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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、弹性势能都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.最后还介绍了大自然中的机械能——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了解天然的机械能——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和转化过程.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：第1节功…………………………………1.5课时第2节功率………………………………2.5课时第1课时功率的初步认识第2课时功率的综合运用第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课时第1节功【教学目标】一、知识与技能1.知道做功的两个必要因素.2.理解功的定义、计算公式和单位，并会用功的计算公式进行简单计算.二、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.三、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.【教具准备】木块、木板、细绳、弹簧测力计、小车、刻度尺、多媒体课件等.【教学课时】1.5课时【新课引入】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.生叉车给货物一个向上的力F（如图），而货物在这个力的作用下，向上移动了一段距离s.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】力学中的功1.功的概念教师由“叉车运货”视频，引导学生总结出力学中关于“功”的确切含义.板书：如果一个力作用在物体上，物体在这个力的方向上移动了一段距离，这个力的作用就显示出成效，力学里就说这个力对物体做了功.2.做功的两个必要因素教师引导学生观察教材P63页《想想议议》图11.1-2中力做功的实例和11.1-3中力不做功的实例，分析、总结一下力学中的做功有哪些共同特点？（学生分组讨论总结）学生讨论：①在图11.1-2甲中，小车在推力的作用下前进，在推力的方向上移动了距离，推力做了功；②在图11.1-2乙中，物体在绳子拉力的作用下被提升，在拉力的方向上移动了距离，拉力做了功；③在图11.1-3甲中，人提着滑板在水平路面上行走，手对滑板的力是向上的，而滑板只在水平方向上移动，并没有在提滑板的力的方向上移动，人提滑板的力没有做功；④在图11.1-3乙中，用力搬一块大石头而没有搬动，石头在力的方向上没有移动，人对石头的作用力也没有做功.师同学们的回答很对，有力作用在物体上，同时物体的距离发生了变化，我们就说这个力做了功.那在图11.1-3的甲图中也有力作用，也有距离变化，可是为什么说这个小朋友对滑板没有做功呢？刚才同学们说的有道理，就是在竖直方向（提滑板的力的方向上）没有移动距离，那同学们再仔细想一想，为什么要在竖直方向移动距离呢？水平方向不是移动了距离吗？生再次讨论，并进行各种猜测.师提示：不妨从受力分析的角度去思考下，或许能发现些什么.同学们开始动手画受力图：在教材图11.1-2和11.1-3中推动小车的力水平向左，绳子拉动物体的力竖直向上，提起滑板的力竖直向上，搬动石头的力竖直向上.生：移动的距离必须和力的方向一致，这样才算做了功.师回答正确，真棒！板书：力学中做功的两个必要因素：一个是作用在物体上的力；另一个是物体在这个力的方向上移动的距离.3.怎样判断力是否做功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.教师总结：通过以上的学习，知道了做功不能离开两个必要因素，二者缺一不可，又知道有三种情况下力不做功：即光有力的作用不做功；光有移动距离不做功；有力又有距离但二者方向不是一致的,同样不做功.功的计算1.功的计算公式师请同学们猜想一下，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，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.单位:焦耳;符号：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.教师同时用多媒体展示计算过程：（帮助同学们分析问题，同时示范做计算题的规范）解：鸡蛋的重力G=mg=0.05kg×10N/kg=0.5N，人手对鸡蛋的向上的托力F大小等于重力,F=0.5N，鸡蛋被举起，移动的距离约为s=2m，那么人对鸡蛋做的功为W=Fs=0.5N×2m=1J.例题2师用多媒体展示教材P64页的例题，并组织学生分析、讨论、计算；展示计算过程.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9030/3smvmsts，所以速度（v）-时间(t)图象如下图所示.(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】师请同学们自由讨论，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？师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=·Fcoss.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.【教师结束语】大家这节课的收获确实不少，我们共同学习了功的概念，理解了物理学中做功的特定含义，并能进行功的简单计算.请同学们在课后结合身边的实例相互交流和讨论，加深理解做功的含义.好，谢谢！课后作业