第十一章功和能

1 第一节第一节 功功 教学目标 教学目标 一 知识与技能 一 知识与技能 1 知道功的概念 做功的两个必要因素 2 理解功的计算公式 能利用功的公式进行简单计算 3 知道使用任何机械都不能省功 了解功的原理 二 过程与方法 二 过程与方法 通过观察和实验了解功的物理意义 三 情感 态度与价值观 三 情感 态度与价值观 激发学生对科学的求知人欲 乐于探索自然现象和日常生活中的物理知识 有将科学技 术应用于日常生活 社会实践的意识 教学重点 教学重点 功 功的原理 教学难点 教学难点 理解做功的物理意义 教学用具 教学用具 投影仪 滑轮 杠杆 重物 细绳 直尺 教学过程 教学过程 一 引入新课一 引入新课 我们前面学过电功 回答如下问题 投影 什么叫电功 它的单位是什么 二 新课教学二 新课教学 1 1 力学中的功 力学中的功 功 是个多意词 功劳 立功中的 功 有贡献的意思 成功 事半功倍中的 功 有成效的意思 在力学里所说的功包含有成效的意思 但它有更确切的含义 接下来看力做功的例子 要仔细观察 思考 讨论 找出它们的共同特点 归纳出功的 概念 1 马拉原木行驶一段距离 力学里说马对原木做了功 2 起重机提起重物 力学里说起重机对重物做了功 3 手拉木块沿斜面运动一段距离 力学里说手对木块做了功 学生发言 教师引导 1 三个物体都受力的作用 2 三个物体都在力的作用下移动了一段距离 板书 一 力学中的功 2 如果一个力作用在物体上 物体在这个力的方向上移动了一段距离 力学中就说这个力 做了功 指导看教材几个做功实例和几个不做功实例的图片 找出规律 图 15 1 1 的三个图中 物体 小车 汽车都受力的作用 并在力的方向上移动了一段 距离 图 15 1 2 中石头 水桶都受力的作用 但在力的方向上未移动距离 这个向上搬石头 的力和向上提水桶的力没有做功 可以说是 劳而无功 问 同学们想想在极光滑的水平面上滑动的冰块 靠惯性向前运动 在水平方向上通过 了距离 水平方向上的力对冰块做功没有 冰块是靠惯性向前运动的 说明在水平方向上没有受力 所以就不可能有力做功 可以 说是 不劳无功 做功的两个必要因素 一个是作用在物体上的力 另一个是物体在这个力的方向上移动 的距离 2 2 功的计算 功的计算 投影 一个人提着一桶水从一楼到二楼 另一个人提着同样一桶水从一楼到五楼 它 们有什么不同 这个力的成效不同 也就是做的功不同 这说明力做功有多有少 那么 做功的多少怎么计算 板书 二 功的计算 用同样大的力作用在同一物体上 移动的距离越远 成效越大 做功越多 用不同大小的力作用在同一物体上 移动距离相同 作用力大的成效大 做功多 对同一物体 力越大 移动距离越长做的功就越多 在物理学中 把力与在力的方向移动的距离的乘积叫做功 功 力 力的方向上移动的距离 W Fs W 功 焦耳 J F 力 牛顿 N s 距离 米 m 1J 1N m 投影 质量为 50kg 的雪橇上装载了 350kg 的货物 一匹马拉着它将货物匀速运到了 3000m 外的地方 如果雪橇行进中受到的摩擦力是 800N 求马运货时做的功 货物匀速运动 那么马拉车所用的力与摩擦力大小相等 3 F F 摩 800N 马拉货物移动了 3000m s 3000m W Fs 800N 3000m 2 4 106J 3 3 功的原理 功的原理 使用杠杆 滑轮这些简单能够省力 是否在省力的同时也能省距离呢 假如利用利用简 单机械既省力又省距离 功 力 距离 我们就省了功 下面利用桌上给的杠杆 滑轮 我们分组按教材图 15 1 3 15 1 4 做实验 把结果填 入表中 并讨论讨论得出你们的结论 同学们做实验 老师巡回指导 以一组测量数据为例 结合其他组实验数据 师生共同进行分析 归纳得出结论 1 杠杆 利用公式计算出直接用手所做的功 W Gh 使用杠杆所做的功 W Fs 比较这两个功发现两个功几乎相等 用杠杆所做的功 W Fs 稍大一些 且杠杆越轻 用 杠杆所做的功越接近于直接用手所做的功 综合各组实验数据 可以得出结论 使用杠杆可以省力 但不省功 2 滑轮 利用公式计算出直接用手所做的功 W Gh 使用滑轮所做的功 W Fs 比较这两个功发现两个功几乎相等 用滑轮所做的功 W Fs 稍大一些 且滑轮越轻 用滑轮 所做的功越接近于直接用手所做的功 综合各组实验数据 可以得出结论 使用滑轮可以省力 但不省功 3 机械 从以上两个实验中可以看出 不管是使用杠杆 还是使用滑轮 都不能省功 大量实验证明 使用机械时 人们所做的功都不会少于不用机械时所做的功 也就是利 用任何机械都不省功 这个结论叫做功的原理 板书 三 功的原理 使用任何机械都不省功 布置作业布置作业 4 1 用 10 牛竖直向上的拉力 使放在水平地面上重为 8 牛的物体竖直向上移动了 2 米 则拉力做功为 A 4 焦 B 16 焦 C 20 焦 D 36 焦 2 小星用右图所示的滑轮组 在 4 秒内将质量为 60 千克的物体 A 匀速提升了 0 5 米 已知绳子自由端所用的拉力 F 为 200 牛 则在这个过程中拉力做了 焦的功 3 动手动脑学物理 第二节第二节 功率功率 教学目标教学目标 一 知识与技能 一 知识与技能 1 知道功率是描述物体做功快慢的物理量 2 知道功率的计算公式 单位 并会利用功率公式进行简单计算 3 学习应用比值的方法来定义新的物理量 二 过程与方法 二 过程与方法 1 能通过实例 作图等多种方式来描述功率 2 通过测量活动的组织安排 培养学生的合作意识和协作能力 三 情感 态度与价值观 三 情感 态度与价值观 通过资料认识常见运动物体的功率大小及功率在实际应用的重要价值 5 教学重点教学重点 功率的概念和利用公式的计算 教学难点教学难点 对功率意义的理解 教学用具教学用具 多媒体 教学过程教学过程 一 复习提问 一 复习提问 1 力学里的功包括两个必要的因素是什么 计算功的公式和国际单位制中功的单位是 什么 由学生口答 2 在建筑工地上要把 1000 块大理石板送到 20 米高处 已知每块大理石板重 50 牛 用起重机可以在 2 分钟内将大理石板一次全部送到 20 米高处 如果用一个工人来背 把这 些大理石板送到 20 米高处所用的时间是 40 小时 试求用这两种方法 把大理石板全部运送 到 20 米高处 起重机和工人各做了多少功 让两位学生到黑板上板书 后显示解答 解 起重机吊送大理石板所做的功 W1 F1 s G h 50 1000 牛 20 米 1 0 106焦 工人背运大理石板所做的功 W2 F2 s G h 50 1000 牛 20 米 1 0 106焦 二 引入新课 二 引入新课 在上面的问题中是起重机做快还是人做功快 用多媒体观看课前拍录的几组同学上楼的情况 如图所示 第一组选择体重相同的两 个同学 第二组选一个大个子与一个小个子的两个同学 第三组选两个上楼速度差不多的两 个同学 同时测出每组同学的体重和上楼的高度及到达指定高度所用的时间 让同学们讨论 这三组同学他们做功的快慢情况 三 新课教学 三 新课教学 6 1 功率 回忆以前我们是如何比较物体运动快慢的 启发同学们思考如何比较做功的快慢 多媒体展示做功快慢与运动快慢的类比 比较物体运动的快慢比较做功的快慢 相同时间 比较 路程的长短 单位时间内通过 的路程 相同时间 比较 做功的多少 单位时间内做的 功 速度 s v t W P t 板书 单位时间内所做的功 叫做功率 2 功率的公式与单位 功率的公式 功 功率 时间 如果用 P 表示功率 用W表示功 用 t 表示时间 则 功率 的公式 W P t 功的国际单位是焦 J 时间的国际单位是秒 t 功率的单位就是 焦 秒 符号 是 J s 向同学介绍 由于瓦特在物理学有很大的贡献 人们为了纪念他就用他的名子来作为功 率的单位 简称为 瓦 符号为 W 即 1W 1J s 于是功率的国际单位是 瓦 与常用单位千瓦 kW 的关系是 1kW 1000W 板书 功率的公式 W P t 单位 焦 秒 符号是 J s 专用的国际单位 瓦 符号为 W 即 1W 1J s 3 功率的意义 表示物体做功的快慢的物理量 1W 表示物体在每秒所做的功是 1 焦 功率是机器的主要技术性能之一 简要说明选购机器考虑它的功率时要从实际出发 指导同学们阅读教材上的小资料 板书 表示物体做功的快慢的物理量 4 实例讲解 例题 用多媒体展示 建筑工地上 水泥板质量为 0 7t 起重机在 15s 内把它匀速提升 到 4m 的高度 起重机提升重物的功率是多少 解 先计算起重机做了多少功 再求单位时间所做的功 这就是功率 7 起重机对物体的拉力与物体所受的重力相等 F G mg 0 7 1000kg 10N kg 7 103N 物体在拉力的方向上移动的距离 s 4m 所以起重机所做的功是 W Fs 7000N 4m 2 8 104J 起重机提升水泥板的功率是 4 3 2 8 10 1 9 10 15 WJ PW ts 答 起重机提升重物的功率是 1 9 103W 四 课堂小结 四 课堂小结 由老师引导学生回忆本节课学到的知识 1 单位时间内所做的功 叫做功率 2 功率的公式是 W P t 国际单位是 W 其中 P 表示功率 W表示功 t 表示时间 3 功率的意义 表示物体做功的快慢的物理量 1W 表示物体在每秒所做的功是 1 焦 五 布置作业 五 布置作业 1 登楼梯比赛时 某同学从底楼匀速登上 5 楼 共用了 30s 该同学登楼时克服重力做 功的功率最接近于 A 500W B 200W C 50W D 10W 2 粗糙水平面上有一个重为 50N 的物体 用 10N 的水平推力使其在 10s 内匀速前进了 20m 则在此过程中 A 推力做了 1000J 的功 B 推力的功率为 20W C 重力做了 1000J 的功 D 摩擦阻力为 50N 3 东风牌汽车在平直的公路上匀速行驶 160m 所用时间为 10s 若此时卡车所受的牵引 力为 5000N 则这段时间内牵引力所做的功为 J 牵引力的功率是 W 4 如图所示 升国旗用的旗杆顶上安装滑轮 甲图 是为了 而塔吊中使用滑 轮组 乙图 主要是为了 乙图中用 104N 的拉力 F 将重为 1 8 104N 的重物匀速竖 直提升 10m 用了 20s 则拉力 F 的功率是 W 8 甲 乙 5 小徐的体重为 500 牛顿 他想粗略地测算自己在单杠上做引体向上运动的功率 他用尺 量出握拳时手臂的长度为 0 6 米 并测出自己连续拉上去 5 次的时间为 10 秒 如图所示 请计算 小徐在这段时间内克服重力所做的功为多少 小徐做引体向上运动的功率为多大 练习答案 1 B 2 B 3 8 105 8 104 4 改变力的方向 省力 9000 5 1500J 150W 动手动脑学物理 9 第三节第三节 动能和势能动能和势能 教学目标 教学目标 1 理解动能和重力势能的初步概念 2 知道什么是弹性势能 3 理解机械能的初步概念 4 培养学生的抽象思维能力 教学重点 教学重点 理解动能和重力势能 教学难点 教学难点 能的概念的建立 教学方法 教学方法 实验法 讨论法 教学用具 教学用具 钢球 斜槽轨道 小木块 砝码 弹簧 教学过程 教学过程 一 新课引入 一 新课引入 我们在日常生活中经常提到能 诸如热能 电能 能源开发等等 能 确是物理学中 的一个重要概念 能的概念跟功的概念有密切联系 我们说一个物体能够做功 这个物体就 具有能 电流能做功 具有电能 自然界中 能的形式很多 今天我们学习最常见的能的形式 动能和势能 二 新课教学 二 新课教学 1 1 动能 动能 1 动能 急流的河水能把石头冲走 流水能做功 飞行的子弹能把木板打穿 飞行的子弹能做 功 风吹动帆船航行 空气流动形成的风能做功 这些物体能做功 它们都具有能 它们的 能量由于物体运动才具有的 水由于流动 子弹由于飞行 空气由于流动而具有能 物理学中把物体由于运动而具有的能叫动能 一切运动的物体都具有动能 物体能够做的功越多 表示这个物体具有的能量越大 那么动能的大小与哪些因素有 关呢 现在我们通过实验来研究 这是个带槽的木板 我们把钢球放到斜面上令其滚下 到达平面上打击一个小木块 推 动木块做功 根据木块被推动的距离远近来判断钢球具有的动能的大小 教师演示 学生观察实验 第一次 我们使小钢球从某一高度由静止开始滚下 注意木块被推的距离 第二次 我们换一个质量大的钢球 从同一位置由静止开始滚下 到达平面上时和刚才 的小钢球具有同样的速度 再观察木块被推 10 动的距离 很显然 第二次木块被推的距离比第一次远得多 说明大钢球做的功多 也就是 大钢球具有的动能大 提问 这个实验说明了什么 学生回答 这个实验说明了物体的动能大小跟它的质量有关 速度相同时 质量越大 动能越大 我们用同一个钢球再做两次实验 教师演示 学生观察 第一次 我们让钢球从比较低的位置由静止开始滚下 第二次我们让钢球从比较高的位 置由静止开始滚下 比较两次实验中木块被推的距离大小 很显然 钢球从更高的位置滚下来 到达平面上时具有更大的速度 木块被推的更远 提问 这个实验说明了什么 学生回答 这个实验说明同一个物体速度越大 动能越大 通过以上实验可知 物体的质量越大 速度越大 动能就越大 课堂练习 1 一辆汽车加速运动 它的动能 2 火车进站时做减速运动 它的动能 停止后 它的动能 3 一辆洒水车在马路上匀速前进并正在洒水 它的动能 2 2 势能 势能 运动的物体具有动能 生活中也有很多物体并没有运动 但是它们也能做功 也具有能 人们在打桩时 必须把重锤高高举起 当重锤落下时可以做功 将木桩打入地里 试 想 一个重锤如果静止地压在本桩上是不是能做功呢 重锤只有在被举高的情况下才能做功 即重锤被举高时才具有做功的本领 能 一池静止的水是不能做功的 但是这一池静止的水如果处在高山上 水落下时就可以做 功 把水车冲得转起来 被举高的物体具有的能叫重力势能 重力势能的大小跟哪些因素有关 请大家判断下列物体的重力势能的大小 1 打地基时 质量是 20 千克的石头重锤和质量是 100 千克的铁制重锤被举得同样高 谁的重力势能大 学生回答 2 同一个重锤 被举高 1 米或 3 米两种情况下 哪种情况重力势能大 学生回答 通过以上的两个例子说明大家能判断出重力势能的大小跟物体的质量和被举的高度有关 物体的质量越大 举得越高 它具有的重力势能越大 11 3 弹性势能 大家看一个实验 教师边演示 边讲授 这是一个弹簧 把一个砝码放在弹簧上的小木板上 用力将弹簧压缩 使其发生弹性形 变 此时 弹簧静止 没有动能 弹簧也没有被举高 也没有重力势能 可是大家想象 弹 簧能不能做功 放开手 砝码被弹簧举起来 可见 被压缩的弹簧也具有能 这种能区别于动能和重力势能 它是由于物体发生了弹 性形变而具有的能 所以 发生弹性形变的物体具有的能叫弹性势能 物体在很多情况下都具有弹性势能 射箭用的弓被拉满时产生弹性形变 具有弹性势能 钟表的发条在卷紧时具有弹性势能 通过做功来带动钟表机件正常转动 物体的弹性势能的大小跟形变大小有关 弹性形变越大 它具有的弹性势能越大 重力势能和弹性势能都叫做势能 布置作业 布置作业 动手动脑学物理 第四节第四节 机械能及其转化机械能及其转化 教学目标 教学目标 一 知识与技能 一 知识与技能 1 知道机械能包括动能和势能 2 能用实例说明动能和势能之间可以相互转化 能解释有关动能 重力势能 弹性势 能之间相互转化的简单现象 3 初步了解机械能守恒的含义 二 过程与方法 二 过程与方法 观察滚摆的运动 从高处滚下的小球 铁锁的摆动等 分析其具有的能及其变化 理解 机械能可以相互转化 三 情感 态度与价值观 三 情感 态度与价值观 通过分析物体的能量及其变化 增强学生分析问题 解决问题的能力 培养将机械能的 12 知识应用于日常生活的意识 教学重点 教学重点 机械能的概念 机械能的相互转化 教学难点 教学难点 机械能的相互转化 教学用具 教学用具 滚摆 斜槽 小球 铁锁等 教学过程 教学过程 一 复习提问 一 复习提问 手持粉笔头高高举起 以此事例提问 被举高的粉笔具不具有能量 为什么 二 引入新课 二 引入新课 学生回答提问后 再引导学生分析粉笔头下落的过程 首先提出 当粉笔头下落路过某 一点时 粒笔头具有什么能量 继而让学生比较在该位置和起始位置 粉笔头的重力势能和 动能各有什么变化 三 进行新课 三 进行新课 实验 1 滚摆实验 展示动能和重力势能间的相互转化 出示滚摆 并简单介绍滚摆的构造及实验的做法 事先应在摆轮的侧 面某处涂上鲜明的颜色标志 告诉学生观察颜色标志 可以判断滚摆转动 的快慢 引导学生复述并分析实验中观察到的现象 开始释放滚摆时 滚摆在 最高点静止 此时滚摆只有重力势能 役有动能 滚摆下降时其高度降低 重力势能减少 滚摆旋转着下降 而且越转越快 其动能越来越大 滚摆 到最低点时 转动最快 动能最大 其高度最低 重力势能最小 在滚摆下降的过程中 其 重力势能逐渐转化为动能 滚摆到达最低点后 会继续转动 这时 滚摆位置会越来越高 重力势能逐渐增加 速 度会随高度上升越来越小 动能逐渐减少 在滚摆上升过程中 其动能转化为重力势能 结论 动能和重力势能是可以相互转化的 实验 2 斜槽实验 展示动能和弹性势能间的相互转化 演示图 2 动能和弹性势能的转化实验 让木球从斜槽上端滚下 让学生观察木球碰击弹 簧片的过程 然后 依据下图 甲 乙图和乙 丙图分析动能转化为弹性势能和弹性势能转 化为动能的过程 分析 木球接触弹簧 弹簧开始被压缩 随弹簧的缩短 弹性势能增加 速度减小 动 能减小 动能转化为弹性势能 木球到达乙图位置时 弹簧形变最大 弹性势能最大 木球 速度为零 木球动能为零 弹簧开始弹出木 图 1 13 球 到达丙图位置时 木球速度达到最大 动能最大 在弹簧弹出木球的过程中 弹性势能 转化为动能 结论 动能和弹性势能之间也可以相互转化 引导学生观察或探究图 14 2 2 三幅图中 能量是怎样变化的 又是怎样转化的 学生讨论 老师总结 动能和势能统称为机械能 动能是物体运动时具有的能量 势能是存储着的能量 动能动能和势能统称为机械能 动能是物体运动时具有的能量 势能是存储着的能量 动能 和势能可以相互转化 和势能可以相互转化 如果只有动能和势能相互转化 机械能的总和不变 或者说机械能是守恒的 如果只有动能和势能相互转化 机械能的总和不变 或者说机械能是守恒的 实验 3 模拟单摆实验 如图 3 所示 把铁