資源簡介

第十一章 功和機(jī)械能
第1節(jié) 功
設(shè)計(jì)說明
“功”這一節(jié)是讓學(xué)生建立功的初步概念，了解物體做功的必要條件，能分析物體在哪種情況下做了功，哪種情況下沒有做功，根據(jù)“從生活走向物理”的理念，應(yīng)該從學(xué)生熟悉的一些涉及力的生活情景、自然情景中歸納出功的初步概念和做功的必要條件，從決定做功的兩個(gè)必要因素中歸納出功的計(jì)算公式W=Fs，理解功的單位——焦耳，并通過一些實(shí)例讓學(xué)生感知1 J的大小，引導(dǎo)學(xué)生通過一些簡易實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)力在什么情況下做了功，在什么情況下不做功。
關(guān)于功的計(jì)算的教學(xué)，應(yīng)該重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)公式中各單位的統(tǒng)一性和各物理量的同一性，并輔以一定的練習(xí)。
教學(xué)過程可分為三個(gè)階段，第一階段認(rèn)識(shí)物理中的功與現(xiàn)實(shí)生活中的功有什么相同和不同，歸納功的概念；第二階段通過對功的效果不同來明確影響功的大小的兩個(gè)必要因素；第三階段在認(rèn)識(shí)功的兩個(gè)影響因素的前提下歸納出功的計(jì)算公式，進(jìn)而進(jìn)行一些簡單的計(jì)算。
教學(xué)目標(biāo)
1.通過日常生活實(shí)例分析理解力學(xué)中做功的含義，知道做功必須具備兩個(gè)必要因素，才能判斷出力是否對物體做功。
2.明確計(jì)算功的大小表達(dá)式及意義。
3.通過練習(xí)學(xué)會(huì)用公式W=Fs計(jì)算功的大小。
教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)
1.重點(diǎn)：知道功的含義。
2.難點(diǎn)：判斷力是否對物體做功。
教具
學(xué)生用：書包、書等。
教師用：彈簧測力計(jì)、木塊等。另有電化教學(xué)器材、教學(xué)光盤。
教學(xué)過程
回顧思考
1.力是物體對物體的________，力的三要素是指力的________、________、________。
2.慣性是物體本身的一種________，它________（選填“是”或“不是”）力。
3.實(shí)際生活中，做勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體一定受到________的作用。
4.物體所受的重力大小G=________，方向________。
導(dǎo)入新課
1.故事導(dǎo)入：
故事摘要：小華收拾碗筷、提水、買米，忙得滿頭大汗，做物理教師的爸爸卻說，從物理學(xué)角度看他幾乎沒有做功。
提出問題：怎樣才算“做功”？在力學(xué)上“做功”的含義是什么？
感知現(xiàn)象：投影一組做功的實(shí)例和一組沒有做功的實(shí)例。（實(shí)例聯(lián)系生活和科技前沿）
分析綜合：問：每組實(shí)例有什么共同點(diǎn)？兩組實(shí)例有什么不同點(diǎn)？
抽象概括：問：功包含哪些必要因素？力學(xué)上“做功”的含義是什么？小華的爸爸為什么說他幾乎沒有做功？“工作”與“做功”有什么區(qū)別？
這節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)有關(guān)功的一些知識(shí)。
2.實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入
（1）引出功的意義
學(xué)生實(shí)驗(yàn)一：用手將放在桌旁地面上的書包和1本書分別勻速移動(dòng)到桌面上。
感受：兩次移動(dòng)的距離怎樣？哪次“累”一些呢？為什么？
（兩次移動(dòng)的距離相同，提書包“累”一些，因?yàn)樘釙栌幂^大的力。）
（附板書1）移動(dòng)相同的距離，需要的力越大越“累”。
學(xué)生實(shí)驗(yàn)二：用手將放在桌旁地面上的書包分別勻速移動(dòng)到凳子上和桌面上。
感受：哪次“累”一些呢？為什么？
（提到桌面上“累”一些，因?yàn)橐苿?dòng)的距離較大。）
（附板書2）用同樣的力移動(dòng)物體，移動(dòng)的距離越大越“累”。
（2）引導(dǎo)學(xué)生對生活中的功與物理中的功的不同做出一定的分析與判斷。
我們常說的功有“成效”的意思，但有些時(shí)候我們雖然付出了力的作用，卻沒有成效，即勞而無功。那么做功到底有什么學(xué)問呢？
引導(dǎo)歸納：人提物體“累”的程度，不能僅由力的大小或僅由移動(dòng)的距離大小來比較或表示，所以我們引入一個(gè)新的物理量——機(jī)械功（簡稱功）。
3.“成語”引入
同學(xué)們都知道哪些有“功”的成語或詞語。
學(xué)生：馬到成功、事半功倍、功成名就……同學(xué)們說得好。現(xiàn)代漢語中“功”主要有成效、成功、貢獻(xiàn)的意思，力學(xué)中的功吸收了其中“成效”的意思，但又不同，這節(jié)課我們就一起研究力學(xué)中的“功”的含義。
（板書：第十一章　功和機(jī)械能　第1節(jié)　功）
進(jìn)行新課
探究點(diǎn)一　功
1.作圖：要求學(xué)生在教材圖11.1-2和教材圖11.1-3中用鉛筆標(biāo)注人對物體施加力的方向和物體移動(dòng)的方向。
討論：根據(jù)教材圖11.1-2中力做功的實(shí)例和教材圖11.1-3中力不做功的實(shí)例作圖判斷兩種情況的特點(diǎn)。
引導(dǎo)歸納：當(dāng)一個(gè)力作用在物體上，物體在這個(gè)力的作用下通過了一段距離，這個(gè)力對物體的移動(dòng)做出了貢獻(xiàn)，我們就說這個(gè)力的作用有了成效，力學(xué)里就說這個(gè)力做了功。
顯然力做功有兩個(gè)條件：一是作用在物體上的力（F）；二是物體沿力的方向移動(dòng)的距離（s）。
2.判斷力是否對物體做了功
通過舉例練習(xí)讓學(xué)生鞏固力是否對物體做功的判斷。
（1）教師演示：①用彈簧測力計(jì)拉動(dòng)一木塊沿水平桌面勻速直線移動(dòng)一段距離。
②用彈簧測力計(jì)沿與水平面成30°角方向拉動(dòng)一木塊沿水平桌面勻速直線移動(dòng)一段距離。
思考：拉力在這兩種情況下做功了嗎？
（做功了）
（2）火箭升空，燃燒的氣體對火箭有沒有做功？
因?yàn)槿紵臍怏w對火箭有一個(gè)向上的推力，火箭在這個(gè)推力作用下向上移動(dòng)了一段距離，所以燃燒的氣體對火箭做功了。
（3）同學(xué)們將自行車推進(jìn)校門，對自行車有沒有做功？
因?yàn)橥瑢W(xué)們對自行車有一個(gè)向前的推力，自行車在這個(gè)推力作用下前進(jìn)了一段距離，所以同學(xué)們對自行車做功了。
（4）以下三種情景有沒有做功？
①一個(gè)人用很大的力推一輛汽車，汽車沒被推動(dòng)，推力對汽車有沒有做功？
②手提一桶水在水平地面上行走，提桶的力有沒有對桶做功？
③在光滑的水平冰面上，一物體由于慣性做勻速直線運(yùn)動(dòng)，此過程中有沒有力做功？
引導(dǎo)歸納：三種不做功的情況：
（1）物體受到力，但沒有移動(dòng)距離，即通過的路程為零，有力無距離，不做功。
（2）物體受到力的作用，也移動(dòng)了距離，但移動(dòng)的距離與力的方向垂直，即有力有距離，但力與距離垂直，不做功。
（教師根據(jù)學(xué)生的回答再次強(qiáng)調(diào)做功的兩個(gè)因素。）
（3）物體沒有受到力的作用，但由于慣性通過一段路程，也沒有力做功，即有距離無力，不做功。
（教師要注意同學(xué)們的回答中所出現(xiàn)的問題，并補(bǔ)充關(guān)于慣性的知識(shí)。）
教師小結(jié)：從以上例子，我們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)了力學(xué)中功的含義，即一個(gè)力作用在物體上，物體在這個(gè)力的作用下移動(dòng)了一段距離，我們就說這個(gè)力對物體做了功。
例題講解：（學(xué)生先練習(xí)，若有問題，教師補(bǔ)充講解）
例1　水平地面上的購物車在水平推力的作用下，沿推力的方向運(yùn)動(dòng)一段距離，則下列判斷中正確的是（　　）
A.重力對購物車做了功 B.支持力對購物車做了功
C.推力對購物車做了功 D.沒有力對購物車做功
解析：做功的兩個(gè)必要因素是作用在物體上的力和物體在力的方向上通過的距離。重力的方向豎直向下，支持力的方向豎直向上，而購物車向前移動(dòng)了距離，沒有在重力和支持力的方向上移動(dòng)距離，所以重力和支持力都沒有做功，A、B選項(xiàng)都錯(cuò)誤；推力方向向前，購物車在推力的方向上向前移動(dòng)了距離，所以推力對購物車做了功，C選項(xiàng)正確，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。　　
答案：C
探究點(diǎn)二　功的計(jì)算
1.提問：（1）小亮扛著200 N的課桌從一樓爬上二樓；小麗扛著50 N的凳子從一樓爬上二樓。誰做的功多？為什么？
（2）小亮扛著200 N的課桌從一樓爬上二樓；小麗扛著200 N的課桌從一樓爬上三樓。誰做的功多？為什么？
（3）小麗哪一次做的功多？為什么？
通過學(xué)生的討論，強(qiáng)調(diào)功的大小與物體受到的力的大小成正比關(guān)系，與物體在力的方向上移動(dòng)的距離也成正比關(guān)系，指出，力學(xué)中功的計(jì)算公式：功=力×力的方向上移動(dòng)的距離。
2.歸納：功的計(jì)算公式：W=Fs。
單位：焦耳，簡稱焦（J），1 J=1 N·m。
1 J的物理意義：1 N的力使物體在力的方向上通過1 m的距離時(shí)所做的功為1 J。
幾點(diǎn)說明：
（1）使用W=Fs，要注意公式中各物理量的統(tǒng)一性和同一性。
（2）做功的多少只由W=Fs決定，跟物體是做勻速直線運(yùn)動(dòng)還是做變速運(yùn)動(dòng)無關(guān)。
（3）知道1 J的物理意義，知道1 J的大小。
例題講解：（學(xué)生先練習(xí)，若有問題，教師補(bǔ)充講解）
例2　（見教材第64頁例題）質(zhì)量為50 kg的雪橇上裝載了350 kg的原木，一匹馬拉著雪橇沿著平直的路面勻速前行，將原木運(yùn)到了3 000 m外的貨場。如果雪橇在行進(jìn)中受到的摩擦力是800 N，求馬的水平拉力做的功。
思考：此題中物體受到幾個(gè)力的作用？哪個(gè)力做了功？對什么物體做了功？重力有沒有做功？為什么？
學(xué)生回答，教師小結(jié)。
解：雪橇在水平方向上移動(dòng)的距離為3 000 m，水平方向上受到的拉力和摩擦力為一對平衡力，二力大小相等，為800 N，根據(jù)功的計(jì)算公式可得：W=Fs=800 N×3 000 m=2.4×106 J。
課堂小結(jié)
本節(jié)課我們主要學(xué)習(xí)了：
1.做功的兩個(gè)必要因素
2.功的計(jì)算公式：W=Fs
3.功的單位：焦耳（J），1 J=1 N·m
請完成“當(dāng)堂達(dá)標(biāo)”測試題。
當(dāng)堂達(dá)標(biāo)
1.下列關(guān)于功的說法正確的是（　　）
A.小明用力推發(fā)生故障的汽車而未推動(dòng)時(shí)，推力對汽車做了功
B吊車吊著重物沿水平方向勻速運(yùn)動(dòng)一段距離時(shí)，吊車的拉力對重物做了功
C.足球在水平地面上滾動(dòng)一段距離時(shí)，重力對足球做了功
D.舉重運(yùn)動(dòng)員從地面將杠鈴舉起的過程中，舉重運(yùn)動(dòng)員對杠鈴做了功
2.小明將掉在地面上的物理課本撿起來放在課桌上，他對課本所做的功最接近于（　　）
A.0.02 J B.0.2 J
C.2 J D.20 J
3.如圖所示，用F=20 N的水平推力推著重為40 N的物體沿水平方向做直線運(yùn)動(dòng)，若推力F對物體做了40 J的功，則在這一過程中（　　）
A.重力做的功一定為40 J
B.物體一定受到20 N的摩擦力
C.物體一定運(yùn)動(dòng)了2 m
D.物體一定運(yùn)動(dòng)了4 m
4. （2019·湖南邵陽中考）一物體在水平拉力F的作用下，沿力的方向以0.2 m/s的速度勻速運(yùn)動(dòng)了4 s，拉力F大小為5 N，4 s內(nèi)拉力F做的功為（　　）
A. 1 J 　B. 3 J C. 2 J D. 4 J
5.某人用60 N的力將重力為30 N的石塊拋出10 m遠(yuǎn)，則石塊拋出后的運(yùn)動(dòng)過程中，人對石塊所做的功是（　　）
A.600 J　 　B.0 C.300 J D.900 J
6.下列實(shí)例中，有力對物體做功的是（　　）
A.跳水運(yùn)動(dòng)員從跳臺(tái)跳下
B.背著書包在水平路面上前進(jìn)
C.舉重運(yùn)動(dòng)員舉起杠鈴?fù)Ｔ诳罩?br/>D.小球在光滑水平面上滾動(dòng)
7.（2020·湖北荊門中考）如圖甲所示，物體在水平拉力F的作用下由靜止沿粗糙水平面向右運(yùn)動(dòng)，0~6 s內(nèi)拉力隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙，速度隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖丙，則在2~4 s內(nèi)，物體克服摩擦力所做的功為（　　）
甲　　　　　 　乙　　　　　　　　　丙
A.10 J　　　　B.30 J　　　　C.50 J　　　　D.80 J
8.如圖甲所示，小明用彈簧測力計(jì)拉木塊，使它在同一水平木板上滑動(dòng)，圖乙是他兩次拉動(dòng)同一木塊得到的路程隨時(shí)間變化的圖像。請根據(jù)圖像判斷：在相等的時(shí)間內(nèi)，木塊兩次受到的拉力F1________F2；兩次拉力對木塊做的功W1________W2。（均選填“>”“<”或“=”）
9.（2020·湖北咸寧中考）如圖所示，質(zhì)量為50 kg的同學(xué)在做仰臥起坐運(yùn)動(dòng)。若該同學(xué)上半身的質(zhì)量約為全身質(zhì)量的，則她上半身的重力約為________N。她在一段時(shí)間內(nèi)做了40個(gè)仰臥起坐，每次上半身重心上升的距離均為0.3 m，則她在這段時(shí)間克服重力做的功約為________J。（g取10 N/kg）
10.兩個(gè)完全相同的物體A、B，重均為20 N。
（1）在10 N的水平推力作用下兩者同時(shí)以2 m/s的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)，如圖甲。當(dāng)物體通過的距離為3 m時(shí)，推力所做的功為________J。
（2）若物體A、B在15 N的推力作用下以3 m/s的速度在另一水平面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，如圖乙，則此時(shí)A對B的推力為________N。
11.（2019·四川內(nèi)江中考）發(fā)生意外的民航客機(jī)緊急著陸后，打開緊急出口，狹長的氣囊會(huì)自動(dòng)充氣，生成一條連接出口與地面的斜面，如圖所示，人員可沿著斜面滑行到地上。機(jī)艙口下沿距地面高度為3 m，氣囊長為6 m。一個(gè)質(zhì)量為50 kg的人沿氣囊從出口處下滑到地面的平均速度為4 m/s，g取10 N/kg，求：
（1）他從出口滑到地面，需要的時(shí)間是多少？
（2）他從出口滑到地面，重力做功是多少？
布置作業(yè)
教材第64頁“動(dòng)手動(dòng)腦學(xué)物理”第1至4題。
板書設(shè)計(jì)
一、功 有力作用在物體上，而且物體在這個(gè)力的方向上移動(dòng)了距離，就說這個(gè)力做了功。 二、做功的兩個(gè)必要因素 1.作用在物體上的力； 2.物體沿力的方向移動(dòng)的距離。 三、不做功的幾種情況 1.有力無距離； 2.有距離無力； 3.有力有距離，但力與距離垂直。 四、功的計(jì)算公式 W=Fs；W——J、F——N、s——m。
參考答案
1.D　解析：有力無距離，沒有做功，故A錯(cuò)誤；拉力豎直向上，與通過的距離垂直，沒有做功，故B錯(cuò)誤；重力豎直向下，與通過的距離垂直，沒有做功，故C錯(cuò)誤；有力且在力的方向上移動(dòng)了距離，做了功，D正確。
2.C　解析：一本物理課本的質(zhì)量約為m=200 g=0.2 kg，重力G=mg=0.2 kg×10 N/kg=2 N，課桌高度約為1 m，小明對課本做的功約為W=Gh=2 N×1 m=2 J。
3.C　解析：物體在重力的方向沒有移動(dòng)距離，故重力做的功為0，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；用F=20 N的水平推力推著重為40 N的物體沿水平方向做直線運(yùn)動(dòng)，沒有說是勻速直線運(yùn)動(dòng)，故摩擦力不一定是20 N，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；由W=Fs可得，物體沿水平方向運(yùn)動(dòng)的距離s===2 m，故C選項(xiàng)正確，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。
4.D　解析：W=Fs=Fvt=5 N×0.2 m/s×4 s=4 J。
5.B　解析：石塊拋出后運(yùn)動(dòng)過程中，石塊由于慣性前進(jìn)，人對石塊沒有施加力，故石塊拋出后運(yùn)動(dòng)過程中，人對石塊沒有做功，故B選項(xiàng)正確。
6.A　
7.B　解析：由題圖乙可知，在2~4 s內(nèi)，拉力F=3 N，由圖丙可知，在2~4 s內(nèi)，物體做勻速運(yùn)動(dòng)，v=5.0 m/s，此時(shí)摩擦力與拉力是一對平衡力，大小相等， f=F=3 N，由v=可得，物體運(yùn)動(dòng)的距離s=vt=5.0 m/s×2 s=10 m，物體克服摩擦力所做的功W=fs=3 N×10 m=30 J。
8.=　 >　解析：從題圖乙可以看出，用彈簧測力計(jì)拉木塊沿水平木板勻速滑動(dòng)，木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)，不論其速度大小如何，都受到平衡力的作用，在水平方向上，摩擦力和拉力是一對平衡力，故兩次實(shí)驗(yàn)的拉力和摩擦力均相等；由題圖乙可以看出，在相同拉力作用下，在相同時(shí)間內(nèi)，第1次通過的距離大，由W=Fs可知第1次所做的功多。
9.300　3 600　解析：該同學(xué)的重力G=mg=50 kg×10 N/kg=500 N，她上半身的重力G上==×500 N=300 N。做一次仰臥起坐克服重力做的功：W=G上h=300 N×0.3 m=90 J，做了40個(gè)仰臥起坐克服重力做的功W′=40W=40×90 J=3 600 J。
10.（1）30　（2）7.5　解析：（1）推力所做的功W=Fs=10 N×3 m=30 J。（2）若物體A、B在15 N的推力作用下以3 m/s的速度在另一水平面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)二力平衡可知，推力與摩擦力是一對平衡力，AB整體受的摩擦力為15 N；由于A、B完全相同，接觸面相同、壓力相同，A、B各自受到的地面的摩擦力為15 N× =7.5 N；B做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以A對B的推力與B受到的摩擦力是一對平衡力，所以A對B的推力為7.5 N。
11.解：（1）由v=可得，他從出口滑到地面需要的時(shí)間
t===1.5 s；
（2）人的重力G=mg=50 kg×10 N/kg=500 N，
他從出口滑到地面，重力做功
W=Gh=500 N×3 m=1 500 J。
教學(xué)反思
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