三、新知探究過程 （一） 創(chuàng)設情景，引入新課 [教師提問]同學們在初中曾經(jīng)初步探究過關于能量轉化的問題，下面請學生列舉一些生活中能量轉化的例子。 讓學生積極思考，列舉實例。學生代表發(fā)言，其他同學補充。 教師總結點評學生的發(fā)言情況，引導學生初步體會“能量”在人類生活中的重要性。 （二） 提出問題，引導探究 教師請一位學生當眾朗讀教材開頭費恩曼的話，其他同學仔細傾聽。讓學生們從先賢的話中體會能量守恒定律的重要性。 可通過多媒體動畫展示“伽利略斜面實驗”，讓學生們形象地感受到“有某一量是守恒的”。 讓學生認真觀看課件演示，用心體會。 [教師提示]小球在運動過程中“有某一量是守恒的”這一守恒的量就叫做“能量”或“能”。 讓學生體會、思考到底什么是“能量”，其深層次的含義又是什么？ [教師板書]小球在運動過程中“有某一量是守恒的”這一守恒的量就叫做“能量”或“能”。 （三）勢能概念的教學策略 [課件展示]通過多媒體動畫展示英國“巨石陣”，讓學生們形象地感受到“物體由于被舉高而具有的一種形式的能”。 讓學生認真觀看課件演示，用心體會。 教師引導學生得出“勢能”的概念，并讓同學們看教材第2頁下半部分，領會勢能的概念。 讓學生認真閱讀教材相應部分，互相討論、領會勢能的概念。 [教師板書]相互作用的物體憑借其位置而具有的能量叫做勢能。 （四）動能概念的教學策略 [課件展示]通過多媒體動畫展示“行駛的汽車”，讓學生們形象地感受到“物體由于運動而具有的能叫動能”。 讓學生認真觀看課件演示，用心體會。 教師引導學生得出“動能”的概念。 讓學生互相討論、領會動能的概念。 [教師板書]物體由于運動而具有的能叫動能。 （五）勢能和動能相互轉化的教學 教師通過課件展示“勢能和動能的相互轉化”，讓學生感受到“勢能和動能”是可以轉化的，但總和是不變的。 讓學生認真觀看課件演示，用心體會，并發(fā)表見解。 教師引導學生閱讀教材，并用能量的觀點，解釋“小球”釋放后為什么會重新回到原來的高度。 教師提出問題：如果不采用能量的概念，用我們以前的語言能否解釋這個實驗？這種描述具有什么局限？ 讓學生思考老師的問題，討論后學生代表發(fā)言。 教師針對學生的回答進行點評。 四、知能總結與升華 [教師引導]同學們通過本節(jié)課，學習到了那些知識與方法？ [思考與討論]學深個體思考，分組交流。 [總結發(fā)言] [教師評價]教師要肯定學生總結，并引導啟發(fā)，要使學生有一些閃光的發(fā)言，要大加鼓勵，并在學生總結的基礎上適當升華。 [教師提煉] 知識要點：能量、動能和勢能。 規(guī)律：在“伽利略斜面實驗”中，小球在運動過程中“有某一量是守恒的”這一守恒的量就叫做“能量”或“能”。 方法：通過具體的現(xiàn)象總結出抽象的結論的方法、用轉化和守恒的思想考慮問題的方法。 【教學設計評析】 能量是物理學中最難理解、最抽象的概念之一。本節(jié)課主要是通過一些物理現(xiàn)象，從“守恒量”這一觀點得出能量的概念。通過本節(jié)課的學習學生不一定能準確無誤地理解好能量的概念，但可以形成一個關于能量概念的印象，體會本節(jié)課蘊涵著的深刻的物理思想。本節(jié)課意在啟迪學生，在學生心中埋下物理思想的種子。 【案例展示】 《功》課堂教學實錄 人教版必修2第七章第2節(jié) 一、問題激疑，引入新知 [教師提問]請同學們考慮：初中我們學過做功的兩個因素是什么? [學生思考、回答]一是作用在物體上的力，二是物體在力的方向上移動的距離。 [教師點評、總結]高中我們已學習了位移這一物理量，所以做功的兩個要素我們現(xiàn)在可以認為是：①作用在物體上的力；②物體在力的方向上發(fā)生的位移。 [教師板書]1、做功的兩個要素是：①作用在物體上的力；②物體在力的方向上發(fā)生的位移。 [教師提問]舉幾個例子說明力對物體做了功。 [學生思考、回答] 人推車前進時，車在人的推力作用下發(fā)生了一段位移。我們說推力對車做了功。起重機提起貨物，貨物在起重機鋼繩的拉力作用下發(fā)生了一段位移，拉力對貨物做了功。列車在機車的牽引力作用下發(fā)生了一段位移，牽引力對列車做了功。 [課件展示]利用多媒體展示幾個做功實例的物理情景。 [學生活動]認真觀看課件演示，用心體會。 [教師強調(diào)] 力和物體在力的方向上發(fā)生的位移，是做功的兩個不可缺少的因素。 [教師引導]一個物體受到力的作用，且在力的方向上移動了一段位移，這時，我們就說這個力對物體做了功。在初中學習功的概念時，強調(diào)物體運動方向和力的方向的一致性，如果力的方向與物體的運動方向不一致呢？相反呢？力對物體做不做功？若做了功，又做了多少功？怎樣計算這些功呢？本節(jié)課我們來繼續(xù)學習有關功的知識，在初中的基礎上進一步擴展、進一步深化。 二、師生互動 ，探究新知 [教師提示]我們已經(jīng)知道了做功的兩個不可缺少的因素，那么如果力的方向與物體的運動方向完全一致，該怎樣計算功呢？ [課件展示]投影問題1：物體m在水平力F的作用下水平向前行駛的位移為s，如圖甲所示，求力F對物體所做的功。 [學生活動]認真觀看課件演示，思考老師提出的問題，根據(jù)功的概念獨立推導。 [教師活動]利用多媒體投影部分學生的解答過程，并進行點評總結。 [課件展示]利用多媒體投影本題的解答過程：力和位移方向一致，這時功等于力跟物體在力的方向上移動的距離的乘積。W=Fs [教師提示]如果力的方向與物體的運動方向成某一角度，該怎樣計算功呢？ [課件展示]投影問題2：物體m在與水平方向成α角的力F的作用下，沿水平方向向前行駛的距離為s，如圖乙所示，求力F對物體所做的功。 [學生活動]認真觀看課件演示，思考老師提出的問題，根據(jù)功的概念獨立推導。 [教師活動]利用多媒體投影部分學生的解答過程，并進行點評總結。 [課件展示]利用多媒體投影本題的解答過程：由于物體所受力的方向與運動方向成一夾角α，可根據(jù)力F的作用效果把F沿兩個方向分解：即跟位移方向一致的分力F1，跟位移方向垂直的分力F2，如圖所示： 據(jù)做功的兩個不可缺少的因素可知：分力F1對物體所做的功等于F1s。而分力F 2的方向跟位移的方向垂直，物體在F 2的方向上沒有發(fā)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 [教師總結] 力F對物體所做的功等于力的大小、位移的大小、力和位移夾角的余弦這三者的乘積。即： W=Fscosα W表示力對物體所做的功，F(xiàn)表示物體所受到的力，s物體所發(fā)生的位移，α力F和位移之間的夾角。 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。 [教師板書] 2、功等于力的大小和在力的方向上位移大小的乘積。 3、功的公式：W= Fscosα [教師提問]功的單位是什么？請同學們推倒。 [學生思考、推倒、回答] [教師總結]在SI制中，功的單位為焦。1J=1Nm 。 在用功的公式計算時，各量要求統(tǒng)一采用國際單位制。 [教師板書]4、功的單位：焦耳。 [教師指導]通過上邊的學習，我們已明確了力F和位移s之間的夾角，并且知道了它的取值范圍是０≤α≤180。那么，在這個范圍之內(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。請畫出各種情況下力做功的示意圖，并加以討論。請同學們帶著這些問題閱讀教材第5頁關于正功和負功的幾段闡述。 [學生活動]認真閱讀教材，思考老師的問題，通過畫圖解決。 [教師活動]利用多媒體投影部分學生的解答過程，傾聽學生回答，并進行點評、總結。 [課件展示]利用多媒體投影本題的解答過程： ①當α=π/2時，cosα=0，W=0。力F和位移s的方向垂直時，力F不做功； ②當α＜π/2時，cosα＞0，W＞0。這表示力F對物體做正功； ③當π/2＜α≤π時，cosα＜0，W＜0。這表示力F對物體做負功。 [課件展示] α的取值 cosα W 含義 α=0 1 W=Fs 力對物體做正功 0<α<π/2 大于0 W=Fscosα 力對物體做正功 α=π/2 0 W=0 力的方向跟位移垂直時，力不做功 π/2<α<π 小于0 W<0 力對物體做負功 [教師板書] 5、功的正負。 [課件展示]利用多媒體投影問題：試分析下列物體在運動過程中支持力N是否做功。 [學生認真審題、解決問題] [教師活動]傾聽學生回答，進行點評、總結，正確引導學生的思路。 [課件展示]利用多媒體投影：在三個圖中，支持力N都不做功。 [教師總結] ①功的正負表示是動力對物體做功還是阻力對物體做功 功的正負由力和位移之間的夾角決定，所以功的正負決不表示方向，而只能說明做功的力對物體來說是動力還是阻力。當力對物體做正功時，該力就對物體的運動起推動作用；當力對物體做負功時，該力就對物體運動起阻礙作用。 ②功的正負是借以區(qū)別誰對誰做功的標志 功是標量，只有量值，沒有方向。功的正、負并不表示功的方向，而且也不是數(shù)量上的正與負。我們既不能說“正功與負功的方向相反”，也不能說“正功大于負功”，它們僅表示相反的做功效果。正功和負功是同一物理過程從不同角度的反映。同一個做功過程，既可以從做正功的一方來表述也可以從做負功的一方來表述。 一個力對物體做負功，往往說成物體克服這個力做功。打個比喻，甲借了乙10元錢，那么從甲的角度表述，是甲借了錢；從乙的角度表述，乙將錢借給了別人。例如：一個力對物體做了-6J的功，可以說成物體克服這個力做了6J的功。 [教師提示]剛才我們探究的全是一個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，那么，如何求解這幾個力對物體所做的功呢?請同學們獨立解決下面問題。 [教師板書]6、總功的求法。 [課件展示]多媒體投影：如圖所示，一個物體在拉力F1的作用下，水平向右移動位移為s，求各個力對物體做的功是多少?各個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? [學生認真審題、解決問題] [教師活動]利用多媒體投影部分學生的解答過程，并進行點評總結。 [課件展示]利用多媒體投影本題的解答過程： 解析：物體受到拉力F1、滑動摩擦力F2、重力G、支持力F3的作用。 重力和支持力不做功，因為它們和位移的夾角為90；F1所做的功為：W1=Fscosα，滑動摩擦力F2所做的功為：W2=F2scos180=-F2s。 各個力對物體所做功的代數(shù)和為：W=（F1cosα-F2）s 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=Fscos０=（F1cosα-F2）s [教師總結]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功可以用下述方法求解：（1）求出各個力所做的功，則總功等于各個力所做功的代數(shù)和；（2）求出各個力的合力，則總功等于合力所做的功。 [教師說明]下面同學們利用以上方法解決下面具體問題。 [課件展示]利用多媒體投影例題：一個質量m=10kg的木箱，受到與水平方向成37角斜向上方的拉力F1=100N，在水平地面上移動的距離s=2m。物體與地面間的滑動摩擦力F2=42N。求外力對物體所做的總功。 [學生認真審題、解決問題] [教師活動]利用多媒體投影部分學生的解答過程，并進行點評總結。 [課件展示]利用多媒體投影本題的解答過程： 解析：{方法1：出各個力所做的功，再求各個力所做功的代數(shù)和。} 拉力F1對物體所做的功為：W1= F1scos37=160J。 摩擦力F2對物體所做的功為：W2= F2scos180= -84J。 外力對物體所做的總功：W=W1＋W2=76J。 {方法2：先求合力，再求總功} 水平方向合力為：F＝ cos37－F2＝38N 合外力對物體所做的功為：W= Fscos０＝76J 三、遷移應用、自主提高 問題1 [投影]水流從高處落下，對水輪機做3108J 的功，對這句話的正確理解是（ ） A．水流在對水輪機做功前，具有3108J的能量 B．水流在對水輪機做功時，具有 3108J的能量 C．水流在對水輪機做功后，具有 3108J的能量 D．水流在對水輪機做功的過程中，能量減少3108J [學生解答] [投影]根據(jù)“功是能量轉化的量度”可知，水流在對水輪機做功的過程中，有能量參與轉化，水流對水輪機做了3108J的功，則有3108J的機械能減少了。故答案應選D。 注意：功是能量轉化的量度是指做功的過程就是能量轉化的過程。做了多少功，就有多少能量發(fā)生轉化，絕不能說功是能量的量度。 問題2 [投影]起重機將質量為100 kg的重物豎直向上移動了2ｍ，下列三種情況下，做功的力各有哪幾個?每個力做了多少功?是正功還是負功?（不計阻力，ｇ=9.8ｍ/s2） （1）勻加速提高，加速度a1=0.2ｍ/s2； （2）勻速提高； （3）勻減速下降，加速度大小a2=0.2ｍ/s2. [學生解答] [投影]解析：（1）拉力和重力；W拉=2103J，WＧ= -1.96103 J；拉力做正功，重力做負功； （2）拉力和重力；均等于1.96103 J；拉力做正功，重力做負功； （3）拉力和重力；拉力做功-2103 J；重力做功1.96103 J；拉力做負功，重力做正功。 問題3 [投影] 一個質量m=2kg的物體，受到與水平方向成37角斜向上方的拉力F1=10N，在水平地面上移動的距離s=2m。物體與地面間的滑動摩擦力F2=4.2N。求外力對物體所做的總功。 [學生解答] [投影] 解析：拉力F1對物體所做的功為W1= F1scos37=16J。 摩擦力F2對物體所做的功為W2= F2scos180= -8.4J。 外力對物體所做的總功W=W1＋W2=7.6J。 （注意：也可以先求合力，再求總功） 問題4 [投影]如右圖1,質量為m的物體沿著傾角為α的斜面勻速向上運動，物體與斜面間的動摩擦因數(shù)為μ，斜面長度為s，則各力的做功情況是怎樣的？ [學生解答] [投影]解析：物體的受力情況如右圖1所示物體在斜面方向受力情況如右圖2所示其中F表示拉力，f表示摩擦力，F(xiàn)1表示重力沿斜面向下的分力 N=mgcosα f＝μN＝μmgcosα F1＝mgsinα F＝F1＋f＝mgsinα＋μmgcosα 下面是各個力做功情況： 力F做的功： WF = mg(sinα+μcosα)s 力N做的功：WN = mgcosαscos90 =0 力f:做的功：Wf = μmgcosαscos180 = - μmgscosα 重力mg做的功：:WG = mgssin(90+α) = - mgssinα 四、師生總結、知能升華 [教師引導]同學們通過本節(jié)課，學習到了那些知識與方法？ [思考與討論]學深個體思考，分組交流。 [總結發(fā)言] [教師評價]教師要肯定學生總結，并引導啟發(fā)，要使學生有一些閃光的發(fā)言，要大加鼓勵，并在學生總結的基礎上適當升華。 [教師提煉] 知識要點： 1、做功的兩個要素是：①作用在物體上的力；②物體在力的方向上發(fā)生的位移。 2、功是一個可以有正負的標題，它的正負是由cosα的正負決定的。 規(guī)律：功的求解公式W= Fscosα，其中α指的是F和s之間的夾角。 方法：求解力對物體所做總功的兩種方法： a、求出各個力所做的功，則總功等于各個力所做功的代數(shù)和。 b、求出各力的合力，則總功等于合力所做的功。 [板書設計] 7.2 功 1、做功的兩個要素是：①作用在物體上的力；②物體在力的方向上發(fā)生的位移。 2、功等于力的大小和在力的方向上位移大小的乘積。 3、功的公式：W= Fscosα 4、功的單位：焦耳。 5、功的正負。 6、總功的求法。 【教學反思】 本節(jié)課是物理概念的形成課，是“功”這一重要物理概念進行引入、形成、理解、應用的一節(jié)課。“功”這一重要物理概念在初中已經(jīng)接觸過，但是理解地不夠深刻。本節(jié)課在初中理解的基礎之上，一層層深入。在進行過程中，既給學生充足的時間和空間，思考、討論、發(fā)言，訓練和發(fā)展學生的各種能力，又解決了課時緊張、內(nèi)容較多的矛盾。 教師在教學過程中很好地貫徹了新課標新理念，與實際相結合；滲透學科思想方法，遵循循序漸進的教學規(guī)律。 【案例展示】 《功率》課堂教學實錄 人教版必修2第七章第3節(jié) 一、動畫設疑，引入新知 [教師提示]請同學們觀看兩段動畫，并進行對比。 [課件展示]用多媒體動畫分別演示兩段動畫。 動畫一：一臺起重機在1分鐘內(nèi)把1噸重的貨物勻速提到預定的高度。 動畫二：另一臺起重機在30秒內(nèi)把1噸貨物體勻速提到相同的高度。 [學生活動]認真觀看課件演示，用心體會。 [教師引導]請同學們分析：剛才畫面上展示的兩個過程中，兩臺起重機都對物體做了功，那么做的功是否相同？為什么？ [學生思考、回答]兩臺起重機對物體做了相同功。因為用了相同的力，通過了相同的位移。 [教師提問]兩臺起重機完成這些功所用的時間相同不？這說明了什么？ [學生思考、回答]它們完成這些功所用的時間不同，第一臺起重機做功所用時間長，這說明它做功慢；第二臺起重面做同樣的功，所用的時間短，這說明它做功快。 [教師引導]通過上述例子，我們知道力對物體做功有快慢之分，今天我們就來學習表示物體做功快慢的物理量。 二、師生互動 ，探究新知 [教師板書課題]7.3 功率 [教師提示]請同學們思考、回答下面問題。 [課件展示]用多媒體投影問題：力F1對甲物體做功為W1，所用時間為t1；力F2對乙物體做功為W2，所用時間為t2，在下列條件下，哪個力做功快？ A．W1=W2，t1＞t2 B．W1=W2，t1＜t2 C．W1＞W(wǎng)2，t1=t2 D．W1＜W2，t1=t2 [學生活動]認真思考，分組討論，選出代表回答。 [教師活動]傾聽學生回答，點評。 [點評：上述條件下，哪個力做功快的問題學生都能作出判斷，其實都是根據(jù)W/t這一比值進行分析判斷的。讓學生把這個意思說出來，然后總結。培養(yǎng)學生分析問題的方法。] [師生共同總結]做功快慢的比較有兩種方式：一是比較完成相同的功所用的時間；另一是比較在相同的時間內(nèi)完成的功。 在物理學中，一個力所做的功W跟完成這些功所用時間t的比值，叫做功率。用P表示，則 物理意義：功率是描述力對物體做功快慢的物理量。 上式是功率的定義式，也是功率的量度式，P與W、t間無比例關系，做功的快慢由做功的物體本身決定。根據(jù)這一公式求出的是平均功率，同時這個公式變形后給我們提供了一種求功的方法：W=Pt。 [教師板書] 1、 物理意義：功率是描述力對物體做功快慢的物理量。 [教師指導]請同學們閱讀教材第7頁中間部分，并考慮： 1、功率的單位是什么？ 2、公式是平均功率還是瞬時功率？就課本第7頁“說一說”欄目中提出的問題分組討論后回答。 [學生活動]認真閱讀教材、積極討論并回答。 1、由功率的定義式可知，功率的單位由功和時間的單位決定，在SI制中，功率的單位是：瓦特=W），1W=1J/s，常用單位：千瓦（kW） 1kW=1000 W 2、指平均功率，當時，即表示瞬時功率。 [教師點評、總結] [教師板書]2、功率的單位是：瓦特(W)，1W=1J/s， 指平均功率，當時，即表示瞬時功率。 [教師指導]請同學們閱讀教材第7頁“額定功率和實際功率”一段，并考慮：你對“額定功率和實際功率”是怎樣理解的？ [學生活動]認真閱讀教材、積極討論并回答。 [教師活動]傾聽學生回答，并進行點評、補充、總結。 1、額定功率：指機器正常工作時的最大輸出功率，也就是機器銘牌上的標稱值。 2、實際功率：指機器工作中實際輸出的功率。 注意：1、機器不一定都在額定功率下工作。實際功率總是小于或等于額定功率。實際功率如果大于額定功率容易將機器損壞。 1、 機車起動過程中，發(fā)動機的功率指牽引力的功率而不是合外力或阻力的功率。 [教師板書]3、額定功率、實際功率 [教師提出問題]力、位移、時間都與功率相聯(lián)系，請同學們用學過的知識推導出功率與速度的關系式；推不出來的同學可以先閱讀教材“功率與速度”部分，然后自己再推導。 [學生思考、閱讀、推導功率與速度的關系式] [教師活動]巡回指導，發(fā)現(xiàn)問題及時幫助學生解決問題。投影學生的推導過程，點評、總結。分析公式的意義。 [課件展示]用多媒體投影問題解決過程： 一個物體在F的作用下，在時間t內(nèi)發(fā)生的位移為s，已各作用力F的方向和位移方向相同，求： （1）力F所做的功：W=Fs （2）力F的功率： 由此得到功率的另一種求解公式P=Fv 即力F的功率等于力F和物體運動速度v的乘積。 [師生共同分析并得出結論] 1、P=Fv，即力F的功率等于力F和物體運動速度v的乘積。當F與v不在一條直線上時，則用它們在一條直線上的分量相乘。 2、公式P=Fv中若v表示在時間t內(nèi)的平均速度，P表示力F在這段時間t內(nèi)的平均功率； 2、 如果時間t取得足夠小，公式P=Fv中的v表示某一時刻的瞬時速度時，P表示該時刻的瞬時功率。 [教師板書]4、 P=Fv [教師提出問題]汽車等交通工具在啟動和行駛過程中，其牽引力和行駛速度是怎樣變化的？請同學們閱讀教材相關內(nèi)容，并參照“投影”用自己的話加以解釋。 [課件展示] 用多媒體投影相關知識介紹： 1、機車起動過程中，發(fā)動機的功率指牽引的功率而不是合外力或阻力的功率。 1、 發(fā)動機的額定功率，指的是該機器正常工作時的最大輸出功率，并不是任何時候發(fā)動機的功率都等于額定功率，實際輸出功率可在零和額定值之間取值。 [教師板書]5、汽車啟動問題分析 [學生閱讀教材，討論、推理、作答] [教師活動]傾聽學生回答，并進行點評、補充、總結。 根據(jù)公式P=Fv： 1、當功率P一定時，F(xiàn)與v成反比，即做功的力越大，其速度就越小。 當交通工具的功率一定時，要增大牽引力，就要減小速度。所以汽車上坡時，司機用換檔的辦法減小速度來得到較大的牽引力。 2當速度v一定時，P與F成正比，即做功的力越大，它的功率就越大。 汽車從平路到上坡時，若要保持速率不變，必須加大油門，增大發(fā)動機功率來得到較大的牽引力。 3、當力F一定時，功率P與速度v成正比，即速度越大，功率越大。 [教師進一步提出問題]請同學們思考并解答下面問題：起重機吊起同一物體時以不同的速度勻速上升，輸出的功率不等，速度越大，起重機輸出的功率越大。 [學生活動]獨立審題，分析題意，思考、求解。 [教師活動]投影學生的求解過程，點評、總結。 三、遷移應用、自主提高 問題1 [投影]對于公式P=Fv a、當P一定時，F(xiàn)和v有什么關系？ b、當F一定時，P和v有什么關系？ c、當v一定時，F(xiàn)和P有什么關系？ [學生解答] [投影] 當P一定時，F(xiàn)和v成反比。 當F一定時，P和v成正比。 當v一定時，F(xiàn)和P成正比。 問題2 [投影] 質量m=3 kg的物體，在水平力F=6Ｎ的作用下，在光滑水平面上從靜止開始運動，運動時間t=3 s，求： （1）力F在t=3 s內(nèi)對物體所做的功。 （2）力F在t=3 s內(nèi)對物體所做功的平均功率。 （3）在3 s末力F對物體做功的瞬時功率。 [學生解答] [投影]解析：物體在水平力F的作用下，在光滑水平面上做初速度為零的勻加速直線運動，根據(jù)牛頓第二定律，可求出加速度a==2 m/s2，則： 物體在3 s末的速度v=at=6ｍ/s 物體在3 s內(nèi)的位移s=at2=9 m （1）力F做的功W=Fs=69 J=54 J （2）力F在3 s內(nèi)的平均功率P==18 W（或W=18 W （3）3 s末力F的瞬時功率P=Fv=66 W=36 W 問題3 [投影] 汽車發(fā)動機的額定功率為60kW，汽車質量為5t，汽車在水平路面上行駛時，阻力是車重的0.1倍，g取10ｍ/s2，問： （1）汽車保持額定功率從靜止起動后能達到的最大速度是多少? （2）若汽車保持0.5ｍ/s2的加速度做勻加速運動，這一過程能維持多長時間? [學生解答] [投影] 解析：（1）當牽引力F大小等于阻力f時，汽車的加速度a=０，速度達到最大值vm，據(jù)公式Ｐ=Fv，可得出汽車最大速度vm P額=Fv=fvm 12m/s （2）汽車做勻加速運動所能維持的時間應該從開始到汽車達到額定功率的時候，設汽車做勻加速運動時的牽引力為F牽，阻力為f，據(jù)牛頓第二定律，有 F牽=f＋ma=0.1mg＋ma=7500Ｎ 當汽車的功率增大到額定功率時，汽車做勻加速過程結束，設這時汽車的速度為v′m，據(jù)功率公式P=Fv 得： 8 m/s 設汽車能維持勻加速運動的時間為t0，則：vm′ =at0 得：t0=vm′ /a=16s 四、師生總結、知能升華 [教師引導]同學們通過本節(jié)課，學習到了那些知識與方法？ [思考與討論]學深個體思考，分組交流。 [總結發(fā)言] [教師評價]教師要肯定學生總結，并引導啟發(fā)，要使學生有一些閃光的發(fā)言，要大加鼓勵，并在學生總結的基礎上適當升華。 [教師提煉] 知識要點： 1、功率：一個力所做的功W跟完成這些功所用時間t的比值。 2、功率物理意義：功率是描述力對物體做功快慢的物理量。 3、 瞬時功率：某一時刻的功率。 4、 平均功率：某一段時間的功率。 5、額定功率：指機器正常工作時的最大輸出功率，也就是機器銘牌上的標稱值。 6、實際功率：指機器工作中實際輸出的功率。 規(guī)律：汽車啟動過程既遵從牛頓運動定律又遵從功率關系。 方法：求解功率的方法有兩個： 1、 2、P=Fv [板書設計] 7.3 功率 1、 物理意義：功率是描述力對物體做功快慢的物理量。 2、功率的單位是：瓦特(W)，1W=1J/s， 指平均功率，當時，即表示瞬時功率。 3、額定功率、實際功率 4、P=Fv 5、汽車啟動問題分析 【教學反思】 本節(jié)又是一節(jié)物理概念的形成課，是“功率”這一重要物理概念進行引入、形成、理解、應用的一節(jié)課，功率的概念、功率的物理意義是本節(jié)的重點內(nèi)容，本節(jié)課通過循序漸進使學生能感悟出功率是描述做功快慢的物理量。要使學生確切地理解公式P=Fv的意義，要通過例題的教學，使學生會應用基本公式進行計算，對平均功率和瞬時功率有所理解。 瞬時功率的概念學生較難理解，這是難點。學生往往認為，在某瞬時物體沒有位移就沒有做功問題，更談不上功率了。因此本節(jié)通過與瞬時速相類比這個難點就容易突破，因此，在前面講清楚功率的物理意義很有必要，它是理解瞬時功率概念和物理意義的基礎。 關于發(fā)動機的額定功率與汽車的最大速率之間的關系，讓同學們自己動手推導，使學生養(yǎng)成分析物理過程的習慣，避免簡單地套用公式，效果很好。 【案例展示】 《重力勢能》課堂教學實錄 人教版必修2第七章第4節(jié) 一、動畫設疑，引入新知 [教師提示]請同學們觀看動畫，從中，你能發(fā)現(xiàn)什么問題？ [課件展示]用多媒體動畫分別演示兩段動畫。 動畫一：打樁機的重錘從高處落下，把水泥樁打進地里。 動畫二：攔河壩把水位升高，水流下來沖動水輪機轉動。 [學生活動]認真觀看課件演示，思考問題、回答。 重錘把水泥樁打進地里，說明重錘對水泥樁做了功；攔河壩把水位升高，水流下來沖動水輪機轉動，說明水對水輪機做了功。既然重錘可以對水泥樁做功，表明重錘具有能；既然水對水輪機做了功，表明水具有能。 [教師活動]傾聽學生回答，并進行點評、補充、總結。 [教師引導]在初中我們已經(jīng)學過：物體由于被舉高而具有的能量叫重力勢能。那么重力勢能的大小與什么有關，又如何定量表示呢？本節(jié)課我們就來探究這個問題。 二、師生互動 ，探究新知 [教師板書課題]5.4 重力勢能 [課件展示]用多媒體投影教材第10頁圖5.4－1，圖5.4－2，圖5.4－3。 [教師引導]請同學們閱讀教材第11頁“重力的功”部分。一邊閱讀，一邊在練習本上把推導過程寫出來。通過推導重力在這幾種不同情況下做的功，可以得出什么結論？ [學生活動]閱讀教材，推導三種情況下重力做的功。發(fā)表自己的見解。 [教師活動]傾聽學生回答，并進行點評、補充、總結。 [師生共同得出結論]物體運動時，重力對它做的功只跟它的起點和重點的位置有關，而跟物體運動的路徑無關。。 [教師引導]請同學們思考下面問題。 [課件展示]用多媒體投影問題：沿著高度相同，坡度不同，粗糙程度也不同的斜面向上拉同一物體到頂端，以下說法中正確的是： A．沿著坡度小、長度大的斜面上升克服重力做的功多； B．沿長度大、粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功多； C．沿長度大、粗糙程度小的斜面上升克服重力做的功多； D．上述幾種情況重力做功同樣多。 [學生思考、回答] [教師活動]傾聽學生回答，并進行點評、糾正、總結。 [課件展示]用多媒體投影正確答案：D [教師板書]1、重力的功 物體運動時，重力對它做的功只跟它的起點和終點的位置有關，而跟物體運動的路徑無關。 WG=mg△h=mg(h1- h2) [教師引導]可見，物體的重力mg與它所在位置的高度h的乘積“mgh”是一個具有特殊意義的物理量。 [教師引導] 請同學們思考：打樁機的重錘從高處落下，把水泥樁打進地里。怎樣更容易把水泥樁打進地里？ [學生思考、回答]重錘的質量越大，舉的越高，就越容易將水泥樁打進地里。 [教師引導] 我們能否作出這樣的猜想：重力勢能的大小與高度和質量有關？能否設計實驗來驗證這一猜想？請同學們討論、思考。 [學生活動]認真思考問題、積極討論、踴躍發(fā)表自己的設計方案。 [教師活動]傾聽學生回答，并進行點評、補充、總結。 [教師引導]請同學們認真觀察演示實驗，并考慮由本實驗可以得出什么結論。 [演示實驗]在一個玻璃容器內(nèi)放入沙子，拿一個鐵球分別從不同的高度釋放，使其落到沙子中，觀察鐵球落入的深度.；把大小相同的一個鐵球和一個塑料球（質量比鐵球?。耐桓叨柔尫?，觀察它們落入沙子中的深度. [學生敘述實驗現(xiàn)象及結論] 1.當鐵球質量一定時，釋放點越高，鐵球落入沙子中越深； 2.當釋放高度一定時，鐵球質量越大，鐵球落入沙子中越深. 實驗現(xiàn)象說明：物體的質量越大，高度越大，重力勢能就越大。 [教師活動]傾聽學生回答，并進行點評、補充、總結。 [教師引導]請同學們閱讀教材第11、12頁“重力勢能”部分。明確重力勢能的概念。同時思考下列問題： （1）怎樣定量表示物體的重力勢能？ （2）重力勢能與什么因素有關？你能否列舉生活中的實例加以說明？ （3）重力勢能的改變和重力作功之間的關系是怎樣的？寫出它們之間的關系式。 [學生活動]認真閱讀教材、思考相關問題。積極發(fā)表自己的見解。 [教師活動]聽取學生匯報，總結點評。 [教師板書] 2、重力勢能EP=mgh [教師引導]請同學們推導重力勢能的單位。 [學生思考、推導、回答] [教師活動]傾聽學生回答，并進行點評、補充、總結。并投影： [教師板書]單位：焦耳（J） h1 h2 Δh A B C [課件展示]用多媒體投影物理情景：如圖所示，設一個質量為m的物體，從高度為h1的A點下落到高度為h2的B點。 [教師引導]請同學們思考下列問題。 [課件展示]用多媒體投影問題： 1、物體從A點下落到B點過程中，如果受阻力作用，重力做的功與重力勢能變化之間的關系是怎樣的？ 2、若物體從A點下落到B點后，再平移到與B點等高的C點，重力做的功是多少？重力做功與重力勢能之間的關系又如何？如圖所示。 3、若物體是從A點沿斜面滑到與B點等高的C點，上述關系是否成立？ 4、物體從B點分別勻速、加速、減速上升到A點，上述關系又是如何呢？ [學生思考、回答] [教師活動]傾聽學生回答，并進行點評、補充、總結。 1、物體下落受到阻力，只影響物體動能的變化，不影響重力的功，重力勢能的變化只與A、B兩點的高度差有關。 WG=mgh1-mgh2=EP1-EP2. 物體減少的重力勢能等于重力所做的功，但由于要克服阻力做功，減少的重力勢能沒有全部轉化為動能。 2、物體由B到C過程中重力不做功，重力勢能也不變化，因此物體由A運動到C點過程中，重力的功仍是WG=mgh1-mgh2=EP1-EP2. 物體減少的重力勢能等于重力所做的功。 3、設AC之間長為S，且與水平方向成θ角。 重力做功WG=Fssinθ=mgh1-mgh2 由此發(fā)現(xiàn)重力做功與路徑無關，只跟初末位置高度有關，物體減少的重力勢能仍等于重力所做的功。 4、無論物體從B點上升到A點是勻速、加速、減速，重力都做負功，且都等于物體重力與初末位置高度差的乘積。而重力勢能都增加，增加的重力勢能等于克服重力所做的功。但這三種情況中，由于所受拉力不同，物體動能的變化量等于合外力的功，動能變化量不相同。 [師生共同得出結論]重力勢能變化只與重力做的功有關，兩者關系如下： 當物體由高處運動到低處時，重力做正功，重力勢能減少。減少的重力勢能等于重力所做的功。 當物體由低處運動到高處時，重力做負功，即物體克服重力做功，重力勢能增加。增加的重力勢能等于克服重力所做的功。 [教師引導]請同學們閱讀教材第12、13頁“重力勢能的相對性”和“勢能是系統(tǒng)所共有的”兩部分。一邊閱讀，以便思考下列問題。 [課件展示]用多媒體投影閱讀思考題： 1.為什么說重力勢能是相對的？ 2.什么是參考平面？參考平面的選取是唯一確定的嗎？ 3.選擇不同的參考平面，物體的重力勢能的數(shù)值是否相同？是否會影響有關重力勢能變化問題的研究？ 4.如果物體在參考平面的上方，重力勢能取什么值？表示什么含義？ 5.如果物體在參考平面的下方，重力勢能取什么值？表示什么含義？ 6.為什么說“勢能是系統(tǒng)所共有的”？ [學生活動]帶著問題閱讀教材。然后選出代表發(fā)言。 [教師活動]聽取學生匯報，總結點評： 1、重力勢能總是相對于某個水平面來說的，這個水平面叫參考平面.參考平面選取不同，重力勢能的數(shù)值就不同?？梢?，重力勢能具有相對性。 2、選擇哪個水平面作為參考平面，可視研究問題的方便而定，通常選擇地面作為參考平面。 3、選擇不同的參考平面，物體的重力勢能的數(shù)值是不同的，但并不影響研究有關重力勢能變化的問題，因為在有關的問題中，有確定意義的是重力勢能的差值，這個差值并不因選擇不同的參考平面而有所不同. 4、對選定的參考平面而言，在參考平面上方的物體，高度是正值，重力勢能也是正值，表示物體在該位置具有的重力勢能比在參考平面具有的重力勢能要大. 5、在參考平面下方的物體，高度是負值，物體具有負的重力勢能，表示物體在該位置具有的重力勢能比在參考平面上具有的重力勢能要少。 6、重力勢能根重力有關，而重力是地球施加給物體的，沒有地球，也就談不上重力勢能?？梢?，重力勢能是“地球和物體”這個系統(tǒng)共有的。 [教師板書]3、重力勢能具有相對性。 選擇不同的參考平面，物體的重力勢能的數(shù)值是不同的。 1、 是系統(tǒng)所共有的。 重力勢能是“地球和物體”這個系統(tǒng)共有的。 三、遷移應用、自主提高 問題1 [投影] 關于重力勢能，下列說法中正確的是（ ） A.物體的位置一旦確定，它的重力勢能的大小也隨之確定 B.物體與零勢面的距離越大，它的重力勢能也越大 C.一個物體的重力勢能從﹣5 J變化到﹣3 J，重力勢能變小了 D.重力勢能的減少量等于重力對物體做的功 [學生解答] [投影] 解析：物體的重力勢能與參考面的選取有關，同一物體在同一位置相對不同的參考面的重力勢能不同，A選項錯.物體在零勢能面以上，距零勢面的距離越大，重力勢能越大，物體在零勢面以下，距零勢面的距離越大，重力勢能越小，B選項錯，重力勢能中的正、負號表示大小，﹣5 J的重力勢能小于﹣3 J的重力勢能，C選項錯，重力做的功量度了重力勢能的變化，D選項正確. 答案：D 問題2 [投影]如圖所示，桌面高為h，質量為m的小球從離桌面高H處自由落下，不計空氣阻力，假設桌面處的重力勢能為0，則小球落到地面前瞬間的重力勢能為 A.mgh B.mgH C.mg(h+H) D.-mgh [學生解答] [投影]解析：重力勢能的大小是相對于一定的參考平面而言的，參考平面選擇不同，物體的高度就不同，重力勢能的大小就不同. 根據(jù)題意可知：已選定桌面為參考平面，則小球在最高點時的高度為H，小球在桌面的高度為零，小球在地面時的高度為－h(huán)，所以小球落到地面時，它的重力勢能為Ep=-mgh. 答案：D 問題3 [投影] 一物體從A點沿粗糙面AB與光滑面AC分別滑到同一水平面上的B點與C點，則下列說法中正確的是 A.沿AB面重力做功多 B.沿兩個面重力做的功相同 C.沿AB面重力勢能減少多 D.沿兩個面減少的重力勢能不相同 [學生解答] [投影]答案：B 問題4 [投影] 起重機以的加速度將質量為m的物體勻減速地沿豎直方向提升高度h，則起重機鋼索的拉力對物體做的功為多少？物體克服重力做功為多少？物體的重力勢能變化了多少. [學生解答] [投影]解析：由題意可知起重機的加速度a=，物體上升高度h， 據(jù)牛頓第二定律得mg-F=ma所以力F=mg-ma=mg-mg=mg 方向豎直向上. 由功的定義式W=Fscosα得 拉力做功 WF = Fhcos0=mgh 重力做功 WG=mghcos180=-mgh 即物體克服重力做功為mgh 又因為 WG =Ep1-Ep2=-mgh WG<0，Ep1
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