8.1 《功与功率》教案—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第二册word版

第8章 机械能守恒定律
第1节 功与功率
教学内容分析
《功与功率》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》必修课程必修2模块中“机械能及其守恒定律”主题下的内容，要求为：理解功和功率。了解生产生活中常见机械的功率大小及其意义.《普通高中物理课程标准(2017年版)解读》对该条目的解读为：初中物理课程标准要求“知道机械功和功率”“结合实例，认识功的概念。知道做功的过程就是能量转化或转移的过程”。高中物理课程标准对功的教学要求是“理解”，高中需要求解力与位移成一定夹角的做功。理解功，需要知道正功和负功的含义，认识功是力在移动物体时所形成的，体会功是在移动物体时所具有的。要理解功率，除了认识功率是描述做功快慢的物理量之外，还需要知道功率的不同计算式及其含义，会用相关的计算式分析诸如汽车发动机功率一定时牵引力与速度的关系之类的实际问题，并了解在生产、生活中常见机械的大致功率.
功和功率是建立功能关系的重要概念。功是为进一步提出“能”这个更为广泛、更为重要的概念服务的。做功过程反映了能量的变化过程。只有准确理解“功”才能更好地促进能量概念的建构。教材在初中知识基础上，首先提出问题，“当位移方向和力方向不一致时，应当如何计算功？”利用力的等效替代将力分解为和位移垂直以及平行的两个分力，解决力和位移方向不同时的做功问题。接着讨论正功和负功概念，根据功是标量计算总功。在功概念的基础上进一步讨论做功的快慢，引出功率概念。最后，通过分析汽车发动机功率一定时牵引力与速度之间的关系，联系生活实际，加深对功率概念的理解。
本节课蕴含着典型的物理思想和方法，功的概念和公式的学习过程，是物理概念和规律的经典建构过程，学生经历功概念的学习，有助于提高学生的物理学科核心素养。
学情分析
学生在初中就对“功”有了初步认识，学习了力和物体运动方向相同情况下的功的计算。在初中阶段是用距离，不是用位移来分析的。在高中阶段已经学习了位移、力的合成与分解，标量与矢量等相关知识。学生初步了解功与能量转化存在密切联系。由于“概念”的抽象性，对于学生理解有一定难度。功的标量性是学生理解的有一难点，力和位移都是矢量，但是二者的乘积是标量。
教学目标
1.学生理解功的概念，掌握功的计算式，知道其适用范围，能根据功的计算式计算各种情景下的功。
2.学生理论探究力与位移成一定夹角时功的表达式，体会合力与分力等效的思想方法。
3.学生知道功是标量，理解正功、负功的含义。知道几个力对物体所做的总功，是各个力分别对物体做功的代数和。
4.学生理解功率的概念，会运用极限思想得到瞬时功率表达式P=Fv。关注生产生活中常见机械做功，功率大小及其意义。
5.学生能根据功率表达式，分析汽车发动机功率一定时，牵引力与速度之间的关系，能分析、解释实际生活中的现象。
教学重难点
教学重点：理解功的概念、正功和负功的意义、瞬时功率的概念。
教学难点：对功概念的理解、功的标量性
教学方法：探究—研讨学、讨论法、启发式教学
教学过程
新课引入
自然界存在各种形式的能量，如动能、势能……，这些能量互相转化。
展示能量转化情景：

图1射击比赛 图2 风力发电
射击比赛，能量是如何转化的？风力发电，哪种能量转化为电能？不同种类的能量是如何转化的？
生：能量通过做功实现转化。
师：功是能量转化的量度，本章开始进入能量主题的学习。研究能量的转化规律，功是要学习的基础概念。本节学习功的含义和如何计算功。
新课教学
一、功
师：大家在初中已经学习了功的概念，并且会计算当力和运动方向相同时的功。我们一起分析几种情景，这些力是否做功。
教师PPT投影物体运动的情景，展示问题。

甲 乙 搬而未起 丙 手提滑板水平前行 丁 物体下落
问题1：(图甲)物体受到哪些力?画出物体的受力示意图。这些力做功吗？说说你是如何分析的。
问题2：(图乙)人对石头做功吗？ 为什么？人觉得累吗？违反能量守恒定律吗？
问题3：(图丙)人对滑板车的作用力在哪个方向吗？人对滑板做功吗？
问题4：(图丁)物体自由下落，重力做功吗？若物体匀速下落，重力做功吗？
问题5：力对物体何时做功？做功的条件是什么？
生1：有力作用在物体上，物体有位移。
师：物体受到力，物体有位移，力就一定做功吗？图丙中人对滑板做功吗？滑板车有位移吗？
生(全体)：沿力的方向有位移。
师：如何给功下个定义？功是什么含义？
生(全体)：力和沿力方向位移的乘积。
教师活动：板书功的含义和做功的二要素。
表达式：W=Fl.
投影物体沿光滑固定斜面运动情景：
问题1：木块受到哪些力？ 画出受力示意图，并求出各力的大小.
问题2：斜面对物体的弹力做功吗？你是如何分析的？
问题3：重力对物体做功吗？若做功，如何求重力的功？重力和位移的方向不垂直，和位移的方向不相同。能用两个分力代替重力的效果吗？若能，这两个分力在哪些方向？
生：将重力沿斜面和垂直斜面方向分解，沿斜面分力是mgsinθ，垂直斜面分力是mgcosθ.
师：等效替代后，重力做功等于哪个分力做功？重力做功是多少？
生：垂直斜面分力不做功，沿斜面分力做功。重力做功等于沿斜面分力做功，功是mgsinθl.
问题4：一般情况下，力和位移方向不同，如何求功？

教师活动：板书功的表达式。
问题5：位移是矢量.能用两个分位移代替吗？若能，应将位移在什么方向分解?
问题6：F是变力还是恒力，力的大小和方向变化吗？公式的适用条件是什么？
二、正功和负功
1.α= ，力和位移垂直，力不做功。
2.0≤α≤ ，力做正功。
3. ≤α≤π，力做负功，也表述为物体克服力做功。(取绝对值)
情景介绍：物体在粗糙斜面上沿斜面运动，斜面长为l，倾角为θ。物体与斜面间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g。
问题1：物体受到哪些力？各力是多大？画出受力示意图。
问题2：分析各个力的做功情况，各力做功之和是多少？
问题4：合力是多大?合力做多少功?
问题5：比较各力做功之和与合力的功，你有何发现？
问题6：功是矢量还是标量?区分矢量和标量的依据是什么？
设计意图：①练习计算功。②引导学生分析功是标量，培养学生的证据意识。③学习求解总功的两种方法。
拓展延伸，变力做功。
引导学生回忆匀变速直线运动位移公式的推导过程，迁移到变力做功情况的分析。
设计意图：①弹性设计，根据时间灵活安排。②类比迁移，培养学生的等效思维能力。
课堂练习1 (见PPT)
设计意图：通过练习巩固对功概念的认识，了解常见的力做功情况。
三、功率
故事引入：
公司人事经理面试两位求职者A和B(应聘一个保洁职位).
A：公司4层楼保洁，我需要6个小时完成，需要月薪2500元.
B：公司4层楼保洁，我需要10个小时完成，也需要月薪2500元.
作为人事经理，你会聘用哪名求职者?为什么？
问题：做相同的功，时间不同。做功快慢相同吗？如何比较做功快慢？
问题1：功率是如何定义的？功率符号?
问题2：功率的定义使用了什么物理方法？学过的物理概念有哪些使用相同方法？
问题3：功率的单位？单位符号？
问题4：功率是标量还是矢量？
设计意图：通过问题链引导学生回忆初中学习的功率知识。
建立情景分析功率、力和速度关系。
物体在力F作用下运动时间t，位移是l。

问题1：力F做的功是多少？ F做功的功率是多大?
问题2：l/t的意义是什么?是平均速度还是瞬时速度？功率是平均功率还是瞬时功率？
问题3：若时间极短，l/t 的物理意义是什么？ 是瞬时功率还是平均功率？
问题4：若力与位移方向不同，功率与瞬时速度有何关系?
问题5：汽车爬坡时，司机要采取什么措施?你能解释为什么吗?
例题 某型号汽车质量m=1000kg，发动机额定功率为60kW,在水平路面行驶时受到的阻力时1800N,求:
(1)发动机在以额定功率工作时汽车匀速行驶的速度.
(2)某时刻行驶的速度为54km/h，发动机以额定功率工作，该时刻汽车的加速度是多少?
课堂练习 2 (见PPT)
课堂小节：引导学生从物理观念、科学思维、科学态度与责任等方面总结本节课的要点.
本节课学习了哪些知识？
运用了哪些物理思想方法？
关于功，你还想知道什么？有哪些困惑？
作业：教材78页：1、2、3、5
板书设计
§ 8.1 功与功率
功
定义：力和在力的方向上发生的位移的乘积
功的二要素：①受力 ②沿力的方向发生位移
公式：W=Flcosα
单位：焦 符号 J
功是标量
功的正负
α=，W=0；0≤α＜，W >0，正功；＜α≤π，W <0，负功.
总功等于各力做功之和：W=W1+W2+……
三、功率
1.定义：功与完成这些功所用时间的比值
2.表达式：P=
3.单位：瓦 符号 W
4.P=Fv
七、教学反思
功是本节课的重要概念，学习计算功是本节的重点。对于力和位移方向不同的情景，教师要设置阶梯引导学生将力沿位移方向和垂直位移方向分解，利用力的等效替代思想，求解计算功。新一轮的课程改革强调学生的学习主体地位，强调学生自主建构，将新知识和旧知识建立联系，融入、扩展原有的认知结果，应给学生充足的时间思考，表达自己的想法，将力的合成与分解知识迁移到功的计算，在每节课的物理教学中落实物理学科核心素养。