最新九年级科学-能量转化的量度.doc

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一、 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作用在物体上的力；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？ 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。 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。 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？ 从一楼沿楼梯上了三楼分析F0，S0，且F、S方向相同，W0 ； 沿着走廊走到教室门口分析F0，S0，但在力F方向上没有移动距离，W=0； 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：F0，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3105 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= 3105 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？（3105 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）。 讲授新课三、 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 P = W / t 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=1106）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05分钟内匀速吊起6米高。求：货物的重力；起重机所做的功；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15千瓦的意义。【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。