第一篇:高一物理《功》教案
一、教學(xué)目標(biāo)
1.理解功的概念:
(1)知道做機(jī)械功的兩個(gè)不可缺少的因素,知道做功和工作的區(qū)別;
(2)知道當(dāng)力與位移方向的夾角大于90時(shí),力對(duì)物體做負(fù)功,或說物體克服這個(gè)力做了功。
2.掌握功的計(jì)算:
(1)知道計(jì)算機(jī)械功的公式W=Fscos知道在國際單位制中,功的單位是焦耳(J);知道功是標(biāo)量。
(2)能夠用公式W=Fscos進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。
二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析
1.重點(diǎn)是使學(xué)生在理解力對(duì)物體做功的兩個(gè)要素的基礎(chǔ)上掌握機(jī)械功的計(jì)算公式。
2.物體在力的方向上的位移與物體運(yùn)動(dòng)的位移容易混淆,這是難點(diǎn)。
3.要使學(xué)生對(duì)負(fù)功的意義有所認(rèn)識(shí),也較困難,也是難點(diǎn)。
三、教具
帶有牽引細(xì)線的滑塊(或小車)。
四、主要教學(xué)過程
(一)引入新課
功這個(gè)詞我們并不陌生,初中物理中學(xué)習(xí)過功的一些初步知識(shí),今天我們又來學(xué)習(xí)功的有關(guān)知識(shí),絕不是簡單地重復(fù),而是要使我們對(duì)功的認(rèn)識(shí)再提高一步。
(二)教學(xué)過程設(shè)計(jì)
1.功的概念
先請(qǐng)同學(xué)回顧一下初中學(xué)過的與功的概念密切相關(guān)的如下兩個(gè)問題:什么叫做功?誰對(duì)誰做功?然后做如下總結(jié)并板書:
(1)如果一個(gè)物體受到力的作用,并且在力的方向上發(fā)生了位移,物理學(xué)中就說這個(gè)力對(duì)物體做了功。
然后演示用水平拉力使滑塊沿拉力方向在講桌上滑動(dòng)一段距離,并將示意圖畫到黑板上,如圖1所示,與同學(xué)一起討論如下問題:在上述過程中,拉力F對(duì)滑塊是否做了功?滑塊所受的重力mg對(duì)滑塊是否做了功?桌面對(duì)滑塊的支持力N是否對(duì)滑塊做了功?強(qiáng)調(diào)指出,分析一個(gè)力是否對(duì)物體做功,關(guān)鍵是要看受力物體在這個(gè)力的方向上是否有位移。至此可作出如下總結(jié)并板書:
(2)在物理學(xué)中,力和物體在力的方向上發(fā)生的位移,是做功的兩個(gè)不可缺少的因素。
2.功的公式
就圖1提出:力F使滑塊發(fā)生位移s這個(gè)過程中,F(xiàn)對(duì)滑塊做了多少功如何計(jì)算?由同學(xué)回答出如下計(jì)算公式:W=Fs。就此再進(jìn)一步提問:如果細(xì)繩斜向上拉滑塊,如圖2所示,這種情況下滑塊沿F方向的位移是多少?與同學(xué)一起分析并得出這一位移為s cos。至此按功的前一公式即可得到如下計(jì)算公式:
W=Fscos
再根據(jù)公式W=Fs做啟發(fā)式提問:按此公式考慮,只要F與s在同一直線上,乘起來就可以求得力對(duì)物體所做的功。在圖2中,我們是將位移分解到F的方向上,如果我們將力F分解到物體位移s的方向上,看看能得到什么結(jié)果?至此在圖2中將F分解到s的方向上得到這個(gè)分力為Fcos,再與s相乘,結(jié)果仍然是W=Fscos。就此指出,計(jì)算一個(gè)力對(duì)物體所做的功的大小,與力F的大小、物體位移s的大小及F和s二者方向之間的夾角有關(guān),且此計(jì)算公式有普遍意義(對(duì)計(jì)算機(jī)械功而言)。至此作出如下板書:
W=Fscos
力對(duì)物體所做的功,等于力的大小、位移的大小、力和位移的夾角的余弦三者的乘積。
接下來給出F=100N、s=5m、=37,與同學(xué)一起計(jì)算功W,得出W=400Nm。就此說明1Nm這個(gè)功的大小被規(guī)定為功的單位,為方便起見,取名為焦耳,符號(hào)為J,即1J=1Nm。最后明確板書為:
在國際單位制中,功的單位是焦耳(J)
1J=1Nm
3.正功、負(fù)功
(1)首先對(duì)功的計(jì)算公式W=Fscos的可能值與學(xué)生共同討論。從cos 的可能值入手討論,指出功W可能為正值、負(fù)值或零,再進(jìn)一步說明,力F與s間夾角的取值范圍,最后總結(jié)并作如下板書:
當(dāng)090時(shí),cos為正值,W為正值,稱為力對(duì)物體做正功,或稱為力對(duì)物體做功。
當(dāng)=90時(shí),cos=0,W=0,力對(duì)物體做零功,即力對(duì)物體不做功。
當(dāng)90180時(shí),cos為負(fù)值,W為負(fù)值,稱為力對(duì)物體做負(fù)功,或說物體克服這個(gè)力做功。
第二篇:高一物理功教案
5.2功
班級(jí)________姓名________學(xué)號(hào)_____
學(xué)習(xí)目標(biāo):
1.理解功的概念,知道功的兩個(gè)要素。
2.知道功的公式W=Fscosθ,會(huì)用這個(gè)公式計(jì)算恒力功。
3.理解正功和負(fù)功的概念,知道在什么情況下力做正功或負(fù)功。
4.知道什么是幾個(gè)力對(duì)物體所做的總功,知道幾個(gè)力對(duì)物體所做的總功等于這幾個(gè)力的合力對(duì)物體所做的功,也等于各個(gè)力分別對(duì)物體做功的代數(shù)和。5.了解求變力的功的一般思維方向。6.理解功和能的關(guān)系。
學(xué)習(xí)重點(diǎn): 1.功的概念和功的計(jì)算公式。
2.正、負(fù)功的意義。3.功能關(guān)系。
學(xué)習(xí)難點(diǎn): 功的概念、正、負(fù)功的意義。主要內(nèi)容:
一、功
功是物理學(xué)中一個(gè)抽象而又重要的概念,是以后學(xué)習(xí)“能”的基礎(chǔ)。1. 功的定義:
2. 功的兩個(gè)要素:力和位移
【例一】關(guān)于力對(duì)物體做功的情況,下列說法中正確的是()A. 物體做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí),重力對(duì)物體一定做功。
B. 行星繞太陽在橢圓軌道上運(yùn)行時(shí),太陽對(duì)行星的引力一定做功。C. 沿斜坡向上行駛的汽車,牽引力一定做功。D.細(xì)繩的一端固定,另一端拴著小球,使小球在豎直平面內(nèi)作變速圓周運(yùn)動(dòng),細(xì)繩的拉力一定做功。
3. 功的大?。?/p>
①力和位移方向一致的情況:W=FS ②力和位移有夾角(α)的情況:W=FScosα
若α=0,則cosα=1,②式就化成①式,因此②式是計(jì)算功的一般公式。公式表明:力F對(duì)物體做的功只與F、s和a三者有關(guān),與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等因素?zé)o關(guān)。③應(yīng)用公式注意:
A.式中的F一定是恒力(大小、方向都不變),即此式是求恒力做功的公式。若是變力,中學(xué)階段一般不用此式求功。
B.式中的位移s一般是相對(duì)地面而言的。在物體可以看作質(zhì)點(diǎn)時(shí),s是物體的位移;當(dāng)物體不可以看作質(zhì)點(diǎn)或力的作用點(diǎn)與物體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),s是力的作用點(diǎn)的位移.scosa即為在力的方向上發(fā)生的位移。
C.力所做的功,只和有力作用的那一段位移有關(guān),若力取消后物體仍在運(yùn)動(dòng),則力對(duì)物體所做功與力取消后物體發(fā)生的位移無關(guān)(即力F與位移s具有同時(shí)性)。
4.功的單位:在國際單位制中,是焦耳,簡稱焦,符號(hào)是J。1 J等于1 N的力使物體在力的方向上發(fā)生1 m的位移時(shí)所做的功。5.功是過程量,反映力對(duì)位移的累積效果。
6.功是標(biāo)量,雖有正負(fù)之分,但卻無方向,功的運(yùn)算遵循代數(shù)運(yùn)算法則。
【例二】如圖所示,傾角為θ的斜面上有一個(gè)質(zhì)量為m的物體,在水平推力F的作用下移動(dòng)了距離s,如果物體與斜面間的摩擦系數(shù)為μ,則推力做的功為()
A.Fssinθ
B.Fscosθ
C.μmgscosθ
D.mg(sinθ+μcosθ)s
二、正功和負(fù)功
1.對(duì)公式w=Fscosa討論得知:
①當(dāng)o≤a<π/2時(shí),cosa>0,w>o,表示力對(duì)物體做正功。
②當(dāng)a=π/2時(shí),cosa=0,w=0,表示力對(duì)物體不做功(力與位移方向垂直)。③當(dāng)π/2<a≤π時(shí),cosa<0,w<0,表示為對(duì)物體做負(fù)功。
可見,一個(gè)力作用于物體,可以對(duì)物體做正功,做負(fù)功,也可能不做功。2.正功、負(fù)功的物理意義
①功是標(biāo)量,只有大小,沒有方向,功的正負(fù)既不表示功有方向,也不表示功的數(shù)量的大小。既不能說“正功和負(fù)功方向相反”,也不能說“正功大于負(fù)功”。正功和負(fù)功只表示兩種相反的做功效果。
②力對(duì)物體做正功,說明物體在發(fā)生該段位移的過程中,該力是動(dòng)力,使物體的能量增加。力對(duì)物體做負(fù)功,說明物體在發(fā)生該段位移的過程中,該力是阻力,使物體的能量減少。
③一個(gè)力對(duì)物體做負(fù)功,往往說成物體克服這個(gè)力做功(取絕對(duì)值),這兩種說法在意義上是等同的。
【例三】質(zhì)量為m的物體置于傾角為α的斜面體上,物體和斜面體間的摩擦系數(shù)為μ,在外力作用下斜面體以加速度a向左做勻加速直線運(yùn)動(dòng),如圖所示,運(yùn)動(dòng)過程中物體與斜面之間保持相對(duì)靜止,下列說法正確的是()。A.斜面體對(duì)物體m的支持力一定做正功。B.斜面體對(duì)物體m的摩擦力一定做正功。C.斜面體對(duì)物體所的摩擦力可能不做功。D.斜面體對(duì)物體m的摩擦力可能做負(fù)功。
【例四】關(guān)于摩擦力對(duì)物體做功,以下說法中正確的是()A.滑動(dòng)摩擦力總是做負(fù)功。
B.滑動(dòng)摩擦力可能做負(fù)功,也可能做正功。C.靜摩擦力對(duì)物體一定做負(fù)功。D.靜摩擦力對(duì)物體總是做正功。
三、功能關(guān)系
功是能量轉(zhuǎn)化的量度。
理解:
四、幾個(gè)力的總功
∑W=W1+W2+W3+?
∑W=∑Fs=∑F·s 當(dāng)合力F為恒力時(shí)W=Fscosα,α是合力F與物體位移s的夾角。
變力的功無法用公式W=Fscosα計(jì)算。
【例五】一個(gè)質(zhì)量m=2kg的物體,受到與水平方向成37°角斜向上方的拉力F=10N,在水平地面上移動(dòng)的距離s=2m,物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.3。求:(1)拉力F對(duì)物體所做的功。(2)摩擦力f對(duì)物體所做的功。(3)外力對(duì)物體所做的總功。
【例六】一質(zhì)量為1千克的物體被人用手由靜止向上提升l米,這時(shí)物體的速度
22米/秒,則下列說法中錯(cuò)誤的是:(g取10米/秒)()(A)手對(duì)物體作功12焦。(B)合外力對(duì)物體作功12焦。(C)合外力對(duì)物體作功2焦。(D)物體克服重力作功10焦。
課堂訓(xùn)練:
1. 繩子的一端固定,另一端系一個(gè)物體,當(dāng)它做穩(wěn)定的圓錐擺運(yùn)動(dòng)時(shí)()A. 重力對(duì)物體做功,繩子的拉力不做功。B. 重力對(duì)物體不做功,繩子的拉力做功。C. 重力和拉力都對(duì)物體做功。
D.重力和拉力都對(duì)物體不做功。2.如圖所示兩物體與水平地面間摩擦系數(shù)相同,它們的質(zhì)量相等,在甲圖用力F1拉物體,在乙圖用力F2推物體,兩種情況下兩物體都作勻速運(yùn)動(dòng),經(jīng)相同位移,則比較兩種情況下合力所做的功,那么正確答案又是哪一個(gè)?()A.W1=W2 B.W1>W(wǎng)2 C.W1<W2 D.無法比較
3.一物體在力F作用下,在粗糙水平桌面上運(yùn)動(dòng),下列說法正確的是:()A.如果物體作勻加速運(yùn)動(dòng),F(xiàn)一定對(duì)物體做正功。B.如果物體作勻減速運(yùn)動(dòng),F(xiàn)一定對(duì)物體做負(fù)功。C.如果物體作勻減速運(yùn)動(dòng),F(xiàn)可能對(duì)物體做正功。D.如果物體作勻減速運(yùn)動(dòng),F(xiàn)可能對(duì)物體不做功。4.關(guān)于力對(duì)物體做功,下列說法正確的是()A.重力對(duì)物體做功與物體運(yùn)動(dòng)的路徑無關(guān),只與始末位置有關(guān)。B.合外力對(duì)物體不做功,物體必定做勻速直線運(yùn)動(dòng)。
C.作用力與反作用力在相同時(shí)間內(nèi)所做的功一定大小相等,一正一負(fù)。D.滑動(dòng)摩擦力對(duì)物體一定做負(fù)功。
課后作業(yè):
l.如圖小物塊位于光滑的斜面上,斜面位于光滑的水平地面上,從地面上看,在小物塊沿斜面下滑的過程中,斜面對(duì)小物塊的作用力()
A.垂直于接觸面,做功為零。B.垂直于接觸面,做功不為零。C.不垂直于接觸面,做功為零。D.不垂直于接觸面,做功不為零。
2.質(zhì)量為m的物體,沿水平面滑動(dòng)了s的距離,則它作功的情況正確的說法是()A.重力做正功,支持力做負(fù)功。B.重力做負(fù)功,支持力做正功。C.重力和支持力都做正功,大小為mgS。D.重力和支持力對(duì)物體都不做功。3.如圖所示,物體由靜止開始分別沿不同斜面由頂端A滑至底端B,兩次下滑的路徑分別為圖中的I和II,兩次物體與斜面的摩擦系數(shù)相同,且不計(jì)路徑II中轉(zhuǎn)折處的能量損失,則兩次摩擦力對(duì)物體所做的功()A.第一次小B.第二次小 C.兩次一樣大D.無法確定 4.如圖所示,繩的一端通過滑輪沿與水平方向成θ角施一恒力F,使木塊水平向右移動(dòng)s距離,在此過程中,恒力F做功為()A.FScosθ B.Fs(1+cosθ)C.2Fs D.2Fscosθ
5.如圖所示,質(zhì)量為m的滑塊放在傾角為θ的斜面體M上,運(yùn)動(dòng)過程中滑塊與斜面體始終相對(duì)靜止,下列說法中正確的有()A.斜面體向右勻速移動(dòng)距離s,斜面體對(duì)滑塊沒有做功。B.若斜面體向上勻速移動(dòng)距離s,斜面體對(duì)滑塊做功mgs。
C.斜面體向左以加速度a移動(dòng)距離s,斜面體對(duì)滑塊做的功為mas。
D.斜面體以加速度a勻加速向下移動(dòng)距離s,斜面體對(duì)滑塊做的功為m(g+a)s。
6.如圖所示,利用動(dòng)滑輪來吊起質(zhì)量為20千克的物體,已知拉力F=140牛,滑輪與繩的質(zhì)量以及摩擦均不計(jì),則當(dāng)物體由靜止開始升高l米時(shí),拉力F對(duì)物體所做的功為()A.40焦;B.80焦:C.140焦:D.280焦.
7.起重機(jī)的吊鉤下掛著質(zhì)量為m的木箱,如果木箱以加速度a勻減速下降了高度h,則木箱克服鋼索拉力所做的功為()A.mgh B.m(g-a)h C.m(g+a)h D.m(a-g)h 8.如圖所示,繃緊的傳送帶始終保持著大小為v=4m/s的速度水平勻速運(yùn)動(dòng)。一質(zhì)量m=1kg的小物體無初速地放到皮帶A處,物塊與皮帶間的滑動(dòng)動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2,A、B之間距離s=6m。求物塊從A運(yùn)動(dòng)到B的過程中摩擦力對(duì)物塊做多少功?(取2g=lOm/s)
第三篇:高一物理功教案5
功
【教學(xué)目標(biāo)】
1、正確認(rèn)識(shí)功的概念.2、牢固掌握功的計(jì)算公式.3、熟練運(yùn)用功的公式進(jìn)行計(jì)算,并能解釋有關(guān)的實(shí)際問題.【教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)】熟練運(yùn)用功的公式進(jìn)行計(jì)算 【教學(xué)方法】
討論、啟發(fā)式教學(xué) 【教學(xué)過程】
一、引入新課
師:同學(xué)們!還記得初中學(xué)過的功的概念嗎?
生:物體在力的方向上通過了一段距離,我們就說力對(duì)物體做了功。
師:在初中學(xué)習(xí)功的概念時(shí),我們強(qiáng)調(diào)物體運(yùn)動(dòng)方向和力作用方向的一致性。如果力的方向與物體運(yùn)動(dòng)方向不一致呢?比如相反呢?力對(duì)物體究竟有沒有做功?若做了功,又做多少功呢?我們?cè)鯓觼碛?jì)算這些功?今天,我們進(jìn)一步來學(xué)習(xí)功。
二、新課教學(xué)
1、功的初步概念
〔講述〕
那么,高中對(duì)功是怎樣定義的呢?
作用在物體上的力,如果使物體在力的方向發(fā)生了一段位移,我們就說這個(gè)力對(duì)物體做了功。
(教師板書定義,同時(shí)舉例)人拉車向前運(yùn)動(dòng),如圖1,說明拉力對(duì)車做了功。(強(qiáng)調(diào)車在拉力作用下,發(fā)生了哪一段位移,并指明位移的方向。)強(qiáng)調(diào)力和物體在力的方向上發(fā)生一段位移,是做功的兩個(gè)不可缺少的因素。
師:手提水桶水平地行走,提力對(duì)水桶有沒有做功? 生:沒有。師:為什么?
生:缺少了做功的一個(gè)條件,提力方向(豎直方向)上水桶沒有發(fā)生位移。師:重力對(duì)水桶有沒有做功? 生:沒有。師:為什么?
生:缺少了做功的一個(gè)條件,重力方向上水桶沒有發(fā)生位移。
(教師可視情況再舉一些事例)師:想一想,高中物理中功的概念與初中有什么不同? 生:高中講“位移”,初中講“距離”。師:還有什么不同?
生:高中講“發(fā)生”一段位移,初中講“通過”的距離。
師:“位移”與“距離”有什么區(qū)別?“發(fā)生”跟“通過”有什么差異?(學(xué)生疑惑,回答不全面)〔講述〕
位移是矢量,距離是標(biāo)量。
發(fā)生的一段位移并不要求物體非要沿著發(fā)生位移的路徑通過,如人提水桶上坡,提力對(duì)水桶做功。見圖2,人提水桶上坡的運(yùn)動(dòng)可分解為水平方向,豎直方向兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)。提力對(duì)作水平方向上分運(yùn)動(dòng)的水桶不做功,對(duì)作豎直方向上分運(yùn)動(dòng)的水桶不做功。用“發(fā)生一段位移”取代“通過的距離”不是簡單的更換詞組,它使我們所學(xué)的功的概念更深刻、更嚴(yán)密、更科學(xué)、更具普遍意義。其實(shí),功這個(gè)概念是19世紀(jì)人們?cè)趶V泛使用各種機(jī)械時(shí)總結(jié)出來的。隨著實(shí)踐的發(fā)展和科學(xué)的進(jìn)步,功的概念也漸趨嚴(yán)密、科學(xué)、完善。我們學(xué)習(xí)功的概念也應(yīng)由淺入深,由局部到一般。在今天和往后的學(xué)習(xí)中,我們是能體會(huì)到這一點(diǎn)的。(適時(shí)地對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)史觀和認(rèn)知規(guī)律的教育)
2、功的計(jì)算公式
〔講述〕
功和大小是由力的大小和物體在力方向上發(fā)生位移的大小來確定的,力越大,位移越大,功就越大。
那么,怎樣計(jì)算功的大小呢?
第一種情況,當(dāng)力和位移方向一致時(shí),也就是力和物體運(yùn)動(dòng)方向一致。(教師板畫圖3)(請(qǐng)學(xué)生上黑板來寫)生:W=FS 師:對(duì)。功等于力的大小和位移大小的乘積。這里的F表示恒力的大小,S表示位移的大小,W表示所做的功。
〔講述 〕
第二種情況,當(dāng)力和位移方向成某一角度α?xí)r。譬如人拉小車(教師板畫圖4),當(dāng)拉力方向與小車位移方向有一夾角,即拉力F跟小車位移S矢量間的夾角為α?xí)r,我們來分析拉力F對(duì)小車所做的功。
我們可把力F分解成F1(F1與S同向)和F2(F2與S垂直)兩個(gè)分力。根據(jù)功的定義,分力F1做功等于F1S;在分力F2方向上小車沒有發(fā)生位移,所以,分力F2對(duì)小車不做功(或者說,F(xiàn)2對(duì)小車做功等于零)。因此,力F對(duì)小車所做的功等于F1S,由于F1=F cosα,所以,拉力對(duì)小車所做的功可表達(dá)為:
W=FScosα
這是計(jì)算功的一般公式
上述第一種情況是α=0°時(shí)的特例。
師:從計(jì)算功的一般公式,誰能表達(dá)一下,力對(duì)物體所做的功等于什么?
生:力對(duì)物體所做的功等于力的大小,位移的大小,力和位移的夾角的余弦三者的乘積。師:對(duì),力對(duì)物體所做的力等于力、位移兩矢量的大小和它們間夾角余弦三者的乘積。功只有大小,沒有方向,它是一個(gè)標(biāo)量。那么,功的單位是怎樣的呢?
〔講述〕
在國際單位制中,功的單位是焦耳,符號(hào)是J。1焦就是1牛的力使物體在力的方向上發(fā)生1米的位移所做的功,即1焦=1?!?米=1牛·米。
功的其它單位還有千·小時(shí)。(板書)
1千·小時(shí)=3.6×10 焦耳
63、功的一般公式的討論
(板書)
W=FScosα
〔講述〕
(1)當(dāng)α=0°,即力、位移方向一致時(shí),cosα=1,W=FScosα=FS>0,這是初中學(xué)過的計(jì)算功的公式(舉例簡析,見圖5(a))力對(duì)物體做正功。
(2)當(dāng)0≤α<π/2 即力、位移方向之間夾角是一銳角時(shí),cosα>0,W=FScosα>0,力對(duì)物體做正功。如人推車前進(jìn)時(shí),推力對(duì)車做正功(見圖5(b))。結(jié)論:當(dāng)0≤α<π/2時(shí),力對(duì)物體都做正功。
(3)當(dāng)α=π/2(即力、位移方向垂直)時(shí),cosα=0,W=FScosα=0,力對(duì)物體不做功,或者說,力對(duì)物體所做的功等于零。
例:①物體在水平桌面上運(yùn)動(dòng)功,重力G和支持力F跟位移方向垂直,這兩個(gè)力都不做功。②單擺運(yùn)動(dòng)的懸線給小球的拉力,對(duì)小球不做功。③做圓周運(yùn)動(dòng)的物體所需的向心力對(duì)物體永不做功。
小結(jié):物體作曲線運(yùn)動(dòng)時(shí),法向力對(duì)它不做功。
(教師掛出課前抄好題的小黑板)
【例1】
某人用30牛拉力拉著質(zhì)量為50千克的木箱在光滑水平面上移動(dòng)30米的距離。已知拉力與水平地面成30°夾角,(見圖6),問拉力對(duì)木箱做了多少功?重力、支持力對(duì)木箱各做了多少功?
解:拉力F和位移S間的夾角α為30°,拉力對(duì)木箱做正功。
WF = FScosα=30×30×0.866=779.4J ∴拉力F對(duì)木箱做功779.4 J。
由于重力G與位移S方向垂直,故WG =0,重力對(duì)木箱不做功。
水平地面對(duì)木箱的支持力N=G-FScosα=5×9.8-30×(1/2)=475 N,方向豎直向上,由于支持力N與位移S方向垂直,故WN=0,支持力對(duì)木箱也不做功。
(4)當(dāng)π/2<α≤π,即力、位移方向間夾角為一鈍角或平角時(shí),因?yàn)閏osα<0,W<0。這時(shí),力對(duì)物體做負(fù)功。
如人用推力阻礙小車向前運(yùn)動(dòng),但小車還是向前發(fā)生了一段位移時(shí),設(shè)推力F和小車位移S之間的夾角為α,π/2<α≤π,見圖7(a),我們就說推力F對(duì)小車做了負(fù)功,或者說:小車克服推力做了功(取正值)。
又如剎車后的汽車在摩擦力f的作用下緩緩?fù)O聛恚琭、S反向,α=π,cosα=-1,我們說,在這一過程中,摩擦力對(duì)汽車做了負(fù)功,或者說,汽車克服摩擦力做了功,見圖7(b),再如上拋物體在上升運(yùn)動(dòng)過程中,重力G和位移S反向,α=π,cosα=-1,重力對(duì)物體做了負(fù)功,或者說物體克服重力做了功,見圖7(c)。
【例2】
某人用300牛推力推著質(zhì)量為40千克的木箱,使木箱沿水平地面移動(dòng)30米,已知推力F與水平地面成30°夾角,見圖8,木箱與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.20,問推力、摩擦力對(duì)木箱各做了多少功?(g=10米/秒)解:將推力F分解成F1、F2兩個(gè)分力,其中F1與S平行,F(xiàn)2與S垂直,分力F2對(duì)木箱不做功。故推力F做的功,WF=WF1=F1S=FScosα=300×300×
=7782 J,摩擦力f=μN(yùn)=μ(mg+Fsinα)=0.2×(40×10+300×(1/2))=110 N,摩擦力做功:Wf=fScosα=110×30×(-1)=-3300 J, 就是說木箱克服摩擦力做功3300 J。
4、合力的功
〔例3〕
如圖9所示,在水平地面上放置一物體重200N,用50N的水平力F拉著物體前進(jìn)400米,已知物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.20,求物體在這一運(yùn)動(dòng)過程中,所受合外力對(duì)它所做的功。
【分析 】
物體在這一段運(yùn)動(dòng)過程中,共受重力G、支持力N、拉力F、摩擦力f四個(gè)外力的作用,方向如圖所示。
解一:我們先求物體所受的合外力,再求合外力的功。令水平向右,豎直向上為正方向。F合外力=∑Fx+∑Fy=F-f+N-G=F-μN(yùn)=50-0.20×200=10 N,F(xiàn)合外力的方向水平向右,與位移S同向,α=0,cosα=1 故
W合外力=F合外力Scosα=10×400×1=4×10
3J 合外力做正功。
解
二、我們也先求各力對(duì)物體所做功,再求總功。
WF=FScosα1=50×400×1=2×10
3J(正功),Wf=fScosα2=μN(yùn)Scosα2=0.20×200×400×(-1)=-1.6×10 3
J(負(fù)功),由于WG=0,WN=0,故 W總=WF+Wf+WG+WN=2×10 3
+(-1.6×10 3)=4×10 3 J 通過例3的解析,我們不難得出下面的結(jié)論:
①合外力在段位移上對(duì)物體(系統(tǒng))所做的功等于各個(gè)分外力在同一位移上的功的代數(shù)和。②合外力對(duì)物體(系統(tǒng))做正功,表示物體(系統(tǒng))機(jī)械能增加,合外力對(duì)物體(系統(tǒng))做負(fù)功,表示物體(系統(tǒng))機(jī)械能減少,合外力對(duì)物體(系統(tǒng))做功等于零。表示物體(系統(tǒng))機(jī)械能不變。
【三】小結(jié)
【四】板書設(shè)計(jì)
1、功的概念
作用在物體上的 力,使物體在力的方向上發(fā)生一段位移,我們就說,這個(gè)力對(duì)物體做了功。
力和在力的方向上發(fā)生一段位移是做功的兩個(gè)必不可少的因素。
2、功的公式
W=FScosα,這是計(jì)算功的普適公式,F(xiàn)、S均是矢量,α是兩矢量間的夾角,在國際單位制中,功的單位是焦耳。
3、對(duì)功的公式的討論
①當(dāng)0≤α<π/2時(shí),力對(duì)物體做正功 ②當(dāng)π/2<α≤π時(shí),力對(duì)物體做負(fù)功 ③當(dāng)α=π/2時(shí),力對(duì)物體不做功
4、合力的功
合力的等于各分力功的代數(shù)和。
第四篇:高一物理電功和電功率教案
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14.5 電功和電功率
一、教學(xué)目標(biāo)
1. 理解電功、電功率的概念,公式的物理意義。2.了解電功和電熱的關(guān)系。
3.了解公式Q?IRt(P?IR)和Q?22U2Rt(P?U2R)的適用條件。
.4。知道非純電阻電路中電能與其他形式能轉(zhuǎn)化關(guān)系,電功大于電熱。5.能運(yùn)用能量轉(zhuǎn)化與守恒的觀點(diǎn)解決簡單的含電動(dòng)機(jī)的非純電阻電路問題。
二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)分析
1.教學(xué)重點(diǎn)在于區(qū)別并掌握電功和電熱的計(jì)算。
2.難點(diǎn)主要在學(xué)生對(duì)電路中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系缺乏感性認(rèn)識(shí),接受起來比較困難。3.疑點(diǎn)在于有的學(xué)生認(rèn)為額定功率大的燈泡一定比額定功率小的亮。4.解決辦法
①通過實(shí)物展示,使學(xué)生理解電能與其他形式能的轉(zhuǎn)化,加強(qiáng)電路中能量轉(zhuǎn)化的感性認(rèn)識(shí)。
②通過演示實(shí)驗(yàn),使學(xué)生理解用電器的實(shí)際功率和額定功率的區(qū)別。
三、教學(xué)方法:實(shí)驗(yàn)演示,啟發(fā)式教學(xué)
四、教
具:燈泡“3.8V 0.3A”、燈泡“220V 40W”、燈泡“220V 100W”、伏特表、電流表?;瑒?dòng)變阻器(1.5A 50Ω)、電源(6-8V)、電鍵、電吹風(fēng)(帶有“220V 40W”標(biāo)記)幻燈片 投影儀
五、教學(xué)過程:
(一)新課引入
在高一我們已經(jīng)知道,能量是以不同的形式存在的,不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化,請(qǐng)同學(xué)們舉出電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的例子。
電能→機(jī)械能,如電風(fēng)扇、電吹風(fēng) 電能→內(nèi)能,如電熱器電熨斗、電飯堡 電能→化學(xué)能,如電解槽 能量的相互轉(zhuǎn)化是如何實(shí)現(xiàn)的?
能量的相互轉(zhuǎn)化是通過做功來實(shí)現(xiàn)的,功是能轉(zhuǎn)化的量度。
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高中物理輔導(dǎo)網(wǎng)http://004km.cn/ 對(duì)于電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能,又是什么力做功來實(shí)現(xiàn)的?如何來計(jì)算這種功的大小呢?讓我們一起來學(xué)習(xí)電功、電功率這一節(jié)內(nèi)容。
(二)新課教學(xué)
1.電功和電功率
什么是電功?其計(jì)算公式如何?是如何得到的?
在導(dǎo)體的兩端加上電壓,導(dǎo)體內(nèi)建立了電場。自由電子在電場力的作用下定向移動(dòng),電場力對(duì)自由電子做了功,這個(gè)功簡稱為電功,通常說成電流做的功。
對(duì)一段導(dǎo)體而言,兩端的電勢差為U,把電荷q從一端搬到另一端,電場力做功W=qU,若在導(dǎo)體中形成電流I,則q=It(在時(shí)間t內(nèi),搬運(yùn)的電量為q)
∴W=qU=UIt就是電功的表達(dá)式
說明(1)表達(dá)式的物理意義——電流在一段電路上的功跟這段電路兩端的電壓、電路中的電流強(qiáng)度和通電時(shí)間成正比。
(2)適用條件 I、U不隨時(shí)間變化——恒定電流
(3)單位 W、U、I、t單位分別為焦耳、伏特、安培、秒 即1J=1V·A·s(4)實(shí)質(zhì) 電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能,是通過電功來實(shí)現(xiàn)的。電流做了多少功,就有多少的電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。
什么是電功率,電功率的計(jì)算公式如何?是如何得到的? 電功率是表示電流做功快慢的物理量。即
p=W/t=UIt/t=UI 說明(1)表達(dá)式的物理意義——一段電路上的電功率跟這段電路兩端的電壓和電路中的電流成正比。
(2)適用條件 U、I不隨時(shí)間變化
(3)單位 P、U、I單位分別為瓦特、伏特、安培 即
1W=1J/s(4)實(shí)質(zhì) 表示電能轉(zhuǎn)化為其他能的快慢程度。
由公式P=UI可知,隨著U、I的增大,P也將增大,P是否可以無限增大呢? 首先我們要弄清額定功率和實(shí)際功率的概念。
額定功率 是指用電器在額定電壓下工作的功率,是用電器正常工作的最大功率。實(shí)際功率 是指用電器在實(shí)際電壓下工作的實(shí)際的功率。
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高中物理輔導(dǎo)網(wǎng)http://004km.cn/ 電路圖中各元件,小燈泡標(biāo)有“3.8V 0.3A”標(biāo)記。出示畫有右圖的幻燈片,引導(dǎo)學(xué)生按電路圖接好電路
(提醒學(xué)生注意伏特表、安培表的正負(fù)極及滑動(dòng)變阻器的接法)講清實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菧y量小燈泡在不同的電壓下工作的實(shí)際功率。調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,使伏特表讀數(shù)分別為2.0V、3.0V和3.8V觀察燈泡亮度的變化,并在圖中記下安培表的對(duì)應(yīng)值,請(qǐng)計(jì)算這三次的小燈泡的電功率P1、P2、P3
即 P1=U1I1=2.0×0.22W=0.44W P2=U2I2=3.0×0.28W=0.84W P3=U3I3=3.8×0.30W=1.14w ①P1、P2、P3是小燈泡在U1=2.0V、U2=3.0V、U3=3.8V的電壓下工作的實(shí)際功率,在這三種情況下,燈泡都能正常工作。
②由計(jì)算可知P1<P2<P3,而燈泡的亮度也逐漸變亮,可見燈泡的亮度由實(shí)際功率判斷。③小燈泡上的標(biāo)記“3.8V 0.3A”指的是小燈泡的額定電壓和額定電流??梢奝3是這只小燈泡的額定功率,當(dāng)U=3.8V時(shí),燈泡的實(shí)際功率等于額定功率。
出示220V 100W、220V、40W燈泡,并說明“100W、40W”分別是它們的額定功率。說明一般家用電器的額定功率,如電吹風(fēng)“220V 400W”、白熾燈“220V 60W”、空調(diào) “220V 800 W 3000 W”,飲水機(jī)(制冷500W、制熱100W),電飯褒“220V 1200W”等,提醒學(xué)生節(jié)約用電、節(jié)約電能。
是不是額定功率大的燈泡比額定功率小的燈泡一定亮呢?
出示“3.8V 0.3A”燈泡和“2.5V 0.3A”小燈泡,計(jì)算它們額定電功率分別為P1=3.8×0.3W=1.14W,P2=2.5×0.3W=0.75W。把“3.8V 0.3A”的燈泡接入電路,使伏特表示數(shù)為2.0V。再把“2.5V 0.3A”的小燈泡接入電路,使伏特表示數(shù)2.5V,觀察燈泡的明亮程度。
燈泡明亮程度由其實(shí)際功率決定,與額定功率無關(guān)。加給用電器的電壓,可不可以超過額定電壓呢?
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高中物理輔導(dǎo)網(wǎng)http://004km.cn/ 繼續(xù)做上述實(shí)驗(yàn),減少變阻器的阻值,觀察伏特表、安培表的示數(shù)和小燈泡的亮度,當(dāng)伏特表的讀數(shù)約為5.2V時(shí),小燈泡熄滅。
加在小燈泡的電壓比額定電壓大不多時(shí),隨著電壓的增大,燈泡越來越亮,說明燈泡的實(shí)際功率超過了額定功率,并在逐漸增大。當(dāng)電壓增到一定值時(shí),燈絲被燒斷。
實(shí)驗(yàn)說明,加給用電器的電壓不應(yīng)超過額定電壓,否則就有可能使用電器損壞。從這個(gè)實(shí)驗(yàn)中我們得到什么啟示?
我們?cè)谑褂秒娖鞯臅r(shí)候,一定要先檢查實(shí)際電壓是否符合額電電壓,保證用電安全。2.電功率和熱功率
電流在通過導(dǎo)體時(shí),導(dǎo)體要發(fā)熱,電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。這就是電流的熱效應(yīng),描述它的定量規(guī)律是焦耳定律。
學(xué)生一般認(rèn)為,W=IUt,又由歐姆定律,U=IR,所以得出W=I2Rt,電流做這么多功,放出熱量Q=W=I2Rt。這里有一個(gè)錯(cuò)誤,可讓學(xué)生思考并找出來。
錯(cuò)在Q=W,何以見得電流做功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能增量?有無可能同時(shí)轉(zhuǎn)化為其他形式能?
英國物理學(xué)家焦耳,經(jīng)過長期實(shí)驗(yàn)研究后提出焦耳定律。
(1)內(nèi)容:電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量,跟電流強(qiáng)度的平方、導(dǎo)體電阻和通電時(shí)間成正比。
(2)表達(dá)式:Q=I2Rt 對(duì)于純電阻導(dǎo)體而言,根據(jù)歐姆定律,U=IR,所以Q=I2Rt=I·IRt=IUt=W,電流做功完全用來生熱,電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。
說明:焦耳定律表明,純電阻電路中電流做功電能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,且電熱Q=I2Rt。(3)簡單介紹產(chǎn)生焦耳熱的原因:
金屬中自由電子在電場力作用下定向移動(dòng),由于電場力做功,電子動(dòng)能增加,但不斷地與晶格(原子核點(diǎn)陣)碰撞,不斷把能量傳給晶格,使晶格中各粒子在平衡位置附近的熱運(yùn)動(dòng)加劇,從而溫度升高。
(4)純電阻電路中的電功和電功率
①電功W=Q= IRt,對(duì)所有電路中電阻的生熱都適用。結(jié)合純電路電路歐姆定律 U=IR,I=
UR
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Q=IUt=IRt=②電功率P=Qt2U2Rt
=I2R,對(duì)所有電路中電阻的電熱功率都適用。
結(jié)合純電阻電路歐姆定律U=IR
P=UI=IR=2U2R
(5)非純電阻電路中的電功和電功率(以含電動(dòng)機(jī)電路為例)
非純電阻電路中,電能與其他形式能轉(zhuǎn)化的關(guān)系非常關(guān)鍵。以電動(dòng)機(jī)為例,電動(dòng)機(jī)電路如圖所示,電動(dòng)機(jī)兩端電壓為U,通過電動(dòng)機(jī)電流為I,電動(dòng)機(jī)線圈電阻為R,則電流做功或電動(dòng)機(jī)消耗的總電能為W=IUt,電動(dòng)機(jī)線圈電阻生熱Q=I2Rt,電動(dòng)機(jī)還對(duì)外做功,把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,W′=W-Q=IUt-I2Rt,W′是電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能。
這是一個(gè)非純電阻電路,可滿足U=IR,且W′>0,則有U>IR。
考慮每秒鐘內(nèi)能量轉(zhuǎn)化關(guān)系,即功率,只要令上述各式中t=1s即可,可得總功率P總=IU,電熱功率P熱=I2R,輸出功率P出,三者關(guān)系是P總=P熱+P出,即P出=IU-I2R。
(三)例題精講
【例】某一用直流電動(dòng)機(jī)提升重物的裝置如上圖所示,重物質(zhì)量m=50kg,電源提供恒定電壓U=110V,不計(jì)各處摩擦,當(dāng)電動(dòng)機(jī)以v=0.90m/s的恒定速度向上提升重物時(shí),電路中電流強(qiáng)度I=5A,求電動(dòng)機(jī)線圈電阻R(g=10m/s)。(4Ω)
(四)布置作業(yè)
1.把課本158頁練習(xí)三(2)、(3)、(5)題做在作業(yè)本上。2.把課下完成練習(xí)三(1)、(4)題做在課本上。說明:
1.利用常用電器的展示,使學(xué)生回到日常生活,調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和注意力。2.引導(dǎo)學(xué)生觀察演示實(shí)驗(yàn),參與讀數(shù)、記數(shù),學(xué)會(huì)如何分析數(shù)據(jù),處理問題得出結(jié)論。
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第五篇:初中物理《功》教案
第四章 4.2 機(jī)械功
一、教學(xué)任務(wù)分析
本節(jié)學(xué)習(xí)機(jī)械功、功率。機(jī)械功、功率是“機(jī)械和功”這一章的第二節(jié),是為下一節(jié)學(xué)習(xí)“機(jī)械能”打基礎(chǔ)的,同時(shí)也是本章學(xué)習(xí)研究“功的原理”的基礎(chǔ),更是高中學(xué)習(xí)動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒定律、能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律的基礎(chǔ)。
通過本節(jié)課的學(xué)習(xí),學(xué)生將知道功的概念,知道功率的意義。
在學(xué)習(xí)本節(jié)前,學(xué)生已經(jīng)學(xué)過“力”、“物體的運(yùn)動(dòng)”相關(guān)知識(shí),對(duì)“力”和“距離”這兩個(gè)概念并不陌生。但由于生活經(jīng)驗(yàn)的影響,學(xué)生容易將生活中的“做工作”與物理學(xué)中的“做功”混淆,對(duì)費(fèi)力而未做功的現(xiàn)象不易理解。因此要通過一系列的事例讓學(xué)生知道功的概念。
做功有大小,做功有快慢嗎?怎樣比較物體做功的快慢呢?本設(shè)計(jì)期望通過一系列實(shí)驗(yàn)探究,幫助學(xué)生找到比較物體做功快慢的不同方法。
本節(jié)課的教學(xué)要求學(xué)生主動(dòng)參與,在觀察、實(shí)驗(yàn)、討論的過程中建立功和功率的概念,通過本課學(xué)習(xí),學(xué)生能計(jì)算功的大小,并能用學(xué)到的知識(shí)解釋生活中與功率有關(guān)的問題,從中體驗(yàn)到學(xué)習(xí)物理的樂趣。
二、教學(xué)目標(biāo)
1.知識(shí)與技能
(1)知道功的概念;能用公式W = F·s進(jìn)行簡單計(jì)算,知道功的單位。
(2)知道功率的概念;理解功率是表示物體做功快慢的物理量;知道功率的單位。(3)能用公式P = W / t進(jìn)行簡單計(jì)算。
2.過程和方法
經(jīng)歷比較做功快慢的活動(dòng),認(rèn)識(shí)功率概念的建立過程中的科學(xué)方法。3.情感、態(tài)度和價(jià)值觀
通過了解功率在實(shí)際生活中的應(yīng)用,感受物理與生活密切相關(guān)。
三、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)
重點(diǎn):功率概念的形成過程。
難點(diǎn):功的概念建立。
四、教學(xué)資源
1.學(xué)生實(shí)驗(yàn)器材:鉤碼、彈簧測力計(jì)、木塊、鉛球、秒表、礦泉水瓶、直尺等。2.各種做功和功率的圖片、視頻等。
五.教案示例
第一課時(shí)
(一)引入
1.閱讀活動(dòng)卡p16小故事,討論回答問題。在兩人用力大小和移動(dòng)物體距離不同的情況下,怎樣比較兩人貢獻(xiàn)大小(讓學(xué)生充分討論)?引導(dǎo)學(xué)生在比較中關(guān)注“力的大小”及“移動(dòng)距離”這兩個(gè)量。
(二)新課
2.機(jī)械功(1)問題
做功的大小與哪些因素有關(guān)?(2)觀察、討論
觀看一些力做功、一些力未做功的視頻,描述觀察到的情景中力的大小、方向及物體移動(dòng)的距離大小。討論做功的要素。
作用在物體上的力越大,力對(duì)物體做的功越多;物體在力的方向上移動(dòng)的距離越大,力對(duì)物體做的功越多。
(3)閱讀
一個(gè)力作用在物體上,且物體沿力的方向通過了一段距離,物理學(xué)上稱這個(gè)力對(duì)物體做了機(jī)械功,簡稱做了功。
公式:W = F·s。
單位:1焦=1牛·米 體會(huì)1焦的大小。
(三)知識(shí)應(yīng)用
3.應(yīng)用
(1)問題
任何情況下力都對(duì)物體做功嗎?
(2)活動(dòng)
進(jìn)行活動(dòng)卡p17活動(dòng),通過對(duì)表格中實(shí)驗(yàn)結(jié)論的分析,體會(huì)機(jī)械功的含義。(3)例題
計(jì)算一些生活中常見的做功值。教科書p14例題1、例題2。(4)布置作業(yè)
①教科書p17,1、2、3題。
②學(xué)生實(shí)驗(yàn)(這一內(nèi)容既是這節(jié)課知識(shí)的應(yīng)用,又是下一節(jié)課的課前準(zhǔn)備)
測一測自己上樓做的功。設(shè)計(jì)方案,測量自己走上樓和跑上樓做的功及所用時(shí)間,將測量數(shù)據(jù)填入活動(dòng)卡p18的活動(dòng)表格中。
(四)【板書設(shè)計(jì)】
一、做功
1、概念:作用在物體上的力,使物體在力的方向上通過了一段距離,就說這個(gè)力對(duì)物體做了機(jī)械功。
2、做功的兩個(gè)必要因素是:作用在物體上的力和物體在該力的方向上通過的距離。
二、功的公式
W=F·s——物體在力F的方向上通過的距離(米)
| ┕——作用在物體上的力(牛)
┕———力F做的功(焦)