鲁科版物理必修二全册教案

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

⑴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。

⑵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。

⑶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

⑴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否

做功以及做功的正负；总功的计算。

⑵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人「

15

式，并把移动课桌这一具体上「qii'Vi

问题转换为物理模型来讨冬⑷冬⑹冬©

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E是否做功，为什么？

预测1都有做功。

预测2图(a)恒力厂有做功，图(b)恒力厂没有做功。

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厂与该物体沿力

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)恒力厂做的功各为

多少？

预测1都有做功，W=Fs.

预测2图(a),W=Fs-,图(b),〃=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)恒力厂是否做功、做的功

为多少？

设疑力厂有什么作用效果？

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？

X

分组讨论探究，并请小组代表回答问题2。

IiF>；

预测1不做功。因为物体在力歹的方向上没有

发生位移，s是水平方向上发生的位移。

预测2有做功，W=Fs0因为功是力尸与位移s的乘积

预测3有做功，W=Fscosa0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Q=

7

Fcosa和竖直上提的力F2=Fsin«o所以恒力T对物体所做的功W=WX

=Fscosa。

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a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=Fscosa

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］⑴功的公式：W=Fscosa（适用条件是厂必须是恒力）

a的力对物体

os

取值做功情况

a

a二力对物体

0—做正功

用小黑板或多媒体投影出示Fs

下列表格

力0<力对物体

7U

a(对物体a<70Fsc做正功

的取值osa做功情osa

况

a二

a力不做功

71

~2

二00

0It

力对物体

2

<a<

0<0做负功

<a<7r

兀

7

力对物体

aa=7i

-1做负功

71-Fs

=7

71

2

<a<7r

a=

71

让学生阅读课本P5后，由小组讨论得到结果，填入表格中。

问题3求出图甲中恒定推力厂对小车所做的功用。

预测1

预测2W\-F5cosl50°=-

预测3W\=F5COS30°=±Fs

教师引导学生如何根据物理情景来判定公式W=Fscosa中的夹角

a,指出Wx=F5cos30°=坐外是正确的，依据是将代表力产与位移s

的箭尾移到同一点如图丙所示，再看它们之间的夹角。并指出W=Fs

只适用于恒力厂与位移s同向的情况。

问题4求出图乙中恒定拉力厂对小车所做的功勿2。

预测1W2^FS7世

预测2印2=F5cosl50°=-2^s

问题5试比较图甲、乙中力厂对小车所做的功的大小。

预测1WX>W2

预测2Wx=W2

说明设置以上儿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,

平=%2才是正确的。又如做功-9J>1J,-1J<3J,5J=-5Jo

［板书］⑵正功与负功表示两种相反的做功效果。功是标量，功的

“正”、”贫，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

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，推力厂对小车所做了坐外的功，表明推力/对小车的

运动起促进作用，这个力是动力；在图乙中，拉力厂对小车所做了-坐

A的功，表明拉力厂对小车的运动起阻碍作用，这个力是阻力。也就

是说，动力一定做正功，阻力一定做负功。

［板书］⑶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？

预测I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，如果物体同时受到儿个

力的作用，那么，如何求解这儿个力对物体所做的功和总功呢？

⑶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〃?=100kg,斜面倾斜角a=37。，斜面的长度

/=1.5m,货物与斜面间的动摩擦因素4=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。(glX10m/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/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=

mgcosa，f=/iN=jumgcosa。

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畋

=0o

重力G对货物所做的功勿G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〃=/sin37。，所以

%=G/z=〃zg/sin37。=100x10x1,5x0.6J=900J

方法二：用公式%=Escosa。由于重力与位移的夹

角为90。-37。=53。,所以

%=G/cos53。=/wg/sin37°-100x10x1.5x0.6J=

900J

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

Gi和垂直紧压斜面的分力G2,则有G,=mgsin37°o

由于G2与位移垂直，G2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Gi所做的功，即

WG=GJ=wg/sin37°=100x10x1.5x0.6J=900J

摩擦力/对货物所做的功

%=//cos180°=-〃〃2gcos370"y-0.2x100x10x0.8x1.5J=-

240J

外力对物体做的总功

W&=咻+%+%=(0+900-240)J=660J

物体所受合外力F☆=G\-/=mgsin37°-//mgcos370,方向与位移

相同。

合外力所做的功

〃合=F合1=(wgsin370-//mgcos37°)/=mg(sin37°-/zcos370)1

-100x10x(0.6-0.2x0.8)x1.5J=660J

说明例题的选择主要是考虑以下几点：①温故，如受力分析、正

交分解等。②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。③求重力功时可以进行多角度的思维训练。④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％总=/+%+…+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〃总=p合scosa

来求解，其中a是合力厂合方向与位移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：

（-）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。

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

(-)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

1、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

±o

①流动的河水冲走小石块；

②飞行的子弹穿过木板；

③自由下落的重物在地上砸了一个坑；

④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)、①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。

②分析：拉下物体，弹簧发生弹性形变具有弹性势能。

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。

③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。

①水冲击水轮发电机发电。机械能一电能；

②太阳出来，照耀森林。太阳能一生物能。

③傍晚，电灯亮了。电能一光能(内能)

过渡引言：上边我们分析了儿个能量转化过程，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？

2、功和能的关系

(1)、用多媒体展示下边儿个过程

①人拉重物在光滑水平面上由静止而运动；

②在水力发电厂中，水流冲击水轮机，带动水轮机转动；

③火车在铁路上前进。

(2)、师生共同分析

①中人对重物做功的过程中，人的生物能转化为物体的动能。

②在水力发电厂中，水流对水轮机的冲击，带动水轮机转动，从而

带动发电机转动而做功，水流的机械能转化为电能。

③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。

3、功和能的联系：

①功和能都是标量；

②功和能的国际单位都是焦；

③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.理解功率的导出式右八V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。

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.功率的表达式产方•尸的物理意义和运用。

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。

（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It的货物从地面

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Imin

方式三：用另一台起重机提升，需时30s

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；抽水机比辘转提水快，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。）

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/与完成这些功所用时间方的比值叫做功率。（板

书）

2.定义式：尸/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。

国际单位：瓦特（w）,常用单位：千瓦（kw）或焦耳/秒（J/s）

（板书）

—功f单位：焦耳（J）

「一做功所用时间f单位：秒（s）

换算关系：1kw=1000w1w=1J/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

儿个力的作用？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。

(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5X101W-15X101W(2)摩托车约2X

10：iW

(3)喷气客机约2X10'W(4)人心脏跳动的功率

1.5W左右

(5)火箭的发动机约IX10gw(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IX

102W

(9)优秀运动员短时间内的功率可达1000W

二、功率尸与力尺速度厂的关系(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,

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％试求此时汽车牵引力6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（/与位移s或。同方向）（板书）

即力分的功率等于力尸和物体运动速度。的乘积.。注意方是速度r

方向上的作用力。

分析讨论：由s/t求出的是物体在时间1内的平均速度，代

入公式尸尸厂求出的功率是方在时间方内的平均功率；如果「取得足够

小，则v表示瞬时速度，此时由尸=后求得的功率就是分在该时刻的瞬

时功率。即当〃为平均速度时，求得的功率就是平均功率，〃为瞬时速

度时，求得的功率就是瞬时功率。

总结：

rV是平均速度1〃是平均功率A（分为恒力，且分与3同向）

(板书)

P=Fv-是瞬时速度，尸是瞬时功率(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)……

师生共同分析：

(1)根据尸寸V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一，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：由尸二//Z求出的是瞬时功率还是平均功率？

学生小组讨论后得出：由公式户二十/方求出的功率，反映了该力

在2时间内做功的平均快慢，故由公式尸二//1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，时间不过是十儿秒，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。）

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？

①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。

②实际功率：机械在运行过程中实际输出的功率是实际功率。

实际功率可以小于额定功率，可以等于其额定功率（称满负荷运

行），但不能大于额定功率，否则容易将机械损坏。

机车启动过程中，发动机的功率指牵引力的功率而不是合外力或阻

力的功率。

③平均功率：物体在一段时间内做功功率的平均值叫平均功率。

通常用定义式尸=入描述，只有当物体匀速运动时一，才等于瞬时功率。

④瞬时功率：物体在某一时刻的功率叫做瞬时功率。通常用P=Fv

表示，必须注意尺/与户的同时性。

很多机械的铭牌上都标有这台机器的额定功率，请同学将家里的电

器设备上的额定功率都记录下来，计算家里的每部机器每天要做多少

功？要消耗多少电能？哪一部机器最耗电？并与同学进行交流。

教师：（课件展示）

（1）当牵引力/一定时，功率〃和速度”之间有什么关系？

（2）当速度-一定时，牵引力歹和功率尸之间关系如何？

（3）当输出功率夕一定时，牵引力厂和速度”之间有什么关系？

根据公式9引/可知，物体的运动速度了与牵引力厂成反比，如

果汽车需要较大的牵引力，就必须减小运动速度。课件展示下列关系：

F一定时，P^v（板书）

据修V可,。一定时，P^F（板书）

〃一定时，（板书）

3.推广式：P=Fvcosa（a为力/与瞬时速度了方向间的夹角）

说明：

（1）当歹为合外力时、〃为合外力做功的功率；当分为某一外力时,

户为该力做功的功率；

（2）在汽车等交通工具一类问题中，式中产为发动机的实际功率,

分为发动机的牵引力，厂为汽车的瞬时速度。

4.学生进行测功率活动。

教师：如何才能知道在某种运动中自己做功的功率呢？请同学设计

一个测量方案，并进行实际测量。

（激励积极思考、设计可行方案，动脑动手，体验科学探究实验方

法和感受实验成果的喜悦。）

预测学生的实验方案可能有：（让学生结合自己的情况来进行设计

实验）

方案1：学生快速跑上楼，来测量做功的最大功率；

方案2：估算学生自己平时上楼或爬山过程的功率；

方案3：设计沿某一竹杆或树杆上爬一定的高度，来测量做功功率;

方案4：利用跳绳运动，来测量做功功率；

方案5：测算自己举起杠铃时的最大功率（需要同学的帮忙）；

方案5：……

说明：

(1)有关实验方案、原理、器材、数据的测定及同学协作等，都

应放手让学生自行讨论、分工，这样才能培养学生的实验能力，提供学

生合作交流的机会。

(2)方案选定后，要注意引导学生如何求功和功率，需要选择哪

些实验器材，测量哪些物理量？测量是否存在误差问题，如何才能较准

确地测量。

(3)根据学生设计的方案，组织学生进行实验。实验结果可让学

生通过实物展台进行交流汇报，师生共同观看，最后还可以进行评选活

动。

(4)通过亲身的实验活动，达到内化知识，提升能力，培养学生

应用物理知识解决实际问题能力，同时也在实验过程中培养学生严谨的

科学态度。

(在应用物理规律时，不仅要做巩固性练习，而且要结合实际问题

情景，让学生在实施的过程中体验如何应用物理知识解决问题，特别是

方案设计的讨论有助于促进学生各方面的发展，提高学生学习的兴趣，

建议课后安排学生测功率。)

【案例评析】

本节课教学设计不仅注重学生新知识的形成过程，让学生在学习知

识的同时体会如何进行科学的思维，使学生养成具体问题具体分析和严

密思维的习惯，而且在教学过程中注重调动学生自主学习的积极性和主

动性，教学设计注意体现物理学的价值，提高学生理论联系实际、解决

实际问题能力，在教与学过程中促进学生科学的价值观和世界观形成。

本设计从学生日常生活中的例子出发引导学生进一步的思考，发现

问题，然后通过实例分析揭示问题的本质；在此过程教师留给学生独立

思考的空间和时间，学生在学习的过程中充满问题意识和创新意识，有

效培养了学生的观察能力和探究问题的能力。在得出功率尸与力尺速

度，的关系之后，教师利用身边常见的现象，应用关系式分析机动车常

见的启动问题，突出体现生活中的物理，让学生体验到物理现象就在身

边，物理知识不仅有趣，而且还是很有价值的。

板书设计

一、功率的含义

1.功率的定义：功跟完成这些功所用时间的比值叫做功率

2.功率的公式：片区（适用求平均功率A）

t

3.功率的物理意义：功率是表示做功快慢的物理量

国际单位：瓦（w）

4,功率的单位:

常用单位：千瓦（kw）或焦/秒（J/s）

换算关系：lkw=1000w=1000J/s

5.功率是标量，表示做功过程中能量转化的快慢

二、功率与力、速度的关系

1.功率与力、速度的关系的推导

2.公式：P=Fv（/与位移s或/同方向）

'v是平均速度v,〃是平均功率P（分为恒力，且分与V

同向）

P=Fvv是瞬时速度，〃是瞬时功率

分一定,，P8V

据P=F，可得v一定时，P^F

P一定时，F°<=-

V

3.推广式：P=Fvcosa（a为力户与瞬时速度了方向间的夹角）

第4节人与机械

【教学目标】

知识和技能

1.巩固机械功的原理；

2.能熟练计算机械效率，并知道其代表的物理意义；

3.理解功率和机械效率是从不同方面反映机械性能的两个物理量,

它们之间无必然的联系；

4.了解现代机械的发展水平。

过程和方法

注意初中旧知识的扩展、迁移。通过举例和分析来解决重点，突破

难点。理解功率和机械效率的不同物理意义。

情感态度与价值观

1.通过对机械效率的学习，领悟到不论什么情况下提高机械效率

都是十分重要的，它不仅有很高的经济价值，还能提高人们的效率意识,

而讲究效率正是现代人必须具备的基本素质之一。

2.树立崇高的理想，大胆地发明、创造，以不断改造人类自己的

生存条件，最终达到人与自然的和谐发展。

【教学重点】

1.能熟练计算机械效率，并知道其代表的物理意义；

2.理解功率和机械效率是从不同方面反映机械性能的两个物理量,

它们之间无必然的联系。

【教学难点】

1.理解功率和机械效率是从不同方面反映机械性能的两个物理量,

它们之间无必然的联系；

2.辨证认识智能化机械使用的利与弊。

【教学时数】1课时

【教学器材】

投影仪、投影片、视频资料、自行车、小型机器人模型等简单机械。

【教学过程】

新课导入

教师：前面我们已经学习了功率的概念，请同学们回顾一下引入功

率这一概念的物理意义是什么？

（引发学生思考，让学生加深对功率的理解，为更好地了解机械效

率与功率的异同服务。）

预测学生的回答可能有：

1、功率是描述做功快慢的物理量；

2、功率大就意味着单位时间内做的功就越多；

3、...

教师：机械是不是可以随意地增大自己的功率呢？

预测学生的回答可能有：

1、不可以随意地增大自己的功率，任何机械都有一个最大的输出

功率，即额定功率

2、可以增大自己的功率，只要加大油门；

3、可以增大自己的功率，只要换个发动机就行了;

4、...

（引发学生联系实际地思考，培养学生的发散思维能力，又能更好

地激发学生的学习兴趣，教师再加以指导，指明加大油门只能是实际功

率未达到额定功率时可行，换功率更大的发动机在实际中不切实可行，

除非另行安装发动机备用，从而得出不可以随意地增大自己功率的结

论）

新课推进

一、功率与机械效率

教师：功率的大小是衡量一个机械做功能力的重要物理量，功率越

大说明该机械单位时间内做的功就越多，那是不是功率越大的机械就越

好呢？

大家不妨思考这样一个我们熟悉的例子：是不是学习时间越长的同

学，学习成绩就越好呢？事实是不一定的，为什么呢？除了要有时间保

证，还要有科学的学习方法，有较高的学习效率才可以。由此联想到机

械做功是否也有一个效率问题呢？

（提出悬念，引发思考，让学生在初中学习的机械效率基础上，通

过阅读教材P16内容，经过思考、整理、归纳得出结论，实现初、高中

物理知识的衔接和平稳过渡。)

1.机械效率的计算：〃="=殳1(板书)

w息P总

教师：如何理解“机械效率”呢？请举例说明有用功、额外功和总

功。

预测学生结合初中所学可能列举的实例有：

(1)利用滑轮组在竖宜方向提高重物，克服重物的重力所做的功

是有用功，即/行用=G物力；克服滑轮与其转轴之间的摩擦力做功、克服

动滑轮及绳子重力所做的功是额外功。

(2)利用滑轮组在水平方向匀速移动物体，克服物体所受阻力做

的功是有用功，即/有小F阻s；克服滑轮与其转轴之间的摩擦力做功是

额外功。

(3)利用滑轮组在斜面上移动重物，克服重物的重力所做的功是

有用功，即忆行用=G物力;克服滑轮与其转轴之间的摩擦力做功、克服动

滑轮及绳子重力所做的功是额外功。

(4)……

说明：对学生所举的各种实例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。

教师：上述实例中，我们把重物提高到一定高度，或在水平、斜面

上使重物移动一定的距离，就是我们使用简单机械的目的，对使用机械

是有利用价值的，所做的功是有用功；而滑轮组克服滑轮与其转轴之间

的摩擦力做功、提升重物过程中克服动滑轮及绳子重力所做的功等是额

外功；作用在机械上的动力对机械做的功就是总功，即/总=歹动S,或/

总=/“用+『额外。

教师：机械效率是不是总小于1?

学生经分析不难得出正确的答案：是的，因为例有用总是要小于W&o

教师：引入机械效率的物理意义是什么？它和功率又有什么区别

呢？

（提出问题，引发思考和比较，让学生通过阅读教材P|6〜P|7内容，

经过思考、归纳、自主得出结论，体现新课程中提倡的自主性学习。）

2.功率和机械效率的区别：功率是表示做功的快慢；机械效率是表

示机械对总能量的利用率。它们之间没有什么必然的联系。（板书）

教师：机械效率是表示机械做功或利用机械实现能量转化的有效程

度的物理量，机械效率越高，有用功所占的比例就越多，额外功所占的

比例就越少，同学们能否找到提高机械效率的例子呢？

（让学生列举例子，并归类总结）

预测学生可能列举的实例有：

（1）在建筑工地上把一车水泥运到楼顶，采用吊车比工人用手搬

运省时、省力，提高工作效率。

(2)用水泵抽水比人工提水灌溉农田省时一、省力，提高工作效率。

(3)乘自动扶梯或电梯上楼比直接走上楼更省时，更轻松。

(4)……

二、机械的使用

1、机械使用的意义

教师：我们生活中无处不在使用着机械，可以说人类已经很难离开

机械了，那么人类使用机械的目的是什么呢？

预测学生的回答可能有：

(1)可以代替人力做功

(2)可以完成超越人力的工作

(3)可以使人们的工作变得更轻松更有效率

(4)……

说明：让学生通过思考自己身边所熟悉的问题，认识机械的使用和

人们的生活息息相关，从而认识到提高机械效率具有十分重要的意义，

增强效率意识。

2.学生进行交流活动

教师：同学们能联系实际说说使用机械的好处吗？

将学生分为若干小组，每组各找一个熟悉的机械为研究对象，并进

行交流总结所研究的机械使用的妙处，最后每组选一个代表总结小组研

究的成果。

（激励积极思考，寻找熟悉的机械使用例子，体验合作交流学习方

法的益处，拓宽各自的知识面，感受得出研究成果的喜悦，达到内化知

识，提升能力，培养学生应用物理知识解决实际问题能力，促进学生各

方面的发展，提高学生学习的兴趣。）

3.知识拓展

接着教师播放视频介绍现代机械的发展，播放结束后进行总结：毫

无疑问，智能化机械的使用给人类带来了很多的便利，但如果不能合理

地利用这些成就，也同样会给人类带来危害。

你能想象吗？在医院的手术台前，机器人在为病人做开颅手术；在

远离地球的月球表面，机器人在代替人类采集月球标本；在未来的战场

上，可能有一种体积宛如昆虫的武器，竟能使一座城市的电力全部瘫

痪……这些并非是科学幻想，而是正在或将要成为现实。机器人是人类

创造的一种机器，也是人类创造的一个伟大奇迹，机器人的出现满足了

人类的一种幻想。这就是说，在某些方面，机器人具有超人的能力。那

么，目前世界上机器人技术发展到了一个什么样的水平，又在哪些领域

得到应用？在机器人时代向我们走来的同时:让我们走进机器人，了解

一下机器人的世界吧！

被称为人类生活和生产“最忠实的伴侣”的机器人，近儿年来取得

飞速发展，引起世人的关注。

经过近几十年的发展，机器人已初步形成了一个近百万人的“王

国”，机器人发展迅速、种类繁多，国际上依据其技术特点和规模大小

的不同，对它们进行了分类。1990年在工业机器人国际标准大会上把机

器人分为四类：

(1)顺序型。很多固定作业的装配机械手都属于此类。

(2)沿轨道作业型。这类机器人能执行受控过程。

(3)远距离作业型。这类机器人可接受遥控，对操作者的行为反

应可通过编程实现，应用于核工业、真空、宇宙、海洋开发等应用领域。

(4)适应型或者智能型。它们具有感知、适应或学习功能。具体

可分为工业机器人、农业机器人、特种工作机器人、医疗机器人、体育

机器人、讲解机器人、服务机器人、战场机器人、“小人国”机器人等

等，其中“特种机器人”又可分为太空机器人、核工业机器人、深海机

器人以及救灾机器人等。

在这个机器人王国中，目前主要成员是工业机器人，它占总数的70

%以上，全球正在工作的工业机器人共有74万，我国有3000台左右。

这只新兴工业大军的形成，必将为人类的工农业生产作出突出贡献。

1.核事故机器人(板书)

在法国希农A2号核反应堆的一个特别场地，聚集着各种负责核干

预任务的机器人，一旦发生放射性物质泄漏的严重事故，人们就可以借

助它们对事故进行处理。这些机器人可以进行认知、提取和测量。

2.仿生机器人（板书）

“仿生机器人”是指模仿生物、从事生物特点工作的机器人。目前

在西方国家，机械宠物十分流行，另外，仿麻雀机器人可以担任环境监

测的任务，具有广阔的开发前景。21世纪人类将进入老龄化社会，发展

“仿人机器人”将弥补年轻劳动力的严重不足，解决老龄化社会的家庭

服务和医疗等社会问题，并能开辟新的产业，创造新的就业机会。

美国研制出一种机器金枪鱼，它身长6m,躯体由铝链环组成，游动

时它的时速只有9.7km,但可以横渡大西洋漫长的海域。它主要用来测

量海水的温度、密度和流速，并把这些数据通过卫星传送到世界各地。

3.昆虫机器人（板书）

美国麻省理工学院研制出一种有趣的昆虫机器人，它的特点在于能

够由感应的信息直接导致类似人类条件反射活动的反应。

最先进的步行智能机器人“埃尔玛”，是一种形似蝗虫的智能多脑

机器人，每条腿上都有自己独立的人造神经系统，它的智力水平与昆虫

大致相当，它是目前世界上步行智能机器人中最先进的。

4.飞行机器人（板书）

又名无人驾驶飞行器，这种机器人真正令世人刮目相看是在20世

纪80年代中期，它用来巡查森林、防治火灾。

5.太空机器人（板书）

在人类建造大型的宇宙空间站的工作中，机器人是不可缺少

的。它们由航天飞机送往与太空站相同的轨道上，宇航员可以在太空站

工作台上操纵这些太空机器人。科学家把机器人送往太空，让它们清扫

太空垃圾，建造太空站以及修理人造卫星。

日本研制的修理人造卫星的高性能太空机器人，它适于在失重的条

件下工作。

美国研制的新型星球探索机器人“亥伯龙”号，这种机器人最特别

的功能，就是可以在发生故障和陷入困境的时候，智能化地自动追踪太

阳从而继续获得能量。听起来很像是中国古代的“夸父追日”的故事。

6.机器人医生（板书）

麻醉，建立先进的闭式体外循环，在胸部打两个小孔，机械手伸了

进来，“握”住了进入人体内的小摄像头。切口，开始做手术。这种名

叫“利萨”的机械手为近30位病人做过手术，“利萨”在手术中负责

“抓”着摄像头，“听”着大夫发出的“上、下、左、右移动……”的

指令，用电脑进行声控，使他通过电脑显示屏，看清楚手术的视野，以

便操作。

7.替身机器人（板书）

极限作业中替身机器人可上太空可下深海。它可以代替人类从事许

多人所不能及的工作，它除了能去人不能去的海底和太空外，如果在耳

朵和眼睛上加上特殊的感测器，它还能看见人所不能看见的东西，听到

人所无法听到的声音。

8.微型机器人（板书）

机器人技术正在向微型化和超微型化方向发展，无数微型机器人将

在广阔的领域中工作。微型机器人又称为“明天的机器人”，它同智能

机器人一起成为科学家们追求的目标。

发展微型和超微型机器人的知道思想非常简单：某些工作若用一台

结构庞大、价格昂贵的大型机器人去做，不如用成千上万个非常低廉、

细小而极简单的机器人去完成。机器人机器人技术正在向微型化和超微

型化方向发展，无数微型机器人将在广阔的领域中工作。超微型机器人

是一种极度缩小了的机器人，它只有人的头发丝那样粗细，可以在人体

血管中穿行，消除癌变或修复损伤的组织。

美国国家安全实验室制造出了有史以来世界上最小的机器人，这部

机器人质量不到1盎司，体积为四分之一立方英寸。它还拥有一个智慧

的“大脑”一一8KROM处理器，以及灵活的“腿”——皮带传动装置。

据悉袖珍机器人可以代替人去完成许多危险的工作。

9.纳米机器人（板书）

纳米机器人是纳米生物学中最具有诱惑力的内容，第一代纳米机器

人是生物系统和机械系统的有机结合体，这种纳米机器人可注入人体血

管内，进行健康检查和疾病治疗一。还可以用来进行人体器官的修复工作、

做整容手术、从基因中除去有害的DNA,或把正常的DNA安装在基因中，

使机体正常运行。第二代纳米机器人是直接把原子或分子装配成具有特

定功能的纳米尺度的分子装置，第三代纳米机器人将包含有纳米计算

机，是一种可以进行人机对话的装置。这种纳米机器人一旦问世将彻底

改变人类的劳动和生活方式。

10.消防机器人（板书）

消防机器人的发展受到各国重视，它可以在城市失火的时候排除

险情，小型的消防机器人移动方便，利于迅速靠近起火点，喷水压制火

情。

总之，智能机器人已经发展到了非常惊人的地步，相信，不久的将

来会有更多的机器人活动在我们的平常生活中。

三、小结（多媒体展示）

1.功率和机械效率是从两个不同方面反映机械性能的两个物理量，

它们之间没有必然的联系，前者表示做功的快慢，后者表示机械对总能

量的利用率。

2.机械的使用给人类带来了很多的便利，但如果不能合理地利用，

也同样会给人类带来危害。总之，我们要不断积极地去探索自然规律，

并应用这些规律大胆地发明和创造，不断改善人类自己的生存，并最终

达到和自然和谐发展。

【案例评析】

本节课教学设计注重更多地和生活实际相联系，让学生通过学习明

确机械的使用就是为了代替人力做功，鼓励学生认真了解和认识身边的

机械，而且在教学过程中介绍了各种各样的机器人，调动了学生自主学

习的积极性和主动性，激发了学生学习的积极性，教学设计注意体现物

理学的价值，提高学生理论联系实际、解决实际问题能力，在教与学过

程中促进学生科学的价值观和世界观形成。

本设计从学生熟悉的实例出发引导学生进一步的思考，发现问题，

然后通过实例分析揭示问题的本质；学生在学习的过程中充满问题意识

和创新意识，有效培养了学生的观察能力和探究问题的能力。针对学生

初学“机械效率”时，往往对概念陌生难懂，思维不通、前后矛盾,甚

至与“功率”相混淆，教师利用身边常见的现象，通过分析阐述，帮助

学生理解机械效率的物理含义，认识机械效率的高低是反映机械性能优

劣的重要指标之一，通过剖析额外功产生的原因，从而了解提高机械效

率的办法，有效突破掌握这一概念的难点。同时突出体现生活中的物理,

让学生体验到物理现象就在身边，物理知识不仅有趣，而且还是很有价

值的。

板书设计

一、功率与机械效率

1.机械效率的计算：〃="=与里

%、P忌

2.功率和机械效率的区别：功率是表示做功的快慢；机械效率是表

示机械对总能量的利用率。它们之间没有什么必然的联系。

二、机械的使用

极大地丰富和改善了我们的生活，但要注意机械的合理使用，最终

达到与大自然的和谐共处。

第二章第1节《动能的改变》教学设计

一、学习目标与任务

1、学习目标描述

（一）知识与技能

1.理解什么是动能，知道动能的定义式，会用动能的定义式进

行计算。

2.理解动能定理及其推导过程。

3.知道动能定理的适用范围，会用动能定理进行计算。

4.巩固用打点计时器打下的纸带计算物体的即时速度，利用图

象探究物理量间的关系。

（二）过程与方法

1.通过用纸带与打点计时器来探究功与速度的关系，体验知识

的探究过程和物理学的研究方法。

2.运用演绎推导方式推导动能定理的表达式。

3.理论联系实际，培养学生分析问题的能力。

（三）情感态度与价值观

通过实验探究，体会学习的快乐，激发学习的兴趣；通过亲身

实践，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观；通过动能定

理的演绎推导，培养学生对科学研究的兴趣。

2、学习内容与任务及教学流程说明

本节课的内容主要学习动能这一概念和力学中的一条重要规律

——动能定理。通过本节的学习，应使学生感受动能的大小与哪些

因素有关，理解动能定理的推导过程。清楚动能定理的适用条件，

通过对比分析使学生体会到应用动能定理解题较牛顿运动定律与运

动学公式解题的不同点

学习重点：动能定理利用实验和理论两种方法得出的过程；

动能定理的理解和简单应用。

学习难点：实验的设计与实施，以及有关物理过程的分析方法。

明确本课的重点和难点，以学习任务驱动，实验探究与问题讨

论为方式，以动能概念的引入及恒力做功与动能变化的关系的探究

为核心，通过各种展示方式创设情景，引导学生通过对问题的交流

讨论和实验探究，理解动能和动能定理，了解学习基本的物理学研

究方法。充分利用教具、教师个人主页提供的课程学习资源和交流

讨论区，在着重学习内容的基础上，内延外拓，培养学生科学探究

能力、利用网络搜集信息和协作交流的能力。

二、学习者特征分析

学生在初中就知道了动能的初步概念，动能定理是第二章能的

转化和守恒第1节的内容，学生在前面第一章学习过做功和能的概

念。动能定理常用于解决运动学问题，学习好动能定理非常重要，

并为后一节的能量守恒定律的掌握打下基础。在学习“必修1”的

过程中，学生已经知道实验探究和理论推导相结合的科学研究方法,

在这里再次采用这种方法，使学生更加熟悉。

三、学习环境选择与学习资源设计

1.学习环境选择(打J)

(1)Web教室()(2)多媒体教室(3)室外活

(V)动()

(4)校园网(4)(5)Internet(6)其它

(V)

2、学习资源类型(打

(1)课件(网络课(2)工具(3)专题学习网

件)(J)()站()

(4)多媒体资源库(5)案例库(6)题库()

()()

(7)网络课程()(8)个人主(