九年级第十五章《功和机械能》教案.doc

第十五章功和机械能第一节：功教学目标：理解做功的两个必要因素。认识在什么情况下力对物体做了功，在什么情况下没有做功。理解计算功的公式和单位，并会用功的公式进行简单计算。常识性了解功的原理。知道使用任何机械都不省功。会应用功的原理进行简单的计算。利用不同的研究方法得到功的原理，培养学生的逻辑推理能力。教学重点做功的两个必要因素教学难点运用公式WFS计算机械功实验结论的归纳得出功的原理教学方法 讲授法、自学指导法 实验探索法教学用具 木块、木板、细绳，小车杠杆和支架、钩码、滑轮、细线、刻度尺课时安排 2课时教学步骤一、导入新课 复习提问力的三要素是什么？力能产生哪些作用效果？二、引入在物理学中，当一个力作用在物体上，物体在这个力的作用下在力的方向上通过了一段距离，我们就说这个力有了成效。在物理学里，经常要提到“功”的概念，就吸收了“成效”的意思，当然在物理学中功还有它特殊的含义。三、新课教学 力学中的“功”、学生自学本节课文第一、二自然段，并参看图及图注。提问并由学生回答讨论以下问题：力学里所说的“功”，它的含义是什么？当一个力作用在物体上，物体在这个力的作用下通过一段距离，力学里就说这个力对物体做了功。分析图1，做功的实例：在什么力作用下，（这个力的方向是怎样？）沿什么方向移动通过了一段距离？什么力对物体做了功？力学里的功包括哪两个必要因素？力学里的功包括两个必要因素：一是作用在物体上的力，二是物体在力的方向上通过的距离。强调：“两个必要因素”的含义是指“缺一不可”。只有作用在物体上的力，而没有物体在力的方向上通过的距离，即如果物体仍静止不动，这个力就没有对物体做功。结合课本图2，分析两个小朋友做的功等于零的道理。如果物体靠惯性做匀速直线运动，虽然在水平方向上通过了距离，但并没有水平方向的力作用于它，所以没有什么力做功。结合“在极光滑的水平冰面上滑动的冰球”一例，说明没有什么力对冰球做功。练习、分析并演示以下问题，讨论力对物体是否做功？放在水平木板上的小车，在水平拉力作用下前进了一段距离，拉力和重力这两个力哪个力对物体做了功？为什么？用手提着木块不动，木块受几个力的作用？哪个力对木块做了功？用沿水平的拉力拉动小车在水平木板上前进。当把拉力去掉后，小车还向前运动一段距离，在这段距离上，拉力对小车做功了吗？通过以上问题的讨论，进一步理解做功的两个必要因素。研究力对物体做功时，要分清哪个力对物体做功，或者哪个物体（施力物体）对哪个物体（受力物体）做功。SF11N甲SF22N乙2SF32N丙、功的计算演示，画板图如图并加以分析。放在水平面上的小车，在水平拉力作用下前进一段距离，如图1所示，拉力对小车做了功。甲：拉力为F，小车在拉力方向上通过的距离是s，拉力对小车做功；乙：拉力为2F，小车在拉力方向上通过的距离是s，拉力做的功是甲图中拉力所做功的2倍。丙：拉力为2F，小车在拉力方向上通过的距离是2s，拉力做的功是甲图中拉力所做功的4倍。小结：可见力越大，使物体移动的距离越大，做的功越多。功的大小跟作用在物体上的力成正比，跟物体通过的距离成正比。功的计算公式功力距离；即：功等于力与物体在力的方向上通过的距离的乘积。用W表示功，用F表示力，s表示物体在力的方向上通过的距离，则功的公式可写成：WFSGh功的单位在国际单位制中，力的单位是牛顿（N），距离的单位是米（m），功的单位是牛顿米，它有一个专用名称叫焦耳，简称焦（J）。 1焦牛米在应用杠杆平衡条件计算时，力和力臂的积的单位时“Nm”，不能写成“J”，这两个单位的物理意义有所不同。几点说明使用WFs，要注意单位的统一。做功的多少只由WFs决定，跟物体是做匀速直线运动还是做变速运动无关。知道1焦的物理意义，知道1焦的大小。例题：课本图143，求推箱子的小朋友做了多少功？举箱子的小朋友做了多少功？由一名学生板演，其他学生自己演算。要求解题规范化。W1Fs50牛10米500焦匀速举高箱子，箱子受到两个力，G和F，FGW2Fh100N1.5m150J追问：此题中木箱受到几个力的作用？哪个力做了功？对什么物体做功？重力做了功没有？为什么？学生回答，教师小结。、小结力学里的功包括两个必要因素：一是作用在物体上的力，二是物体在力的方向上通过的距离。功等于力与物体在力的方向上通过的距离的乘积。WFs功的单位是牛顿米，它有一个专用名称叫焦耳，简称焦（J）四、实验研究研究内容：使用机械能不能省功？杠杆实验实验目的：研究使用杠杆提升重物时能不能省功？即手直接提升重物做的功与利用杠杆提升重物做的功是否相等。实验中动力就是手的拉力，阻力的大小等于钩码重。实验是利用杠杆的平衡条件算出手对杠杆的拉力。实验中手的拉力方向始终要竖直向上，重力方向始终竖直向下，所以它们做功的距离是沿力的方向的距离。把两个刻度尺分别竖直放在砝码及手旁，记下砝码和手的起始位置。当用杠杆提升砝码到一定高度时，再记下砝码和手的终了位置，求出砝码升高的高度h（米）和手移动的距离s（米）。实验中，杠杆的重及杠杆在运动中的摩擦力忽略不计，实验研究的是理想机械。按课文实验1，并参照图组装实验器材，将实验结果填入数据表格中，写出实验结论。动滑轮实验实验目的：研究使用动滑轮提升重物时能不能省功？即手直接提升重物做的功与利用动滑轮提升重物做的功是否相等。实验中动力就是手的拉力，阻力的大小等于钩码重。图，实验是利用杠杆的平衡条件算出手对杠杆的拉力。实验中手的拉力方向始终要竖直向上，重力方向始终竖直向下，所以它们做功的距离是沿力的方向的距离。把两个刻度尺分别竖直放在砝码及手旁，记下砝码和手的起始位置。当用动滑轮提升砝码到一定高度时，再记下砝码和手的终了位置，求出砝码升高的高度h（米）和手移动的距离s（米）。实验中，动滑轮的重及滑轮在运动中的摩擦力忽略不计，实验研究的是理想机械。按课文实验2，并参照图145组装实验器材，将实验结果填入数据表格中，写出实验结论。总结实验结论学生报告实验记录数值和实验结论。教师将几组数值记于黑板一或事先画好表格的小黑板）上。实验表明：利用杠杆提升砝码，使用杠杆所做的功Fs（焦）和直接用手所做的功Gh（焦）相等，即使用杠杆不能省功。利用动滑轮提起砝码，使用滑轮做的功Fs和直接用手所做的功Gh相等，即使用动滑轮也不能省功。总结出功的原理：使用机械时，人们直接用手做的功，都等于使用机械做的功。使用任何机械都不能省功，这个结论叫做功的原理。 功的原理对任何机械都适用。思维发散：使用任何机械都不省功，为什么人们还要使用机械呢？（课文后“想想议议”）因为使用机械可以改变动力的大小、方向和动力作用点移动的距离，使用机械还可以改变做功的快慢，使用机械还能比较方便的完成人们不方便完成的工作等，使用机械有很多好处。斜面斜面也是一种简单机械，例如在向卡车上装中的货物时，常用木板搭成一个斜面，把重物推上去；爬坡度很陡的山，人感到很吃力，要是沿着盘山公路走就不会感到吃力，可见使用斜面可以省力。根据功的原理，可知使用斜面不省功，省了力就要多费距离。学生练习：试证明斜面的长度是斜面高度的几倍，所用的推力就是物体重力的几分之一。小结功的原理：使用任何机械都不能省功。动力对机械做的功等于机械克服阻力所做的功；斜面：使用斜面可以省力，斜面的长度是斜面高度的几倍，所用的推力就是物体重力的几分之一。五、总结六、作业处理： 第二节：机械效率教学目标知道什么是有用功、额外功和总功。知道什么叫机械效率，知道计算公式。知道机械效率总小于1。知道提高机械效率的意义和主要方法。学习组装滑轮组和会测滑轮组的机械效率；通过学生实验，使学生进一步明确机械效率取决于有用功在总功里所占的百分比，从而了解提高机械效率的途径。教学重点使用任何机械都要做额外功 滑轮组的组装，重物上升距离、绳端通过距离的测量教学难点有用功、总功的正确判断，理解效率的物理意义实验的原理教学方法讲授法 实验法教学用具滑轮、钩码、线、弹簧秤、铁架台、刻度尺课时安排2课时教学步骤一、导入新课复习提问做功的因素是什么？功的原理是什么？二、引入功的原理告诉我们，使用任何机械都不能省功，实际上使用机械还要多做功。例如用动滑轮提升重物时，把滑轮本身也提起来了，滑轮受到重力作用，也发生了一段距离，对滑轮也有做功。另外滑轮与绳子之间存在着摩擦，克服阻力也要多做功。在利用机械做功时，我们所需的只是其中的一部分，而额外要多做的功也占一部分，那么机械做功就存在一个效率问题。三、新课教学有用功、额外功、总功演示实验：用弹簧秤匀速拉动绳端，使重物G升高。从弹簧秤读出拉力F的值，用刻度尺测出重物提升的高度h和弹簧秤移动的距离s。实验数值G5牛，h0.5米，F3牛，s1米弹簧秤的拉力（动力）对动滑轮做的功：W动Fs3牛1米3焦提高重物，动滑轮克服阻力做的功：W阻Gh5牛0.5米2.5焦提问：由实验可以看到W动W阻，这是为什么？前面研究简单机械和功的原理时，我们没有考虑摩擦，没有考虑使用动滑轮提升重物时动滑轮本身重等因素，是理想情况。实际上，我们用动滑轮等简单机械提升重物时，由于要克服摩擦以及不得不把动滑轮一起提升，这时我们用的力（动力）就比没有摩擦时要大（该实验中，理想情况下拉力是2.5牛，而实际的拉力是3牛）。做的功要比没有摩擦时大一些（该实验中，不考虑摩擦时动力做的功是2.5焦，而实际动力对滑轮做的功是3焦）。小结有用功（W有用）：利用机械工作时对人们有用的功叫有用功。在用动滑轮提高重物的实验中，用来提高物体的功对我们是有用的，是必须做的。本实验中的有用功W有Gh5牛0.5米2.5焦。额外功（W额外）：对人们没有用，但又不得不做的功叫做额外功。本实验中，用来克服摩擦做的功、把动滑轮提升0.5米做的功对我们没有用，但又不得不做的功，这种功叫额外功。使用任何机械做额外功是不可避免的。总功（W总）：有用功与额外功的总和叫总功。有用功加额外功是总共做的功，叫总功。本实验中总功W总FsF2h3牛1米3焦。本实验中做的额外功W额外W总W有用3焦2.5焦0.5焦。判断有用功、额外功判断有用功、额外功要看做功的过程中，我们想达到的目的是什么，实现这一目的所做的功就是有用功。其余部分就是额外功。例如：用桶打水，提水的功是有用功，提桶的功是额外功；水里捞桶，提桶的功是有用功，提水的功是额外功。练习：计算图中三种不同方法将沙子运上三楼所做的有用功，额外功和总功。以加深对概念的理解。四、机械效率根据以上实验，你能算出有用功在总功中占的百分比吗？定义：有用功跟总功的比值叫机械效率，即有用功占总功的百分比。公式：有用功总小于总功，所以机械效率总小于1练习：某起重机的机械效率是70%，它表示什么意思？GFFG甲乙答：使用起重机提升重物时所做的有用功跟总功的比值是70%，也可以说有用功在总功中占有70%，另30做的是额外功。提高机械效率阅读课本提高机械效率一段，小结要点，指出采取减小额外功是提高机械效率的有效方法。例题解析每个动滑轮重力为3N，用右图两种滑轮组来提升重物G，哪些功是有用功、哪些功是总功？哪个滑轮组机械效率高，为什么？分析：提升重物G升高h，这一部分功为有用功；绳子末端在力F作用下通过S的距离，这个功是总功。W有用Gh，两个滑轮组的W有用相同。S13h，S25h，则总功分别为W总13F1h，W总25F2h。其中乙滑轮组要提升的滑轮数量更多，做的额外功也较多，所以甲滑轮组机械效率较大。五、实验 学习组装滑轮组和测滑轮组的机械效率实验原理用滑轮组提升重物G升高h是做功的目的，这一部分功为有用功；而所有的功都是由绳子末端在力F作用下通过S的距离产生的，这个功是总功。GFFG实验原理：需要测量的物理量钩码的重力G弹簧秤；钩码被提升的高度h刻度尺；作用在绳子末端的拉力F弹簧秤；绳子末端被拉高的高度s刻度尺。注意事项在实验中要将距离测量的准确些。注意会将细绳绕在滑轮上。尽可能在竖直方向上使用弹簧秤。注意弹簧秤的示数要用牛顿表示。拉动的过程中，尽可能使物体匀速上升。注意分析实验中所出现误差的原因。实验记录次数G/Nh/mW有用/JF/NS/mW总/J12小结根据机械效率的定义，运用公式可以测出滑轮组的机械效率。需要测量的物理量有4个：钩码的重力G；钩码被提升的高度h；作用在绳子末端的拉力F；绳子末端被拉高的高度S。六、总结七、作业处理 第三节 功 率教学目标理解功率。知道什么是功率，知道其物理意义；知道计算功率的公式、单位，并能进行简单的计算。教学重点功率的物理意义教学难点功率和机械效率的辨析教学方法类比法课时安排1课时教学步骤一、导入新课复习提问力学里的功包括了两个必要因素是什么？功要如何计算？工地上，要把1000块大理石运到20m高的楼上，已知每块大理石重50N，用起重机可以在2分钟之内一次运完。用一个人来运，需要20小时，这两种方法各需要做多少功？哪种方法做功快？二、引入用起重机和人来运送大理石，所做的功是相等的。但是用起重机要快的多。可见，做功不但有多少问题，还有快慢的问题。我们已经学过用速度来表示物体运动的快慢。为了表示做功的快慢我们用功率这个物理量。三、新课教学功率意义：用来表示物体做功快慢的物理量。定义：单位时间内完成的功。类比如何比较物体运动的快慢得到如何比较物体做功快慢的方法。定义式：单位：瓦特1瓦特1焦耳/秒 1W1J/s1W的物理意义：物体在1秒内做功1J。指导阅读：P215 图14-12，对各种常见物体的功率有所了解。功率是机器的主要技术指标之一。指导阅读P215最后一段，简要说明选购机器时，要根据实际需要和可能选择功率合适的机器。四、范例分析例：高出水面30m处有一个容积是50m3的水塔，要用一台水泵在1小时内抽水充满水塔。这台水泵的功率至少要多大？分析：首先应弄懂题目的意思，找出已知量和待求量，分析时沿着WGhGmgmV的顺序进行；解题之前可以将需要求的量逐步列出，使学生明确解题的思路。A. 50m3的水质量是多少Kg？B. 50m3的水重力多少N？C. 水泵一共要完成多少功？D. 1小时内做这么多功，水泵的功率是多少？五、小结意义：用来表示物体做功快慢的物理量；功率的公式：六、作业处理： 第四节 动能和势能教学目标1了解能量的初步概念。 2知道什么是动能及影响动能大小的因素。 3知道什么是势能及影响势能大小的因素。 4知道什么是机械能及机械能的单位。教学重点决定动能、势能大小的因素。教学难点 判断物体所具有的机械能。教学方法 讲授法教学时间 1课时教学过程一、引入新课：从能源，体能方面引入能量复习知识；功和能的关系二、新课教学 能量演示：A玩具小车拉木块；B举高的钩码拉木块（通过铁架台和滑轮）C伸长的橡皮筋拉木块。 问：三个物体是否对木块做功？（学生回答：做了功） 归纳：物体能够做功，我们就说它具有能量，物体能做的功越多，它的能量就越大。怎样判断物体是否有能量？看它能否做功。三、动能 探究动能大小与什么因素有关概念：物体由于运动而具有的能叫动能决定动能大小因素演示实验：图1-1A 质量相同，速度越大，做的功越多，动能越大；B 速度相同，质量越大，做的功越多，动能越大。结论：动能的大小与物体的质量和运动的速度有关。四、势能（重力势能和弹性势能） 探究势能的大小与什么因素有关重力势能概念：物体由于被举高而具有的能叫重力势能重力势能大小的决定因素演示实验：如右图结论：重力势能大小与物体被举高的高度和质量有关。弹性势能概念：物体由于发生弹性形变而具有的能叫弹性势能。弹性势能大小决定的因素：形变的