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第十一章功和机械能机械能是最常见的一种形式的能，是学习其他各种形式能的起点，功是能量转化的量度.通过本章的学习，引导学生认识做功与能量转化或转移的动态关系，理解做功有快慢之分.本章共分4节：1.第1节“功”，让学生理解做功的两个必要因素，掌握功大小的计算，让学生初步了解力对物体做功可以改变物体的能量.2..第2节“功率”，首先通过熟悉的实例引导学生感受到做功的快慢问题，再用速度的方法类比得到功率的概念，结合速度的公式、单位，讲述功率的公式和单位，再通过例题帮助学生掌握功率的计算.3.第3节“动能和势能”，本节内容先介绍功和能的关系，然后通过大量的实例让学生真实感受到动能、势能的存在，理解动能、势能的概念，掌握动能、势能的大小与哪些因素有关.4.第4节“机械能及其转化”，通过观察、分析实验现象，说明能量如何转化，让学生通过分析，自己得出动能、势能可以相互转化的结论，并引入只有动能和势能相互转化时，机械能守恒的原理.最后还介绍了风能和水能在生活中的应用..【教学目标】1.在知识与技能方面：①让学生知道功的概念、做功的两个必要因素，理解功的计算公式；②通过实例结合已学的物理规律理解功率的定义，由定义得出公式，能用功率的计算公式进行简单地计算；③了解动能、势能的概念，结合生活中的实例掌握动能和势能的区别和联系，了解影响动能和势能的因素；④理解机械能的概念，理解各种机械能之间的相互转化，能用机械能之间的相互转化解释日常生活中的一些现象；⑤了解水能、风能以及人类对它们的开发利用.2.在过程与方法方面：通过观察和实验了解功、功率的物理意义；通过参与探究影响动能和势能大小的影响因素，学习拟定简单的科学探究计划和实验方案；通过观察和实验认识动能和势能的转化过程.3.在情感、态度与价值观方面：在实验中培养学生具有对科学的求知欲，乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理，有将科学技术应用于日常生活、社会实践的意识.【教学重点】做功的两个必要因素，功和功率的概念，动能、势能大小的影响因素，机械能的概念，动能和势能之间的相互转化.【教学难点】功、功率、速度三者之间的区别和联系；功、功率、速度的综合计算和运用；水能和风能的常见利用方式.【课时建议】本章共有4节，建议7课时：【课时建议】本章共有4节，建议5课时：第1节功……………………………1.5课时第2节功率……………………………2.5课时第3节动能和势能…………………………1课时第4节机械能及其转化……………………1课时本章复习和总结……………………………1课时1.实验探究法：积极投入到实验中，探究动能、势能的影响因素，可以加深对物理规律的理解.2.分析法：从物体的运动状态和所处位置，分析比较物体所具有的动能和重力势能的大小，以及运动过程中能的转化..第1节功课题功课型新授课教学目标知识与技能1.知道做功的两个必要因素.2.功的定义、计算公式和单位，并会用功的计算公式进行简单的计算.过程与方法1.通过思考和讨论，判断在什么情况下力对物体做了功，在什么情况下力没有做功而是“劳而无功”.2.学会从物理现象中归纳简单的物理规律.3.通过观察和实验，了解功的含义，学会用科学探究的方法研究物理问题.情感、态度与价值观1.乐于探索自然现象和物理规律，乐于参与观察、实验、探索活动.2.有将科学技术应用于日常生活、社会实践的意识.3.培养学生的综合学习能力，激发学生的求知欲.教学重点理解做功的两个必要因素，会用功的计算公式W=Fs进行简单计算.教具准备准备木块、木板、细绳、弹簧测力计、小车、刻度尺、多媒体课件等.教学难点判断力对物体是否做功，以及当有多个力作用在物体上时，各个力做功的计算.教学课时1课时课前预习1.做功包含两个必要因素：一个是作用在物体上的力，一个是物体在这个力的方向上移动的距离.2.力学中，功等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积，用公式表示为W=Fs，功的单位是焦耳，符号是J.3.当力和物体移动方向垂直时，这个力对物体不做功；当力的方向与物体移动方向相反时，我们说物体克服这个力做功.新课导入师生活中的“功”是个多义词，功劳、立功中的“功”有贡献的意思；成功、事半功倍中的“功”有成效的意思；在日常生活中凡是人们从事了脑力和体力劳动，都叫做“功”，那力学中的功又有什么含义呢？接下来让我们看下面的实验.师播放视频“叉车运货”：叉车搬运货物时，把货物从地面提升到一定高度.叉车用力托起货物，使货物在这个力的方向上发生了位置的移动.师要求：请同学们认真观察叉车和货物的运动情况，思考并评价叉车工作的成效.备课笔记师同学们回答正确，叉车向上的托力对货物作出了贡献，有了“成效”，这个成效体现在物体被举高了.（教师同时在黑板上写出：贡献、成效二词）.对于这种情况，物理学中就说叉车托起货物的力做了功，这节课我们就来学习有关功的一些知识.：进行新课师同学们请举例说明在你的周围可以发现哪些力做功的例子？比一比，看谁对生活观察得最仔细.学生可以举很多的例子：如起重机吊起重物、火箭升空、马拉车前进等等.（教师对正确的例子予以肯定，对错误的例子引导改正）师接下来请大家看老师这里的几个例题(用多媒体展示)，请你们分析下列示例中力是否做功了.例题1（1）举重运动员在把杠铃举高的过程中是否对杠铃做功.举在高处停留5秒的过程中是否做功？（2）小球在光滑水平地面做匀速直线运动，小球在竖直方向上受什么力的作用？是否做功？在水平方向上是否受力？是否做功？（3）起重机使货物在水平方向上匀速移动一段距离，拉力对货物做功了吗？生思考、回答、交流、讨论.师引导学生根据以上事例分析、总结在什么情况下力不做功（用多媒体展示）.答案:（1）举重运动员在把杠铃举高的过程中对杠铃做了功，但举在空中停留5秒的过程中却没有做功，在空中停留的过程中因为举力方向是竖直向上的，没有移动距离；（2）因为小球尽管在竖直方向上受到重力、支持力的作用，但没有在竖直方向上移动距离,因此在竖直方向上没有做功；而在水平方向上尽管移动了距离，但没有受到力的作用，因此在水平方向上没有做功.所以整个过程中都没有做功.（3）拉力对货物没有做功.因为钢丝绳对货物的拉力的方向是竖直向上的，而货物移动的距离是在水平方向上，二者方向不一致.知识点2功的计算1.功的计算公式请同学们猜想一下，力学中的功的大小可能与哪些因素有关呢？学生积极猜想并发言.教师演示实验：用弹簧测力计水平拉动木块（或小车）在长木板上匀速移动，并提醒学生观察后思考不同情况下做功的大小.第一次：用较小的力F1拉动木块移动一段距离s1(用刻度尺可以量出)；第二次：用较大的力F2拉动木块移动一段距离s1（与第一次距离相等）；第三次：用与第二次相同大小的力F2拉动木块移动较远的距离s2.通过三次实验比较可知：作用在物体上的力越大，使物体移动的距离越大，备课笔记知识总结：不做功的三种情况（1）有距离无力（不劳无功）：物体没有受到力的作用，但因为惯性通过一段距离，也就是没有力做功.例：足球离开脚后在水平面上滚动了一段距离，人对足球没有做功.（2）有力无距离（劳而无功）：有力作用在物体上，但物体没有动，即物体没有通过距离.例：某同学搬石头，搬而不动，他对石头没有做功.（3）力与距离垂直（垂直无功）：物体受到了力的作用，也通过了一段距离，但通过的距离与力的方向垂直.例:提水桶，水桶水平移动了一段距离，竖直提桶的力不做功.：进行新课这个力的成效越显著，说明这个力所做的功越多.板书：在力学中，功等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积.即：功=力×力的方向上移动的距离.用公式表示：W=Fs.式中，W是功（J）;1J=1N·m.2.功的计算的初步应用教师提问：1J的功有多大？如果同学们从地上拿起一只约50g的鸡蛋，并把它缓缓举过头顶，做功大约1J.例题2师用多媒体展示教材P64的例题，并组织学生分析、讨论、计算；展示计算过程.知识点3功的计算的综合运用教师可通过适当的例题让学生理解功的计算的综合应用，帮助学生运用公式W=Fs计算功的综合性习题.例题3（多媒体展示）图甲为某地距离传感器发出和接收超声波信号检测汽车速度的示意图.（1）已知超声波的速度为340m/s，某次检测车速时，传感器发出至接收超声波信号用了0.4s，问超声波信号遇到汽车时，汽车与传感器之间的距离是多少米？（2）如果将距离传感器与计算机连接，可以将物体运动的距离(s)—时间(t)图象显示在计算机的屏幕上.利用传感器测得某一汽车在平直公路上运动的距离（s）—时间（t）图象如图乙所示，请在丙图中画出汽车运动的速度(v)—时间（t）图象.（3）若汽车运动中所受阻力大小为3000N，根据第（2）问中汽车运动距离(s)—时间(t)图象提供的信息，求汽车在10s内牵引力所做的功.解：（1）s=12vt=12×340m/s×0.4s=68m.（2）由乙图可知，汽车做匀速运动，当t=3s时，s=90m，解得汽车速度v=st=903ms=30m/s，所以速度（v）—时间(t)图象如图所示.备课笔记规律总结：1.公式W=F·s的运用应注意以下几点：（1）同一性：F和s是对同一物体；（2）同时性：F和s同时发生；（3）同向性：F和s方向一致；（4）统一性：F、s、W的单位分别是N、m、J.2.如果一个力的方向和物体移动的方向相反，我们就说物体克服这个力做功.(3)汽车在10s内移动距离s′=vt′=30m/s×10s=300m，牵引力所做的功W=Fs′=3000N×300m=9×105J.【课堂交流、小结与延展】请同学们自由讨论，说说你还想知道哪些内容?生：老师，我问一下，如果力的方向与物体移动的方向不完全相同，如图所示，怎么求解功的大小呢？你这个问题提得很好，当力的方向与移动的距离不完全一致，即二者之间有个夹角θ时，如何计算这个力对物体做功的大小？我们知道，力F产生了两种作用效果：一种是水平拉动物体前进，另一种是把物体竖直向上提起（当然，物体没有离开地面是因为在竖直方向上的这个分力小于物体的重力，很明显，在这个力的作用下，物体对地面的压力要比没有这个力时要小些），可看出物体在水平方向的分力的作用下产生了向前移动一段距离的成效，因此，只有水平方向的分力才对物体做功，竖直方向的分力没有做功.所以，水平方向的分力做的功就是这个力所做的功，故这个力对物体所做的功为W=Fs=F1s=Fcosθ·s.由此可见，这个力对物体所做的功大小在0~Fs之间.顺便指出，如果力的方向与移动距离方向相反，那么这个力对物体起阻碍作用，这个力对物体也做功，是消极功，所以，通常我们说物体克服这个力做功.到此，同学们会发现，力与移动距离的夹角θ不同，做功的大小不同.当夹角θ为90°时，不做功.教学板书课堂小结通过本节课的学习，我们知道了如何判断物理学中的“怎样才算做功”，还知道了功的定义以及做功的两个必要因素，在利用公式W=Fs计算功时，注意F和s的同一性、同时性、同向性和单位的统一性.要点提示：应用功的计算公式时，应注意以下三点：①明确是哪个力对物体做功，或是哪个施力物体对哪个受力物体做功.②公式W=Fs中的F是作用在物体上的力，s是物体在力F的方向上通过的距离.③F是使物体沿力F方向通过距离s的过程中，始终作用在物体上的力，它的大小和方向都是不变的.知识拓展：变力做功，分段计算，公式W=Fs中F是恒力，即在物体移动距离s的过程中，F的大小和方向是不变的，若在运动的过程中F发生了变化，则可以把这个运动过程分成若干个F不变的阶段，求出各阶段的F做的功，再求和，即为整个过程F做的功.教材习题解答想想议议（P63)图11.1-2是对物体做功的两个实例.想一想，这些做功的实例有什么共同点？图11.1-3是力没有做功的两个实例.想一想，力为什么没有做功？解答：图11.1-2的两个图中共同点是：物体、小车都受到力的作用，并在力的方向上移动一段距离.图11.1-3的两个图中，滑板、石头都受到力的作用，但在力的方向上未移动距离，向上提滑板的力和向上搬石头的力不做功.动手动脑学物理（P64）1.在水平地面上，用50N的力沿水平方向拉着重