物理必修二全册教案

- 1 -第一章功和功率第一节 机械功一、 教学内容分析1. 内容与地位内容要求学生理解功的概念；在具体的物理情景中能判断出物体所受的各个力是否做功以及做功的正负；知道正功、负功的含义；应用功的一般公式，会计算恒力、合力的功。2. 教学目标知识与技能：理解功的概念。知道功是标量，认识正功、负功的含义，能利用功的一般公式计算恒力的功，掌握计算总功的两种方法。过程与方法：通过功的概念及其公式导出的过程，体会并学习物理学的研究方法，能从现实生活中发现与“ 功” 有关的问题，能运用功解决一些与生产和生活相关的实际问题。情感态度与价值观：有将功的知识应用于生活和生产实际的意识，勇于探索与日常生活有关的“功” 问题，认识物理模型和数学工具在物理学发展过程中的作用。3. 教学重点、难点重点：功的一般公式及其推导过程；判定物体所受的各个力是- 2 -否做功以及做功的正负；总功的计算。难点：弄清物体在力的方向上的位移与物体的位移是不同的；认识负功的物理意义；总功的计算。二、案例设计(一) 导入新课让全班学生动手操作：将各自的课桌右移约 2cm.教师关注学生操作的方式，并把移动课桌这一具体问题转换为物理模型来讨论，用示意图分类展示在黑板上。预测 操作的方式：大部分学生会上提，小部分学生会平推、斜推、斜拉，如右图所示。问题 1 分组进行讨论交流，图(a) 、图(b)恒力 F 是否做功，为什么？预测 1 都有做功。预测 2 图(a)恒力 F 有做功，图(b)恒力 F 没有做功。让学生回答，基本上能从初中学过做功的两个因素（即一是作用在物体上的力，二是物体在力的方向上移动一段距离）入手。扩展：如果施力于某物体，并使该物体在力的方向上移动一段距- 3 -离，我们就说力对这个物体做了功。那么，功应该如何求解呢？本节课我们就来进一步学习有关功的知识。板书第 1 节 机械功(二) 新课教学板书1机械功的定义：作用于某物体的恒力 F 与该物体沿力的方向上发生的位移 s 的乘积叫做机械功。问题 2 若物体发生的位移为 s，则图(a)、图(b)恒力 F 做的功各为多少？预测 1 都有做功，W = Fs。预测 2 图(a)，W = Fs；图(b) ，W = 0。说明 应用初中所学的有关功的知识，基本上能够解决。问题 3 若物体发生的位移为 s，则图(c) 恒力 F 是否做功、做的功为多少？设疑 力 F 有什么作用效果？预测 使物体竖直上提和水平前进。教师引导：能否从力的分解角度来讨论问题 2 呢？分组讨论探究，并请小组代表回答问题 2。预测 1 不做功。因为物体在力 F 的方向上没有发生位移，s 是水平方向上发生的位移。- 4 -预测 2 有做功，W = Fs。因为功是力 F 与位移 s 的乘积预测 3 有做功，W = Fscos。因为根据平行四边形定则，把力 F 分解为使物体水平前进的力 F1 = Fcos和竖直上提的力 F2 = Fsin。所以恒力 F 对物体所做的功 W = W1 = Fscos。说明 分组讨论探究功的一般计算公式的推导过程，教师小结：一般地，对作用于物体上方向与物体位移 s 成 角的任何一个恒力 F，都可以用正交分解法把它分解为平行和垂直于位移 s方向的两个分力，再结合功的定义，得到功的一般计算式 W = Fscos 教师：由于位移是矢量，也可以将位移 s 分解，再结合功的定义来推导功的一般计算式，有兴趣的学生课后去完成。让学生阅读课本 P4 第三自然段，并回答 1 焦耳是如何定义的。板书2机械功的计算板书功的公式：W = Fscos（适用条件是 F 必须是恒力）的取值cosW力对物体做功情况- 5 -用小黑板或多媒体投影出示下列表格 的取值cos W力对物体做功情 = 01W= Fs力对物体做正功0 0W= Fscos力对物体做正功 = 2 0W= 0力不做功W2预测 2 W1 = W2说明 设置以上几个问题是为了进一步理解正负功的含义。教师指出：功是标量，其大小的比较，是取绝对值进行比较的，W1 = W2 才是正确的。又如做功-9J 1J ，-1J 3J，5J = - 5J。板书正功与负功表示两种相反的做功效果。功是标量，功的“ 正”、 “负” 既不表示方向也不表示大小，既不能说 “正功与负功方向相反” ，也不能说 “正功大于负功 ”，正功和负功是借以区分谁对谁做功的- 8 -标志。虽然力与位移都是矢量，功却是标量，没有方向，但有正功和负功之分，那么正功、负功的物理意义是什么呢？在图甲中，推力 F 对小车所做了 Fs 的功，表明推力 F 对小车32的运动起促进作用，这个力是动力；在图乙中，拉力 F 对小车所做了- Fs 的功，表明拉力 F 对小车的运动起阻碍作用，这个力是阻力。也32就是说，动力一定做正功，阻力一定做负功。板书正功、负功的物理意义：力对物体做正功，表明此力是动力，其作用效果是促进物体的运动；力对物体做负功，表明此力是阻力，其作用效果是阻碍物体的运动。问题 5 在图乙中力 F 对小车做了- Fs 的功，我们还可以怎么说？32预测 1 物体克服这个力做了-10J 的功。预测 2 克服这个力做了 10J 的功。强调：对物体做负功，往往说成物体克服这个力做功（一定是正值） 。学习了一个力对物体所做的功的求解方法，如果物体同时受到几- 9 -个力的作用，那么，如何求解这几个力对物体所做的功和总功呢？总功的计算例题 如图所示，利用斜面从货车上卸货，每包货物的质量 m = 100kg，斜面倾斜角 = 37，斜面的长度 l = 1.5m，货物与斜面间的动摩擦因素 = 0.2，求货物从斜面顶端滑到底端的过程中受到的各个力所做的功、外力做的总功以及合外力做的功。（g 取 10m/s2，sin37 = 0.6）解：斜面上的货物受到重力 G、斜面支持力 N 和摩擦力 f 共三个力的作用。货物位移的方向是沿斜面向下。用正交分解法，将货物所受的重力 G 分解到与斜面平行的方向和与斜面垂直的方向，则有 N = G2 = mgcos，f = N = mgcos。由于斜面支持力 N 与位移垂直，所以支持力对货物没有做功即 WN = 0。重力 G 对货物所做的功 WG 可以用下列三种方法求解。方法一：根据功的定义。由于重力方向上的位移 h = lsin37，所以WG = Gh = mglsin37 = 100 10 1.5 0.6 J = 900 J- 10 -方法二：用公式 W = Fscos。由于重力与位移的夹角为 90 - 37 = 53，所以WG = Glcos53 = mglsin37100 10 1.5 0.6 J = 900 J方法三：用力的分解等效。将重力分解为使货物沿斜面下滑的分力 G1 和垂直紧压斜面的分力 G2，则有 G1 = mgsin37。由于 G2 与位移垂直，G 2 对货物没有做功，所以重力所做的功等于沿斜面向下的分力 G1 所做的功，即WG = G1l = mglsin37100 10 1.5 0.6 J = 900 J 摩擦力 f 对货物所做的功 Wf = f lcos180 = - mgcos37 l - 0.2 100 10 0.8 1.5 J = - 240J外力对物体做的总功W 总 = WN + WG + Wf = (0 + 900 240)J = 660J物体所受合外力 F 合 = G1 - f = mgsin37 - mgcos37，方向与位移相同。合外力所做的功W 合 = F 合 l = ( mgsin37 - mgcos37 )l = mg (sin37 - cos37 )l100 10 (0.6 - 0.2 0.8 ) 1.5J = 660J - 11 -说明 例题的选择主要是考虑以下几点：温故，如受力分析、正交分解等。知新，如求功公式的应用，对正功、负功、不做功的求解具有普遍性。求重力功时可以进行多角度的思维训练。可以体现出外力做的总功与合外力做的功的关系，以便归纳。要求学生思考独立完成该例题，请好中差三位学生上台扳演，教师可以及时地订正学生解题时存在的问题和不良习惯。小结 在多个力共同作用下，这些力对物体所做的总功等于各个力分别对物体做功的代数和即 W 总 = W1 + W2 + + Wn，代入时应考虑功的正负号；若合外力为恒力，则求总功时还可以用 W 总 = F 合scos来求解，其中 是合力 F 合 方向与位移 s 方向之间的夹角。三案例评析：本案例的设计让学生亲手移动课桌进行功的探究，使学生学习物理与生活拉近了距离，充分体会到物理就在生活中，科学就在自己身边，从而激发了学习“功”的热情。在本节课的学习过程中，既重视知识的获取也重视知识的形成过程，使学生真正体验到探究发现的乐趣和应用知识的重要性。分组讨论探究，激发学生思考和参与的积极性，发挥学生的自主性，培养学生分析问题和解决问题的能力，让学生的认知结构在交流碰撞中得到完善和重组。教师在问题的设置上注意了知识的层次，使学生在学习进程中时刻保持高昂的斗志、旺盛- 12 -的精力、积极的情绪和浓厚的探究，为课堂教学增强了活力。在例题的设计上，既温故又知新，既考虑到问题的完整性和思维的多样性，又突出重点知识的检测和疑难问题的解决，达到良好的教学效果。第 2 节 功和能一、教学目标：(一)知识目标1、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；2、知道物体能够对外做功是因为物体具有能量；3、理解功是能量转化的量度；4、理解不同能量之间的转化，知道转化中总能量守恒。（二）能力目标1、能从能量转化的角度来分析物体的运动，解决有关能量的问题；2、知道功和能之间的区别和联系。（三）德育目标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。- 13 -二、教学重点1、理解功和能的关系；2、知道能量的转化用做功来量度。三、教学难点在具体的问题中如何得到能量的转化情况，并用做功来定量地反映这种转化。四、教学方法实验法、举例法五、教学用具 投影仪、CAI 课件六、课时安排 1 课时七、教学步骤（一）导入新课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。（二）新课教学、能的概念（1）、用多媒体展示下列物理情景，把四幅图对比在同一幅画面- 14 -上。流动的河水冲走小石块；飞行的子弹穿过木板；自由下落的重物在地上砸了一个坑；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）、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）、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。分析：拉下物体，弹簧发生弹性形变具有弹性势能。- 15 -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。总结：各种不同形式的能量可以相互转化，而且转化过程中守恒。（7）、用多媒体展示几种现象，学生分析能量的转化情况。水冲击水轮发电机发电。机械能电能；太阳出来，照耀森林。太阳能生物能。傍晚，电灯亮了。电能光能（内能）过渡引言：上边我们分析了几个能量转化过程，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？、功和能的关系（1）、用多媒体展示下边几个过程人拉重物在光滑水平面上由静止而运动；在水力发电厂中，水流冲击水轮机，带动水轮机转动；火车在铁路上前进。（2）、师生共同分析中人对重物做功的过程中，人的生物能转化为物体的动能。在水力发电厂中，水流对水轮机的冲击，带动水轮机转动，从- 16 -而带动发电机转动而做功，水流的机械能转化为电能。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并板书。八、巩固训练关于功和能，下列说法正确的是：A、功就是能，功可以转化为能；B、做功越大，物体的能越多；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。九、小结通过本节课的学习，我们知道了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，能的转化和守恒定律来分析和解决问题。十、布置作业十一、板书设计功和能1、能量是表示物体具有做功的本领的大小的物理量；2、一个物体能够做功我们就说这个物体具有能。- 17 -3、功和能的联系：功和能都是标量；功和能的国际单位都是焦；功是能量转化的量度。4、功的过程量，能是状态量。功的大小等于转化的能量，但功不是能。第 3 节 功率【教学目标】知识和技能1知道功率的物理意义、定义式、单位。2理解功率的导出式 P=Fv 的物理意义，并掌握其用法，会利用功率的两个公式来解释现象和进行计算。3理解平均功率和瞬时功率，了解平均功率、瞬时功率、额定功率、实际功率的区别与联系。过程和方法1通过实例体验功率概念的形成过程及功率的实际意义，通过功率的定义过程，体会应用比值方法建立物理概念的方法。2学会求解各种不同的功率。- 18 -3运用功率的不同表达式分析和解决动力机械的运动问题。情感态度与价值观1使学生养成具体问题具体分析和严密思维的习惯。2提高学生理论联系实际、解决实际问题的能力。3培养学生敢于发表自己观点、善于合作的良好习惯。【教学重点】1理解功率的概念。2知道功率的种类及其计算。【教学难点】1功率的表达式 P=Fv 的物理意义和运用。2瞬时功率和平均功率的计算。【教学时数】 1 课时【教学器材】投影仪、投影片、录象资料、CAI 课件等【教学过程】新课导入 教师：人们在生产、生活和工作中使用了大量的机械来做功，这与人力直接做功或畜力做功，在完成功的快慢方面有何不同？请举例说明。- 19 -（引发学生思考，让学生从身边生活寻找做功快慢的事例，并思考机械与人或畜力做功快慢的差异。）预测学生所举事例可能有：1、人上高楼（如 8 层楼）时，乘电梯比走路要快得多； 2、拖拉机耕地比牛耕地要快得多； 3、挖土机与人，要完成相同的挖土任务，人花的时间要长得多；4、从水井里提水，使用抽水机比人工要快得多；5、（列举生产、生活中发生的事例，使学生体会功率与生活、生产息息相关，无处不在，研究功率具有重要的现实意义，并引导学生注意观察身边物理现象，体会到物理知识就在我们身边，感悟物理规律研究的价值，激起学生的求知欲。）功是能量转化的量度，人们十分关注做功的多少。然而不同的机械或人，其做功的快慢是不同的。（分析一些生产事例、工作场面，或展示一些做功快慢不同的图片。有条件的情况下还可通过多媒体手段更生动地展示这些画面和情景，使学生对做功快慢的情形有更为形象和具体的认识，从而为建立正确的“功率”概念打下良好基础。）教师：在建筑工地上分别采用以下三种方式，把 1t 的货物从地面- 20 -运到三楼，方式一：搬运工分批搬运，需时间 3h方式二：用一台起重机提升，需时 1min 方式三：用另一台起重机提升，需时 30 s上述三种情况下，把货物由地面运到三楼时，请思考以下问题：1、用不同的方式，对货物所做的功是否相同？2、所用时间不同，三种方式中做功的快慢是否相同？结论：对重物所做的功相同，但所用时间不同，说明做功快慢不同。说明：通过引导学生分析有关事例，形成初步共识：人们选用机械来做功时，不仅要考虑做功多少，还要考虑机械做功的快慢。如挖掘机做功比人快；大卡车比拖拉机做功快；拖拉机耕地比牛耕地要快；起重吊车比搬运工人做功快；抽水机比辘轳提水快，等等。研究做功的快慢有着重要的实际意义。通过实际问题让学生感性地认识做功的快慢。教师：不同的机器或物体做功有快有慢，如何来衡量做功的快慢呢？请同学们思考并提出解决方案。（引导学生思考：如何比较物体做功快慢？讨论中注意培养学生的发散思维能力和批判思维能力。）- 21 -预测学生可能有以下认识：1、选择相同时间，比较做功多少，做功多的，做功就快；2、选择做相同的功，比较做功的时间长短，时间长的，做功就慢；3、类比“速度”的定义方法，用做功和完成这些功所花的时间的比值来定义“功率”；4、说明：对学生提出的各种方案可能有问题或不完整，教师应鼓励学生在交流中补充完善自己的认识。教学中注意引导学生类比如“速度”、“加速度”概念的定义方法，体会比值法定义功率概念。新课推进一、功率的含义1定义：功 W 与完成这些功所用时间 t 的比值叫做功率。 （板书）2定义式： P=W/ t （板书）3物理意义：表示物体做功快慢的物理量。 （板书）4单位：（板书）教师请一位同学正确地说出定义式中各个字母所表示的物理量及其单位。- 22 -国际单位：瓦特（w），常用单位：千瓦（kw）或焦耳/秒（J/s）（板书）W功单位：焦耳（J） 做功所用时间单位：秒(s)换算关系：kw = 1000 w w=J/s（板书）说明：用已知物理量的比值定义新的物理量，是建立物理概念常用的方法。使用该方法能够进一步揭示和表述被探究对象的某些物理性质及变化规律，像我们已经研究过的速度、加速度等物理量就是用这种方法来定义的。5. 功率是标量，功率表示做功过程中能量转化的快慢。（板书）6. 讨论与交流：小实验：把一段粉笔放在书的封面上，打开书的封面形成一个斜面，并使粉笔开始下滑。请同学仔细分析一下，在下滑的过程中粉笔共受到几个力的作用？哪些力做正功？哪些力做负功？哪些力不做功？如果斜面的倾角增大，情况会有什么变化？倾角增大时，功率是否也增大？提示：（1）比较不同倾角时的功率，应注意粉笔开始下滑处的高度应相同。讨论功率时须指明哪个力的功率。- 23 -（2）实验的分析讨论，要注意所分析的是某个力的平均功率。注意引导学生进行受力分析、做功分析，可利用功率的定义式，在理论上进行推演，使思维更加严密。7. 一些常见机械做功功率（1）汽车发动机 5104 W1510 4 W （2）摩托车约2103 W （3）喷气客机约 2108 W （4）人心脏跳动的功率 1.5W 左右（5）火箭的发动机约 11013 W （6）万吨巨轮 106W 以上（7）蓝鲸游动的功率可达 350kW （8）人的平均功率约1102 W（9）优秀运动员短时间内的功率可达 1000W 二、功率 P 与力 F、速度 v 的关系 （板书）1. 功率与力、速度的关系推导 （板书）教师：一部汽车载重时和空车时，在公路上以相同的速度行驶，试讨论这两种情况下汽车的输出功率是否相同？为什么？预测学生的回答可能有：（1）载重汽车与地摩擦力较大，牵引力也大，由于行驶速度一样，- 24 -故相同时间内，载重车的牵引力做功较多，所以载重汽车的输出功率较大；（2）载重汽车行驶得比空车慢，因此功率较小；（3）载重汽车比空车费力，因此载重车的输出功率较空车时要大些；（4）说明：上述分析讨论的目的是启发学生思考功率与力和速度有何关系。学生分析可能会出现片面和不完整回答，教师要参加到学生的讨论分析中，帮助、启发和引导学生形成正确的认识。得出正确的答案(1)。接着，教师引导学生思考，如何计算牵引力的功率。（让学生根据所学知识和功率定义式进行推演，培养良好的科学思维能力和思维习惯）教师：某汽车在平直公路上做匀速直线运动，已知其牵引力大小为 F，运行速度为 v，试求此时汽车牵引力 F 的功率为多少？（注意引发学生思考解决问题的思路，应用功和功率的定义式进行分析和推导。）2.公式： P=Fv （ F 与位移 s 或 v 同方向） （板书）即力 F 的功率等于力 F 和物体运动速度 v 的乘积.。注意 F 是速度- 25 -v 方向上的作用力。分析讨论：由 v = s / t 求出的是物体在时间 内的平均速度，代入公式 P=F v 求出的功率是 F 在时间 内的平均功率；如果 取得足够小，则 v 表示瞬时速度，此时由 Fv 求得的功率就是 F 在该时刻的瞬时功率。即当 v 为平均速度时，求得的功率就是平均功率， v 为瞬时速度时，求得的功率就是瞬时功率。总结：v 是平均速度 ， P 是平均功率 （ F 为恒力，且 F 与 同vPv向） （板书）P=Fv v 是瞬时速度， P 是瞬时功率（板书）说明：如果物体做匀速直线运动，由于瞬时速度与平均速度相等，故此时平均功率等于瞬时功率。教师：汽车以额定功率在平直公路行驶时，若前方遇到了一段较陡的上坡路段，汽车司机要做好什么调整，才能确保汽车驶到坡顶？为什么？ 预测学生的回答可能有：（1）加大油门，汽车可顺利行驶到达坡顶。（2）汽车要换档，才能顺利行驶到达坡顶。（3）- 26 -师生共同分析：（1） 根据 P=Fv 知，汽车以额定功率行驶，因遇上坡路段，汽车所需的牵引力增大了，若要保持行驶速度不变，这是不可能的；加大油门，只会增加发动机的输出功率（超过额定功率），发动机将因超负荷而过热损坏。（2） 这是一种正确的操作方式，当司机将发动机的速度档位调低后，速度减小了，牵引力加大了，只要牵引力足够，汽车便可顺利上坡。教师根据课堂需要还可以提出一些问题让学生进一步讨论，如：（1）汽车上坡的时候，司机常用换挡的方法来减小速度，为什么？（汽车上坡的时候，司机常用换挡的方法来减小速度，来得到较大的牵引力。）（2）汽车上坡时，要保持速度不变，应如何做？（汽车上坡时，要保持速度不变，就必须加大油门，增大输出功率来得到较大的牵引力。）（3）起重机在竖直方向匀速吊起某一重物时，为什么发动机的输出功率越大，起吊速度就越大？（起重机在竖直方向匀速吊起某一重物时，由于牵引力与重物的- 27 -重力相等，即牵引力保持不变，发动机输出的功率越大，起吊的速度就越大。）思考：汽车等交通工具，如何才能获得更大的行驶速度？教师：由 P = W / t 求出的是瞬时功率还是平均功率?学生小组讨论后得出：由公式 P = W / t 求出的功率，反映了该力在 t 时间内做功的平均快慢，故由公式 P = W / t 求出的功率是平均功率。教师：人力直接做功能否像汽车做功那样快呢？汽车做功能否像飞机做功那样快呢？人如果做功过快，会产生什么后果呢？汽车超负荷运转会产生什么后果呢？（人做功过快，会引起疲劳、甚至受伤、生病等，汽车超负荷工作会造成发动机熄火或烧毁。）教师：奥运长跑运动员能否用 100m 短跑的速度来完成 5000m 的赛跑路程呢？为什么？（奥运比赛是一种挑战运动局限的比赛，人与机器一样，不能长时间超负荷运动，短跑运动员在 100m 赛跑中，时间不过是十几秒，能以最大的速度跑完全程，此时运动员的输出功率是正常时的数十倍。在 5000m 的长跑运动中，运动员不可能长时间超负荷运动，因此长跑运动员不可能一直保持百米赛跑那样的速度。）- 28 -说明：让学生通过思考自己身边所熟悉的问题，认识额定功率和实际功率的概念以及概念的意义。教师：你对“额定功率和实际功率以及平均功率和瞬时功率”是怎样理解的？ 额定功率：指动力机械在长时间正常工作时最大输出功率。也是机械发动机铭牌上的标称值。额定功率是动力机械重要的性能指标，一个动力机械的额定功率是一定的，机器不一定都在额定功率下工作。实际功率：机械