1.2 功和能 教案 (1)

第2节　功和能
教案
三维目标
一、知识与技能
1.知道功的原理，明确任何机械均不能省功;
2.认识斜面是一种典型的简单机械，并能分析其在生活中的实例;
3.知道能量的定义，知道对应于不同的运动形式具有不同的能量;
4.知道物体能够对外做功是因为物体具有能量;
5.理解功是能量转化的量度;
6.理解不同能量之间的转化，知道转化中总能量守恒.
二、过程与方法
1.通过实验探究揭示物理事实，总结物理规律;
2.能从能量转化的角度来分析物体的运动，解决有关能量问题;
3.知道功和能之间的区别和联系.
三、情感态度与价值观
1.通过实验探究揭示物理事实这一过程体验，培养学生实事求是，尊重事实的良好品质;
2.通过学习功和能之间的关系，使学生了解事物之间是相互联系的，并学会从功能角度去探索自然规律.
教学重点
1.理解功的原理；
2.理解功和能的关系；
3.知道能量的转化用做功的多少来量度.
教学难点
在具体的问题中如何得到能量的具体转化情况，并用做功来定量地反映这种转化.
教具准备
演示实验器材：1.木板（上面有等距离直线）一块；2.木块一个；3.硬纸板（制杠杆模型）；4.图钉一个.
学生实验器材：1.轻质滑轮一个；2.米尺一把；3.弹簧秤一个；4.铁制滑轮2个；5.线绳
其他器材：多媒体设备、课件.
课时安排1课时
教学过程
导入新课
教师提问：
复习做功的两个必要因素是什么？
学生回答：一、作用在物体上的力；二、物体在力的方向上发生的位移.
教师接着问：人类很早就已经开始使用机械来做功了，那人们使用简单机械的作用是什么呢？
学生思考并回答：使用简单机械可以省力，或者省距离，或改变力的方向.
教师活动：使用简单机械可以省力，或者省距离，但是能省功吗？下面我们就来研究可不可以找到既可以省力又省位移的机械.
推进新课
一、功的原理（板书）
教师提问：要把这个物体运到高处，有哪些方法？
学生思考并回答：可以用手直接把物体提上去；可用杠杆把物体提上去；还可以用动滑轮或滑轮组把物体提升上去.
教师活动：很好，用手把物体提上去，力对物体做功了吗？做了多少功？请观察实验.
［演示1］在木板前将物体拉升h（高度）
W=Gh
［演示2］用杠杆来提升物体.
用硬纸板制成杠杆，一端用图钉固定在木板上，动力臂为阻力臂的三倍.让物体底面和动力作用点分别对准一条直线，请大家观察.
教师提问：这个杠杆是什么类型？F为多大？
学生思考并回答：是省力杠杆，F=G/3.
教师提问：当用力F匀速将物体提升h时，F对杠杆做功了吗？为什么？
学生回答：做了，因杠杆沿力F的方向移动了距离.
教师接着提问：那移动的距离又是多少？（动力作用点）
学生回答：是物体升高距离的3倍，即3h.
教师提问：在提升过程中杠杆对物体做功了吗？做的功是多少？
学生回答：W=Gh.
教师提问：哪个功相当于人直接用手做的功？动力对杠杆做功如何计算？
学生回答：杠杆对物体做的功.人直接用手做的功W=Gh.
人利用杠杆做的功.
即W=
W′（板书）.
［演示3］用刚才的杠杆，使动力臂为阻力的一半时，请观察（匀速提升物体）.
这是什么类型的杠杆，F为多大？
费力杠杆，F=2G
当物体升高距离为2h时，动力作用点移动的是多少？
动力作用点移动的距离为h，人对杠杆做的功W=2Gh
人不用杠杆做的功：同样
W=2Gh
即W用杠杆=W不用杠杆（板书）
教师提问：无论使用省力杠杆还是费力杠杆能够省功吗？
使用省力杠杆和费力杠杆都不能省功.为什么？
两次实验结论都是，人利用机械做的功，都等于不用机械而直接用手所做的功.
［学生实验］学生实验分成两个内容，两人一组，学生分成两部分，两个实验并进.
［分组实验1］（用轻质滑轮）
实验装置如图，将重2
N的物体匀速提升0.2
m.
注意强调用手匀速，竖直向上拉绳时，.
并将实验数据填在表格里，（把表格投影出来）并计算出
W用和W不用.
［分组实验2］（用较重的铁制滑轮）
用一动一定滑轮组成滑轮组，将重2
N的物体匀速提升0.2
m，实验装置如图,测量数据及注意事项与实验1相同.
实验记录（投影）
实验内容
物重G（N）
提升高度h（m）
拉力F（N）
实移距离s（m）
用滑轮做功（J）
不用滑轮做功（J）
1
2
0.2
1
0.4
0.4
0.4
2
2
0.2
1.5
0.4
0.4
0.6
实验讨论：请做实验的同学将实验结果进行比较后，能够得出的结论是什么？
利用动滑轮做的功，等于不用动滑轮而直接用手所做的功.
做实验2的同学的实验结果是什么？
利用滑轮组所做的功大于不用机械所做的功.
为什么与实验1的结论不同呢？
W用>W不用（板书）.
教师点评：因为我们实验2中的动滑轮比实验1中动滑轮重得多，在提升物体的同时还要把动滑轮提起来，自然要多做些功.
下面请大家用弹簧测力计测出动滑轮的重是多少？G=1
N.
这时人用滑轮组做的功:
W用=W不用+W轮
教师总结：这节课我们做了四个实验，据实验结果请回答:
1.省力机械还是费力机械能够省功？
都不能省功.
2.自重和摩擦力大的机械还是自重和摩擦力小到可忽略不计的机械能够省功？
都不能省功
我们把自重和摩擦力小到可以忽略不计的杠杆视为理想机械，由前三个实验可见功的原理（principle
of
work）：使用任何机械时，动力对机械所做的功，总是等于机械克服阻力所做的功，或表述为等于不用机械而直接用手所做的功（适用于理想的机械）.
但无论是理想机械还是非理想机械都有：
W输入=W输出+W损失
即使用任何机械都不能省功.
教师提问：不省功的原因是什么呢？
因省力的机械必费距离，省距离的机械一定费力，而功=力×距离，所以不能省功.
我们的结论是利用简单机械研究的结果，能适用于复杂机械吗？
同样适用.
因为复杂机械是由简单机械组合而成的.例：自行车是由多个杠杆、轮轴等简单机械组成的，所以利用自行车做功也不能省功.
【知识拓展】
斜面知识
请看课本P9图110中工人师傅将很重的木块，沿搭在高处的木板推上去，这情景生活中常常能够见到.这个木板也是一种简单机械叫斜面.斜面是省力还是费力的机械？
学生回答：
省力的简单机械.
教师活动：斜面是一种省力的简单机械.
斜面为什么能够省力？省多少力？
我们根据功的原理可以求出：
WG=Fl=Gh
假设斜面很光滑，无摩擦时.
F=Gh/l=Gsinθ
由公式可见，斜面长是斜面高的几倍，推力就是物重的几分之一，所用的力可以小于重物所受的重力，也就是说斜面可以省力.
教师总结：
要使重物升高相同的高度，斜面越长越省力.（板书）
用多媒体介绍一些斜面应用的例子：
工人师傅将油桶沿斜面推上车，怎样才能更省力？
搭在车上的木板越长越省力.
教师提问：为什么有人沿盘山公路上山觉得费劲时，就在公路上走S形路线.
因为盘山公路是个大斜面，当使物体升高相同的高度，斜面越长越省力.走S形路线相当于加长了斜面的长度，因此走S形路线更省力.
简单介绍螺旋是一种变形的斜面，它能省力，也能节省空间.
投影螺丝钉与上海南浦大桥的螺旋式引桥的图片，要求学生课后查阅相关资料给予解答.
二、做功和能的转化
初中我们学过能量守恒定律，同学们回忆一下该定律的内容：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移过程中，能的总量保持不变.
这是我们在初中已经学过的功和能的有关知识，对功和能也有了一个简单的认识，并能定性地分析某些物理现象，本节课我们进一步来研究能的基本知识以及功和能的关系.
(一)能的概念
1.用多媒体展示下列物理情景，并把四幅图对比在同一画面上
（1）流动的河水冲走小石块.
（2）飞行的子弹穿过木板.
（3）自由下落的重物在地上砸了一个坑.
（4）压缩的弹簧把物体弹出去.
2.分析概括图片中流动的河水、飞行的子弹、下落的重物、压缩的弹簧都各自对物体做了功.
3.总结：一个物体能够对外做功，则这个物体具有能.(板书)
4.请同学们结合生活，举些物体具有能量的例子.
张紧的弓能够做功，所以它具有能.
电动机通电后能够做功，它具有能.
打夯机能做功，它具有能.
流动的空气能做功，它具有能.
5.结合学生所举的例子总结：物质的不同运动形式对应着不同的能.例如：有形变的弹簧
具有弹性势能；流动的空气具有动能等.
6.（1）演示：把弹簧固定在铁架台上，下端挂一物体，用力向下拉物体，使弹簧伸长后释放，物体将向上运动.
（2）分析：拉下物体，弹簧发生弹性形变具有弹性势能.
松手释放后，弹簧缩短，对物体做功使物体具有了动能，同时弹簧的弹性势能减小，即把弹性势能转化为动能.
（3）总结：各种不同形式的能量可以相互转化，而且在转化过程中能量守恒.
7.用多媒体展示几种现象，学生分析能量的转化情况.
（1）水冲击水轮发电机发电.机械能→电能
（2）太阳出来，照耀森林.太阳能→生物能
（3）傍晚，电灯亮了.电能→光能(内能)
过渡：上边我们分析了几种能量转化过程，并且在能量转化过程中与之紧密相关的是做
功.那么功和能之间到底有什么关系呢
(二)功和能的关系
1.用多媒体展示下面几个过程
（1）人拉重物在光滑水平面上由静止到运动.
（2）在水力发电厂中，水流冲击水轮机，带动水轮机转动.
（3）火车在铁路上前进.
2.师生共同分析
（1）在人对重物做功的过程中，人的生物能转化为物体的动能.
（2）在水力发电厂中，水流冲击水轮机转动，从而带动发电机转动而做功，水流的机械能转化为电能.
（3）火车前进而做功，把油和煤的化学能转化为内能，又把内能转化为火车的机械能.
在上述过程中，发生了能量转化且都伴随着做功过程，（板书）做功使不同形式的能量发生转化.
过渡：那么在能量转化中，能量的转化和所做的功之间有什么关系呢
3.举例说明
（1）举重运动员把重物举起来，对重物做了功，重物的重力势能增加，同时运动员消耗了体内的化学能，且运动员做了多少功就有多少化学能转化为重力势能.
（2）被压缩的弹簧放开时把一个小球弹出去，小球的动能增加，同时弹簧的弹性势能减小，且弹簧对小球做了多少功，就有多少弹性势能转化为动能.
类似的例子还很多，归纳得到：做了多少功，就有多少能量发生转化.（板书）功是能量转化的量度.
过渡：通过上述分析，功和能之间有着密切的联系，那么它们之间有什么不同呢
4.教师概括功和能的不同
（1）功是和物体的运动过程有关的物理量，是一个过程量；能是和物体的运动状态有关的物理量，是一个状态量.
（2）做功可以使物体具有的能量发生变化，而且物体能量变化的大小是用做功的多少来量度的，但功和能不能相互转化.
【方法引导】
做了多少功，就有多少能量发生转化.反过来我们也可以用一个过程中能量转化的多少，来量度在这个过程中做了多少功.特别是在变力做功的情况下，不能直接用公式来计算功的大小，但可以通过能量转化的多少来得知做功的多少.
【巩固练习】
1.关于功和能，下列说法正确的是（　　）
A.功就是能，功可以转化为能
B.做功越多，物体的能越大
C.能量转化中，做的功越多，能量转化越多
D.功是物体能量的量度
2.运动员将质量为150
kg的杠铃举高2
m：
（1）运动员做了多少功
（2）有多少化学能转化为杠铃的重力势能
参考答案：
1.C
2.（1）3×103
J（2）3×103
J
课堂小结
通过本节课的学习，我们知道了机械功的原理以及功和能之间的关系两部分内容.了解了任何机械都不能既省力又省位移，即使用任何机械都不能省功.
做功的过程就是能量转化的过程，并且做了多少功就有多少能量发生了转化.在以后的学习中，要注意运用功和能的观点、能的转化与守恒定律来分析和解决问题.
布置作业
1.课本P11作业1、2、3.
2.思考题
（1）一个质量分布均匀的长方形木块，放在粗糙的水平地面上，长为2a，宽为a，若要把它从图中所在的位置直立起来，外力至少要做多少功
（2）挂在竖直墙壁上的长1.80
m的画，画面质量为100
g，下面画轴质量为200
g，将它沿墙缓慢卷起，g取10
m/s2，需做________J的功.
参考答案：
2.（1）　（2）4.5
板书设计
一、功的原理：使用任何机械时，动力对机械所做的功，总是等于机械克服阻力所做的功.
1.使用机械时，人们所做的功都等于不用机械而直接用手所做的功（适用于理想机械）.
2.使用任何机械都不省功.
3.斜面是一种省力的机械.
活动与探究
通过做“迷你实验屋”实验，探究使用机械能省功吗？写出你的探究过程并作报告.你有其他方法可以验证结论吗？