能量转化的量度（教案）

第三章 能量的转化与守恒
第2节 能量转化的量度
一、教材分析
功的概念是本章的教学重点之一，其概念及应用贯穿于全章。通过本节学习，应使学生初步建立功的概念，并学会分析解决一些实际问题，从而为本章以后的学习打下较好的基础。
教学中要注重培养学生从功的角度来分析力学现象。通过实验和实例的分析，注重引导学生学习物理的思维过程，使学生受到学习方法的训练。
本节另外一个知识点是需讲明功率的概念，阐明其为比较物体做功快慢的物理量，通过类比讲明什么叫功率，功率的计算公式及单位。同时，结合机器实际的功率值，理解应用过程中怎样选择合适的机器。
二、教学目标
1、 认识在什么情况下力对物体做了功，理解做功的两个必要因素。
2、 理解用功来量度能的转化多少。
3、 知道功的计算公式，知道功的单位，会用功的公式进行简单的计算。
4、 知道功率的概念，功率的意义和单位，初步掌握功率的计算方法。
三、教学重点、难点
教学重点：功的概念和做功的两个必要因素，功的计算公式。
功率的概念、功率的计算公式、一些机器或生物体的功率。
教学难点：功的概念。
四、教学准备：
五、课时安排：3课时
六、教学过程设计：
【复习引入】分析在下列情景中，能量如何转化？
（1） 举重运动员在举起杠铃时；（运动员体内的化学能转化为杠铃的势能）
（2）马拉车时；（马体内的化学能转化为车的动能和各种摩擦产生的热能）
提问：在上述的例子中，有多少能量发生了转化？举杠铃和马拉车的速度都影响能量转化的快慢，为了量度能量转化的多少，描述能量转化的快慢，我们需要学习功和功率的有关知识。引出课题
【新课教学】
提问：平时，我们常用力去移动物体，使其位置改变。下面请同学们一起做三个小实验。
学生实验1：用手匀速将放在桌旁地面上的书包和4本书分别提到桌面上。
问：两次移动的距离怎样？哪次“累”一些呢？为什么？
生：两次移动的距离相同，提书包“累”一些，因为提书包需较大的拉力。
师：移动相同的距离，需要的力越大越“累”。
学生实验2：用手将放在桌旁地面上的书包分别匀速提到凳子上和桌面上。
问：哪次“累”一些呢？为什么？
生：提到桌面上“累”一些，因为移动的距离较大。
师：用同样的力移动物体，移动的距离越大越“累”。
学生实验 3：用手将书包提 5厘米左右和将 4本书从地面提到桌面上。
问：哪次“累”一些？为什么？
师：无法比较，因为两种情况需要的拉力大小不同，移动的距离也不同。力的大小不同，移动的距离不同，无法比较哪次更“累”。
讲述：由此，人提物体“累”的程度，不能仅仅单独由力的大小或单独由移动的距离大小来比较或表示，所以我们引人一个新的物理量——功
1、 功
设问：功这个物理量和什么因素有关呢？请同学们看图。
【读图】从力和运动角度分析，举杠铃和拉马车有什么共同的特点？
提问：这两幅图中有什么共同的地方或者共同的要素。
生：都有力，物体都移动了一段距离。
提问：移动的距离和力之间有何关系？
生：是在力的作用下，沿力的方向上移动的距离。
建议：教师采用读图与画图相结合的方法，一边引导学生分析，一边在图上作出力和运动的方向，有助于理解。
【小结】杠铃和马车都有受到力的作用，并且在力的方向上通过一段距离，我们就说这个力对物体做了功。马对小车做了功。是因为小车移动的距离是在推力的作用下，沿拉力方向移动的。同样，因拉力是马施加的，也可以说马对小车做了功。（或者说施力物体对受力物体做了功）
【思考】1、举重运动员举起杠铃在头顶上保留3秒钟，成绩才有效。这段时间内运动员对杠铃有力的作用吗？对杠铃有做功吗？为什么？
分析：有力的作用，但没有做功，因为物体没有运动。
2、在马向前拉车过程中，有受到重力作用吗？有运动吗？重力对马车有做功吗？为什么？
分析：有受到重力作用，有通过距离，但重力没有做功，因为在重力的方向上没有通过距离。
3、一小球在冰面上由于惯性滑动，水平方向上有受力吗？有力对物体做功吗？为什么？
【归纳】你能总结出做功的两个必要因素吗？
做功的两个必要因素①作用在物体上的力；
②物体在力的方向上通过的距离。
注意：是必要因素，缺一不可。强调距离与力在同一方向上。
【讨论】1、做功跟我们日常所说的“做工”或“工作”一样吗？
分析：“做工”或“工作”指一切消耗体力和脑力的工作，即使运动员举着杠铃不动，他也在工作，但没有做功。功是力学上一个专用名词，它的涵义要狭窄和严格得多。在初中阶段，不阐述功的概念，仅是从功的两个必要因素去理解功。
2、起重机下挂着重物，在以下三种情景中，钢索的拉力是否都对它做了功？为什么？
1 将货物匀速向上提升；
分析：拉力做了功，因为满足做功的两个必要条件。
2 货物在空中静止不动；
分析：没有功，因为虽有拉力，但没有在力的方向上移动的距离。
3 将货物沿水平方向匀速移动
分析：没做功，因为拉力在竖直方向，钩码的移动是水平方向的，不是在拉力方向上移动的，所以拉力没做功。
建议；引导学生从是否受力、是否运动、是否沿着力的方向运动三个方面加以分析，进一步加深对做功必要因素的理解。
【活动1】请同学们举几个生活中做功和没做功的实例，并分析。通过讨论提出一个与“是否做功”有关的问题。
建议：教师在活动中注意学生的反馈情况，及时引导和指正，同时加以鼓励。
【活动2】在大扫除时，小明负责提水，干得满头大汗，分析在整个过程中，小明有没有做功？
1 从一楼沿楼梯上了三楼
分析①F≠0，S≠0，且F、S方向相同，W≠0 ；
2 沿着走廊走到教室门口
分析②F≠0，S≠0，但在力F方向上没有移动距离，W=0；
3 正好有一同学在门口搬桌子，他提着水侧身站着，让同学先过，然后进来。
分析：③F≠0，S=0，W=0
【过渡】在举重运动员举杠铃的过程中，发现杠铃越重，举得越高，举起它所要转化的化学能越多，能量转化的多少用做功的大小来量度。所以功有大小，功的大小与什么有关呢？（根据做功的两个必要因素进行猜测）
【猜测1】与受力的大小有关；
【猜测2】与在力的方向通过的距离长短有关；…
二、功的计算
科学上规定：功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。
公式：功 = 力×距离（力的方向上移动的距离）
W = F × s（注意合指 F的方向上移动的距离）
功的单位是由力的单位和距离的单位决定的。力的单位是牛，距离的单位是米，那么功的单位就是牛·米。为了纪念英国物理学家焦耳对物理学做的杰出贡献，把功的单位牛顿·米就称为焦耳，简称焦。
〔板书〕：功的单位：焦耳（J）牛·米 （1焦 =1牛·米）
公式变形：F= W / s s = W / F
注意：F 、s的方向是同一直线，切不可以将其他的距离代入。
【应用】1、《科学》书不小心掉在地上，将它从地上捡起，试估算要做多少功？
提示：力与距离在同一方向，力对物体有做功，《科学》书重约1牛，课桌的高度约1米，捡起的力约等于课本的重力，W = F s=1牛·1米=1焦
2、把一只鸡蛋举高2米，做功约多少？
提示：一只鸡蛋重约0.5牛，捡起的力约等于鸡蛋的重力，W = F s=0.5牛·2米=1焦
【例题】1、如图P87 3-11，有一物体重100牛，把该物体从地面匀速提到高为1米的桌面上，需要做多少功？如果将这个物体用50牛的力沿水平地面拖动10米，需要做多少功？在后过程中，地面对物体的支持力多大？做功多少？
解：F1 = G = 100牛，物体在力的上通过的距离 S1 =1米，
W1 = F1 s1 = 100牛× 1米 =100焦
F2 = 50牛，物体在力的上通过的距离 S2 =10米，
W2 = F2 s2= 50牛× 10米 =500焦
W3 = F3 s3= 0焦（因为力与距离不在同一直线上）
思考：比较前过程中重力做功与拉力做功有什么不同
比较后过程中拉力做功和摩擦力做功有什么不同
【拓展】如果物体在力的作用下，沿力的方向运动（力与运动的方向一致），就说力对物体做功；如果物体运动的方向与受力的方向相反，就说克服某力做功。
举例：在例1的前过程中，如何表达拉力和重力做功？
分析：拉力对物体做功，物体克服重力做功（W=Gh=100牛×1米=100焦）
2、马拉着重为19600 牛的车在水平路面上前进了400米，做了3×105 焦的功。车受的重力有没有做功？马的水平拉力是多少牛？
解：因为马车在水平路面上前进，竖直方向上没有通过距离，所以车受的重力不做功。
F= W / s= 3×105 焦 / 400米 =750 牛
【讨论】结合举重和马拉车等事例，谈谈能量的转化跟做功的关系。
例2中，马消耗了多少化学能？有多少能量转化为车的机械能和摩擦消耗的热能？（3×105 焦） 做功的过程实质上就是能量转化的过程，通过做功的形式将一种能量转化为其他种的能量。力对物体做多少功，就有多少能量发生了转化。所以物体之所以具有做功的本领，是因为它具有能，没有能量的物体无法做功。因此能量与功的单位一样，都是焦耳。
【思考】功和能的关系对我们解决具体问题有什么用处？（“做功的多少”和“转化的能量的多少”可以互相确定）
[第2课时]
[复习提问]
1．做功的两个必要因素是什么？
2．说出功的定义、计算公式及单位。
讲述：上一节我们学习了功的概念，以及功的大小的计算方法，这一讲我们继续研究日常生活中做功的其他问题。
观察演示实验
演示实验1：用手将三个放在桌面上的钩码以相同的速度逐个匀速提高1米。
演示实验2：用手将三个放在桌面上的钧码以和实验1同样的速度一起匀速提高1米。
提问：两次实验中，手对钩码做功的大小怎样？两次实验有何不同之处？
生：做功大小相同，但所用的时间不同。
问：同样用起重机搬运建筑材料和用人力相比，用拖拉机耕田和用畜力相比，做功怎样，所用时间怎样？哪些快一些？
生：做功相同，所用时间不同，起重机和拖拉机快一些。
幻灯出示：耕一块地，一头牛一天，拖拉机几十分钟。
挖几十吨土，几个人一天，大型挖土机几分钟。
讲述：从上面的例子中，可以看出：做同样的功，不同的情况，机器和人，机器和牲畜所用的时间是不同的，也就是相等的时间里它们做功的多少是不相等的，即做功的快慢不相同，为了比较做功的快慢，我们引人一个新的物理量——功率（点明课题）。
[讲授新课]
3、 功率（比较做功的快慢）
复习提问：上学期，在学习运动的时候，我们学过一个比较物体运动快慢的物理量是什么？它是怎样定义的？
生：速度，它的定义是单位时间里通过的路程。
问：同样与速度定义类比，比较做功快慢的物理量功率可以怎样定义？
生：单位时间里完成的功。
［板书］功率的定义：单位时间完成的功，叫做功率。
讲述：从功率概念我们可以看出，如果知道一个机器所做的功和做这些功所用的时间，就能够求出功率。
【迁移】物体在运动过程中既有运动距离的长短之分，也有运动的快慢之分。我们是怎样比较物体运动的快慢呢？（填表）
物理量 意义 定义 公式 单位
速度 反映物体运动的快慢 物体在单位时间里通过的路程 v=s/t 米/秒
【过渡】做同样多的功，不同的物体或机械所花的时间不同，比如一头牛一天耕的田，一台拖拉机只用几十分钟就能完成。大型挖土机几分钟能挖几十吨土，可以代替几个人一天的工作量。说明做功不但有多少之分，还有什么区分？（快慢之分）用什么量反映物体做功的快慢呢？（按一定的顺序填空表格第2行：意义→物理量→定义→公式→单位）
讲述：知道了功率的计算公式，就可以用它来计算功率的大小，想一想功率的单位应由哪些量的单位决定？这些物理量的单位是什么？
学生讨论回答后，教师小结：在国际单位制中，功的单位是焦耳，时间的单位是秒，功率的单位就是焦耳／秒，读做焦耳每秒。为纪念英国科学家瓦特，把功率的单位焦耳／秒称做瓦特，简称瓦。
［板书］ 功率的单位：瓦特（瓦）
提问：l瓦的意义是：物体1秒钟做的功是1焦耳，它的功率为1瓦特。
讲述：在实际运用中，机器的功率非常大，常用千瓦做单位，1千瓦二1000瓦特，在工程技术中，过去，也曾用马力做单位，但现在已基本废除。
【小结、补充】
定义：单位时间里完成的功叫做功率。
意义：反映做功的快慢。
公式：功率 = 功 / 时间
单位：瓦（W）焦 / 秒 （1瓦 =1焦/秒）注意：t的单位只能取秒。
常用单位：千瓦 （1千瓦=1000瓦）；兆瓦（1兆瓦=1000千瓦=1×106）
公式变形：F= W / s s = W / F
【拓展】P = W / t = F s / t= F v
【读图】了解人和部分交通工具的功率。说说小汽车功率约90千瓦的意义。（小汽车在1秒内完成90000焦的功）说说机器的功率大，反映出什么？（做功快）
【思考】了解机器功率有什么实际意义？
讲述：功率是机器的主要技术性能之一，人们在制造和选购机器时，总是根据实际需要，选择合适的功率，以发挥机器的最佳效益。同时，功率配套也是选购机器时必须十分重视的问题，选择的机器功率太小，不能使机器正常工作，选择的太大将造成浪费，所以必须合理选择。
【例题】1、起重机将质量为750千克的货物，在0．5分钟内匀速吊起6米高。
求：①货物的重力；
②起重机所做的功；
③起重机的功率。（g=10牛/千克）
解法见课本。
建议：分步进行，有助于降低难度，有利于复习。可以让学生考虑求功率的另一种方法。
【思考】因为功是能量转化的量度，所以做功的快慢也就是能量转化的快慢。根据这个观点，叙述上题中起重机的功率是1．5千瓦的意义。
【讨论】如何测出你上楼的功率？阐述方法，并推出表达式。
分析：假设人的质量为m ，从一楼匀速走到三楼所需时间为t，每层楼高度为h。
P = W / t = F s / t= GH/t=mg2h / t
（三）课堂小结：
通过对这一节内容的学习，谈谈你对功和功率的认识；对功和能的关系的认识。
（四）布置作业
必做作业：（1）课后练习与活动 （2）作业本
选做作业：
[板书设计]：
第2节 能量转化的量度
一、功
1、做功的两个必要因素①作用在物体上的力；
②物体在力的方向上通过的距离。
2、功的计算
A、概念：功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。
B、公式：功 = 力×距离（力的方向上移动的距离）
W = F × s（注意合指 F的方向上移动的距离）
C、功的单位：焦耳（J）牛·米 （1焦 =1牛·米）
D、公式变形：F= W / s s = W / F
二、功率（比较做功的快慢）
1、功率的定义：单位时间完成的功，叫做功率。
2、公式：功率 = 功· 时间
P = W / t
3、单位：瓦（W）焦 秒 （1瓦 =1焦/秒）注意：t的单位只能取秒。
常用单位：千瓦 （1千瓦=1000瓦）；兆瓦（1兆瓦=1000千瓦=1×106）
4、公式变形：F= W / s s = W / F
教学后记：
功是一个非常抽象的概念，所以在本节教学的开始，就通过具体的例子，让学生来认识功，并把功与累相互联系，使学生对功有一种体会。功的内容与力和运动密切联系，在教学中有必要复习力学的知识，并与能量相联系。在教学中发现教学的内容学生接受并不难，但具体练习有些难度，所以有必要在教学中加强练习。
P = W / t
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