高中物理 4.1《功》教案 教科版必修2（通用）

1、功的教學(xué)設(shè)計(jì) 教材分析新課程比較注重物理量引入、建立的來(lái)龍去脈，這也是為實(shí)現(xiàn)教學(xué)三維目標(biāo)服務(wù)的。高中物理教科版（必修2）第五章非常重視概念、規(guī)律的探究過(guò)程。探究守恒定律一定涉及能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程，而要進(jìn)一步研究能量的轉(zhuǎn)化，最終得到機(jī)械能守恒定律，對(duì)功的知識(shí)的掌握，就顯得尤為重要。本章的第一節(jié)引入功是為進(jìn)一步探究能量作鋪墊的。使學(xué)生很自然的聯(lián)想到功和能是緊密聯(lián)系在一起的。因此在教學(xué)設(shè)計(jì)中教師可以緊緊圍繞“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”這條主線展開(kāi)。這樣不僅可以使學(xué)生明白“為什么要引入功”，還可以利用這個(gè)結(jié)論探究功是標(biāo)量還是矢量，同時(shí)也為后面學(xué)習(xí)重力勢(shì)能、探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式、動(dòng)能定律等知識(shí)打好基礎(chǔ)。可以這樣說(shuō)

2、，“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”是貫穿于整個(gè)第五章的主線，在教學(xué)設(shè)計(jì)、探究過(guò)程中應(yīng)始終立足于這條主線上。教學(xué)設(shè)計(jì)思路從生活中的物質(zhì)生產(chǎn)的基本動(dòng)作和學(xué)生參與的互動(dòng)實(shí)驗(yàn)，探究“功”的來(lái)歷和做功的不可缺少的因素；再通過(guò)特殊情景引出一般情景，并通過(guò)等效思想，借鑒兩種特殊情況推導(dǎo)出功的一般表達(dá)式；從功的一般表達(dá)式的深化研究得出功有正、負(fù)；從功的正、負(fù)引出功是矢量還是標(biāo)量，通過(guò)“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”探究功是標(biāo)量；通過(guò)例題得出幾個(gè)力做功和它們的合力做功的關(guān)系；通過(guò)例題的拓展得出的適用條件，并為以后探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式埋下伏筆。本節(jié)課的教學(xué)流程圖如右圖所示。整個(gè)教學(xué)的設(shè)計(jì)和課堂教學(xué)的過(guò)程還應(yīng)緊緊圍繞著課程目標(biāo)的三個(gè)維

3、度展開(kāi)。教學(xué)目標(biāo)（一）知識(shí)與技能1、知道功的來(lái)歷，掌握做功的兩個(gè)必要因素。2、能從特殊到一般，一般到特殊推導(dǎo)功的一般表達(dá)式，知道功的單位。3、掌握 只適用于恒力，應(yīng)為對(duì)地位移。（二）過(guò)程與方法1、通過(guò)演示和事例，并同時(shí)通過(guò)啟發(fā)式探究，使學(xué)生明白“功”的來(lái)歷并掌握做功的兩個(gè)因素。2、在推導(dǎo)過(guò)程中，通過(guò)猜想、從特殊到一般，再?gòu)囊话愕教厥獾睦碚撜撟C等方法培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證能力和推理能力，并滲透等效思想，有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)方法。（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀1、通過(guò)“為什么要引入功”和“功”的來(lái)歷的探究，使學(xué)生體會(huì)到物理來(lái)源于生活，并使學(xué)生體驗(yàn)到物理學(xué)家在追尋守恒量和守恒定律過(guò)程中所做的研究過(guò)程。

4、2、通過(guò)科學(xué)探究教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究興趣和熱情。教學(xué)用具弓箭、重物、鋸、木板、榔頭、釘子、起子教學(xué)過(guò)程一引入新課：不同形式的能量之間可以互相轉(zhuǎn)化。能量變化的過(guò)程必然伴隨著做功的過(guò)程，可見(jiàn)，功與能是緊密聯(lián)系的兩個(gè)物理量。因此，在本章追尋守恒定律的過(guò)程中，首先學(xué)習(xí)功。設(shè)問(wèn)：為什么要引入功？二通過(guò)啟發(fā)式探究，使學(xué)生明白“功”的來(lái)歷并掌握做功的兩個(gè)因素。通過(guò)功的英文單詞是“work”，“work”不就是“工作”嗎？那“做工”和“做功”意思是不是一樣？引出本節(jié)課要探究的第二個(gè)問(wèn)題：“功”的來(lái)歷和做功的因素?；?dòng)演示：請(qǐng)同學(xué)背或抱著一桶純凈水。教師“命令”：“你今天的工作就是抱著這桶純凈水站一個(gè)小時(shí)。”

5、提問(wèn)學(xué)生：“這個(gè)同學(xué)有沒(méi)有在工作？”，“有沒(méi)有使這桶純凈水的能量發(fā)生改變？”圍繞“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”使學(xué)生明白這種情況是勞而無(wú)“功”，對(duì)純凈水桶的運(yùn)動(dòng)能量并無(wú)影響。因此從有沒(méi)有對(duì)物體的能量變化產(chǎn)生影響使學(xué)生明白“功”的來(lái)歷。下面我們來(lái)探究一下影響做功的因素。請(qǐng)同學(xué)們考慮一下汽車(chē)剎車(chē)的情況。通過(guò)引導(dǎo)使學(xué)生明白：要使兩輛完全相同的以同樣速度行駛的汽車(chē)停下來(lái)，從受到的阻力大小和通過(guò)的位移大小考慮可以采用兩種方法，一種是用較大的阻力，通過(guò)較小的位移，使車(chē)停下；還有一種是車(chē)受到較小的阻力，通過(guò)比較長(zhǎng)的位移使車(chē)停下。兩種方法在改變車(chē)的運(yùn)動(dòng)能量上是等效的，可見(jiàn)，做功也是一樣的。由此可見(jiàn)，做功是和兩個(gè)因素相

6、聯(lián)系的，一個(gè)是力，還有一個(gè)是在力方向上發(fā)生的位移大小。實(shí)際上物理學(xué)家在定義功的過(guò)程中，還考慮了大量的實(shí)際生產(chǎn)工作。演示：鋸木頭、敲釘子等工作。我們說(shuō)物理來(lái)源于生活，功的定義也是如此。如鋸木頭，可以分為“推鋸”和“拉鋸”兩個(gè)動(dòng)作；敲釘子，可以分為“舉錘子”和“碰釘子”兩種動(dòng)作。物質(zhì)生產(chǎn)工作都是由一些簡(jiǎn)單的動(dòng)作組合起來(lái)的。即使一些比較復(fù)雜的工作，其實(shí)也只是一些推、拉、踏、旋等簡(jiǎn)單動(dòng)作，按照一定的規(guī)律，進(jìn)行連續(xù)的活動(dòng)罷了。而推是向前用力，拉是向后用力，踏是向下用力，舉是向上用力，旋是邊推邊拉，碰是快推或快拉，而拉又是向后的“推”。歸結(jié)起來(lái)，所有這些簡(jiǎn)單的動(dòng)作，可以說(shuō)都是不同方向的“推”，而“推”顯然

7、是一切工作的基本單位。而之所以能構(gòu)成推的動(dòng)作，必須要有兩個(gè)內(nèi)容，一是作用力，二是移動(dòng)的距離，兩者缺一不可。顯然，功定義成力和在力方向上發(fā)生位移的乘積是非常準(zhǔn)確的。這也是物理來(lái)源于生活又和生活相統(tǒng)一的一個(gè)很好的例子。而這也就是做功的兩個(gè)必不可缺少的兩個(gè)因素。四通過(guò)從特殊到一般，再?gòu)囊话愕教厥?，借鑒等效思想，引導(dǎo)學(xué)生探究出求功的一般表達(dá)式特殊情景1：如圖，物體在水平恒力F的作用下前進(jìn)L位移，力F做功多少？特殊情景2：如圖用豎直向上的提力提水桶水平勻速前行一段位移l，提力對(duì)水桶有沒(méi)有做功？做了多少功？一般情景3：一般的情況力F的方向與運(yùn)動(dòng)方向并不一致，也不是與運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生的位移相垂直，力F方向與運(yùn)動(dòng)

8、方向成某一角度時(shí)，力F對(duì)物體有沒(méi)有做功呢？若做了功，所做的功又是多少呢？a提出猜想：通過(guò)做功的兩個(gè)必要因素啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行猜想，并交流猜想。可能提出幾種猜想：（1）力F做功大小和力與運(yùn)動(dòng)方向的夾角沒(méi)有關(guān)系。（2）力F做功大小和力與運(yùn)動(dòng)方向的夾角有關(guān)系。同樣一個(gè)力F作用方向不同，在改變物體能量上效果不相同，可從兩種特殊情況作定性分析，否定猜想（1）。對(duì)猜想（2）提出運(yùn)用特殊到一般的思維來(lái)理論驗(yàn)證的思路。b師生交流協(xié)作，學(xué)生分析論證，驗(yàn)證猜想：1、教師啟發(fā)：運(yùn)用矢量分解，把一般情境問(wèn)題轉(zhuǎn)化為二個(gè)簡(jiǎn)單的特殊問(wèn)題，同時(shí)滲透等效思想。 2、學(xué)生論證：c。優(yōu)化表述論證成果：一般的情況力對(duì)物體所做的功，等于

9、力的大小，位移的大小，力與位移夾角的余弦這三者的乘積。即五從一般到特殊，深化對(duì)的認(rèn)識(shí)討論一個(gè)力做功時(shí)可能出現(xiàn)的幾種情形:（1）當(dāng)a= p/2 時(shí) ，cos a=0，W=0。表示力F方向跟位移l的方向垂直時(shí)，力F不做功。物體在這個(gè)力F作用下能量不發(fā)生變化（既沒(méi)有增加也沒(méi)有減?。?）當(dāng)0 a 0，W0。表示力F對(duì)物體做了正功。（3）當(dāng)p/2 a p 時(shí)，cos a 0，W 0。表示力F對(duì)物體做了負(fù)功。功既可以是正值，還可以是負(fù)值。結(jié)合書(shū)本P5圖5.2-5進(jìn)一步討論正功和負(fù)功含義（僅限于學(xué)生的現(xiàn)有知識(shí)水平，對(duì)運(yùn)動(dòng)只學(xué)習(xí)了直線運(yùn)動(dòng)，因此對(duì)物體的能量也只限于討論運(yùn)動(dòng)物體的能量）：（1）正功：力對(duì)物體做

10、正功時(shí)，這個(gè)力對(duì)物體而言是動(dòng)力，對(duì)物體而言是輸入了能量，物體的能量發(fā)生了增加。（2）負(fù)功：力對(duì)物體做負(fù)功時(shí)，這個(gè)力對(duì)物體而言是阻力，對(duì)物體而言是輸出了能量，物體的能量發(fā)生了減小。也可以表述成“物體克服這個(gè)力做了功”。例如某個(gè)力做了10J的功，可以說(shuō)這個(gè)物體克服這個(gè)力做了10J的功。順便說(shuō)明在國(guó)際單位制中，功的單位是J。1J等于1N的力使物體在力的方向上發(fā)生1m的位移時(shí)所做的功。即六功的拓展研究1: 功是矢量還是標(biāo)量呢？引導(dǎo)學(xué)生圍繞“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”出發(fā)討論功是標(biāo)量還是矢量。得出：力做功的效果表現(xiàn)為物體在力的作用下能量發(fā)生了變化（增加了或減少了）。也就是做功能增加（或減少）作用物體的能量。而

11、能量沒(méi)有方向性。那么促使能量變化的力的作用效果功也沒(méi)有方向性。可見(jiàn)，功是標(biāo)量，正負(fù)不表示方向，僅表示做功的性質(zhì)。通過(guò)例題探究幾個(gè)力對(duì)一個(gè)物體做功的代數(shù)和，等于這幾個(gè)力的合力對(duì)這個(gè)物體所做的功。例 質(zhì)量為m的物體沿著傾角為a的光滑斜面下滑L的距離，斜面保持不動(dòng)，求物體所受的各力做功多少？物體的合力做功多少？解：我們發(fā)現(xiàn)：物體所受合力做的功恰等于各力做功的代數(shù)和。若斜面粗糙，上面結(jié)論是否還成立？ 若斜面粗糙，同樣發(fā)現(xiàn)上面結(jié)論成立。因此幾個(gè)力對(duì)一個(gè)物體做功的代數(shù)和，等于這幾個(gè)力的合力對(duì)這個(gè)物體所做的功。而這再一次驗(yàn)證了功是標(biāo)量，運(yùn)算遵循代數(shù)法則。上例中，若物體在光滑斜面上向下滑行過(guò)程中，斜面同時(shí)往后

12、退，試判斷重力和支持力做功的性質(zhì)。我們發(fā)現(xiàn)，同一個(gè)客觀的運(yùn)動(dòng)，相對(duì)于不同的參考系，位移是不同的。因此，一般在中學(xué)物理中我們約定，計(jì)算功位移都以地面為參考系。七功的拓展研究2新的問(wèn)題情境：如圖：小木塊受到水平向右的拉力F=1N作用，在水平地面上向右移動(dòng)了l=1m后，再然后拉力大小不變又向左拉了來(lái)回到原處。求：拉力F所做的功。 F通過(guò)分析、引導(dǎo)得出：功的計(jì)算公式只適用于恒力做功。拓展推廣研究并留下新的問(wèn)題情境：提出問(wèn)題：功的計(jì)算式不適用于變力做功，那么對(duì)于物體在受到變力作用下發(fā)生了一段位移做功的情況是不是有新的求變力做功的理論和方法呢？例如用水平力F拉伸彈簧L的距離，如何求這個(gè)變力做功呢？（留下懸念，為第五節(jié)探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式埋好伏筆。）這個(gè)問(wèn)題留待我們?cè)谝院蟮膶W(xué)習(xí)中去解決板書(shū)設(shè)計(jì)為什么要引入功？1、功是能量轉(zhuǎn)化的量度。探究“功”的來(lái)歷和做功的因素。2、功的兩個(gè)必不可缺少的兩個(gè)因素：力和物體在力方向上發(fā)生的位移從特殊 一般 推導(dǎo)功的一般表達(dá)式。（等效思想）3、功的一般表達(dá)式4.功是標(biāo)量，正負(fù)不表示方向，僅表示做功的性質(zhì)。功的拓展研究1功是矢量還是標(biāo)量呢？5.幾個(gè)力對(duì)一個(gè)物體做功的代數(shù)和，等于這幾個(gè)力的合力對(duì)這個(gè)物體所做的功。a.計(jì)算功位移以地面為參考系。b.只適用于恒力做功。 功的拓展研究2如何求變力做功？（留待以后學(xué)習(xí)）F教后反思學(xué)習(xí)功是為了追尋守恒定律服務(wù)的