《功与能量》教学设计

《功与能量》教学设计教学目标1.功、功率概念的理解及计算．2.动能定理、功能关系、机械能守恒定律的理解及应用．3.应用牛顿运动定律、平抛运动、圆周运动、电磁场等知识相结合进行综合解决问题4.引导全体学生积极主动参与,构建和谐、有效、生动的课堂。教学方法讲评法、分析法、讨论法。教学重点1、列出动能定理的方程W合=Ek2－Ek1及其他必要的解题方程，进行求解．2、根据机械能守恒定律列出方程．解方程求出结果，并对结果进行必要的讨论和说明．教学难点分别列出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式．列出能量守恒关系式：ΔE减=ΔE增．课时安排第一讲功、功率的理解与计算。动能定理

（2课时）第二讲

机械能守恒

功能关系

能量守恒定律

（3课时）第三讲

功能关系在电磁学中的应用

（2课时）教学过程

第一讲功、功率的理解与计算

动能定理一、功的求解方法1．恒力的功：W=Flcosα，α是恒力F与位移l之间的夹角．2．恒定功率的功：机车类功率恒定情况下，W=Pt.3．合力的功：(1)W合=Flcosα，α是合力F与位移l之间的夹角；(2)W合=W1＋W2＋…(代数和)；(3)动能定理：W合=Ek2－Ek1.1．(2009·海南高考)一物体在外力的作用下从静止开始做直线运动，合外力方向不变，大小随时间的变化如图所示．设该物体在t0和2t0时刻相对于出发点的位移分别是x1和x2，速度分别是v1和v2，合外力从开始至t0时刻做的功是W1，从t0至2t0时刻所做的功是W2，则A．x2=5x1v2=3v1

B．x2=9x1v2=5vC．x2=5x1W2=8W1

D．v2=3v1W2=9W点评：本题给出F-t图象，考查位移、速度、功要求考生能准确应用功能关系分析物理过程、解决具体问题．

2(2010·课标全国理综)如图所示，在外力作用下某质点运动的v－t图象为正弦曲线．从图中可以判断A．在0～t1时间内，外力做正功B．在0～t1时间内，外力的功率逐渐增大C．在t2时刻，外力的功率最大D．在t1～t3时间内，外力做的总功为零点评：本题给V-t图象，考查功要求考生能准确应用功能关系分析物理过程、解决具体问题．3．(2009·四川)图所示为修建高层建筑常用的塔式起重机．在起重机将质量m=5×103

kg的重物竖直吊起的过程中，重物由静止开始向上做匀加速直线运动，加速度a=0.2

m/s2，当起重机输出功率达到其允许的最大值时，保持该功率直到重物做vm=1.02

m/s的匀速运动．取g=10

m/s2，不计额外功．求：(1)起重机允许输出的最大功率．(2)重物做匀加速运动所经历的时间和起重机在第2秒末的输出功率．点评：本题考查功、输出功率要求考生能准确应用功能关系分析物理过程、解决具体问题．4．[2013·山东卷]

如图2－4－1所示，楔形木块abc固定在水平面上，粗糙斜面ab和光滑斜面bc与水平面的夹角相同，顶角b处安装一定滑轮．质量分别为M、m(M>m)的滑块，通过不可伸长的轻绳跨过定滑轮连接，轻绳与斜面平行．两滑块由静止释放后，沿斜面做匀加速运动．若不计滑轮的质量和摩擦，在两滑块沿斜面运动的过程中()A．两滑块组成系统的机械能守恒B．重力对M做的功等于M动能的增加C．轻绳对m做的功等于m机械能的增加D．两滑块组成系统的机械能损失等于M克服摩擦力做的功点评：本题考查了功、动能定理和功能关系的理解应用，要求考生能准确应用功能关系分析物理过程、解决具体问题．5．(20XX年高考江苏单科卷)如图所示，细线的一端固定于O点，另一端系一小球．在水平拉力F作用下，小球以恒定速率在竖直平面内由A点运动到B点．在此过程中拉力的瞬时功率变化情况是()

A．逐渐增大

B．逐渐减小C．先增大，后减小

D．先减小，后增大点评：本题瞬时功率变化。要求考生能准确应用功能关系分析物理过程、解决具体问题．

6.(2010·江苏单科)(16分)在游乐节目中，选手需借助悬挂在高处的绳飞越到水面的浮台上，小明和小阳观看后对此进行了讨论．如图5－2－5所示，他们将选手简化为质量m=60

kg的质点，选手抓住绳由静止开始摆动，此时绳与竖直方向夹角α=53°，绳的悬挂点O距水面的高度为H=3

m．不考虑空气阻力和绳的质量，浮台露出水面的高度不计，水足够深取重力加速度g=10

m/s2，sin

53°=0.8，cos53°=0.6.(1)求选手摆到最低点时对绳拉力的大小F；(2)若绳长l=2

m，选手摆到最高点时松手落入水中．设水对选手的平均浮力f1=800

N，平均阻力f2=700

N，求选手落入水中的深度d；(3)若选手摆到最低点时松手，小明认为绳越长，在浮台上的落点距岸边越远；小阳却认为绳越短，落点距岸边越远．请通过推算说明你的观点．点评：本题考查圆周运动、平抛运动、临界状态。要求考生能准确应用功能关系分析物理过程、解决具体问题．第二讲

机械能守恒

功能关系

能量守恒定律1.应用机械能守恒定律解题的一般步骤(1)选取研究对象(2)分析研究对象在运动过程中的受力情况，明确各力的做功情况，判断机械能是否守恒．(3)选取零势能面，确定研究对象在初、末状态的机械能．(4)根据机械能守恒定律列出方程．(5)解方程求出结果，并对结果进行必要的讨论和说明．1．对能量守恒定律的理解(1)某种形式的能量减少，一定有另外形式的能量增加，且减少量和增加量相等．(2)某个物体的能量减少，一定有别的物体的能量增加，且减少量和增加量相等．2．应用定律的一般步骤(1)分清有多少种形式的能(如动能、势能、内能、电能等)在变化．(2)分别列出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式．(3)列出能量守恒关系式：ΔE减=ΔE增．1

(20XX年苏北四市模拟)如图所示装置由AB、BC、CD三段轨道组成，轨道交接处均由很小的圆弧平滑连接，其中轨道AB、CD段是光滑的，水平轨道BC的长度s=

5m，轨道CD足够长且倾角θ=37°，A、D两点离轨道BC的高度分别为h1=4.30m、h2=1.35m．现让质量为m的小滑块自A点由静止释放．已知小滑块与轨道BC间的动摩擦因数μ=0.5，重力加速度g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8.求：(1)小滑块第一次到达D点时的速度大小；(2)小滑块第一次与第二次通过C点的时间间隔；(3)小滑块最终停止的位置距B点的距离．点评：本题考查的是多过程问题。要求考生能准确应用功能关系分析物理过程、解决具体问题．2．(20XX年丹东模拟)如图所示，水平传送带长为s，以速度v始终保持匀速运动，把质量为m的货物放到A点，货物与皮带间的动摩擦因数为μ，当货物从A点运动到B点的过程中，摩擦力对货物做的功不可能()

A．等于mv2

B．小于mv2C．大于μmgs

D．小于μmgs点评：本题考查传送带问题。要求考生能准确应用功能关系分析物理过程、解决具体问题．3．(20XX年银川模拟)光滑斜面上有一个小球自高为h的A处由静止开始滚下，抵达光滑的水平面上的B点时速率为v0.光滑水平面上每隔相等的距离设置了一个与小球运动方向垂直的阻挡条，如图所示，小球越过n条阻挡条后停下来．若让小球从2h高处以初速度v0滚下，则小球能越过阻挡条的条数为(设小球每次越过阻挡条时损失的动能相等)()

A．n

B．2nC．3n

D．4n

点评：本题考查的是多过程问题。要求考生能准确应用功能关系分析物理过程、解决具体问题4．(15分)(20XX年石家庄模拟)质量m=1kg的物体，在水平拉力F(拉力方向与物体初速度方向相同)的作用下，沿粗糙水平面运动，经过位移4m时，拉力F停止作用，运动到位移是8m时物体停止，运动过程中Ek-x的图线如图所示．(g取10m/s2)求：(1)物体的初速度多大？(2)物体和水平面间的动摩擦因数为多大？(3)拉力F的大小．点评：本题给出Ek-x考查的是多过程问题。要求考生能准确应用功能关系分析物理过程、解决具体问题5．(15分)(20XX年十堰模拟)如图所示，粗糙弧形轨道和两个光滑半圆轨道组成翘尾巴的S形轨道．光滑半圆轨道半径为R，两个光滑半圆轨道连接处CD之间留有很小空隙，刚好能够使小球通过，CD之间距离可忽略．粗糙弧形轨道最高点A与水平面上B点之间的高度为h.从A点静止释放一个可视为质点的小球，小球沿翘尾巴的S形轨道运动后从E点水平飞出，落到水平地面上，落点到与E点在同一竖直线上B点的距离为s.已知小球质量m，不计空气阻力，求：

(1)小球从E点水平飞出时的速度大小；(2)小球运动到半圆轨道的B点时对轨道的压力；(3)小球沿翘尾巴S形轨道运动时克服摩擦力做的功．点评：本题考查的是平抛运动等，多过程问题。要求考生能准确应用功能关系分析物理过程、解决具体问题6．(20XX年高考海南卷)下列关于功和机械能的说法，正确的是()A．在有阻力作用的情况下，物体重力势能的减少不等于重力对物体所做的功B．合力对物体所做的功等于物体动能的改变量C．物体的重力势能是物体与地球之间的相互作用能，其大小与势能零点的选取有关D．运动物体动能的减少量一定等于其重力势能的增加量点评：本题考查的是功的概念及机械能守恒相关问题。要求考生能准确应用功能关系分析物理过程、解决具体问题7.(20XX年高考全国大纲卷)如图，一固定斜面倾角为30°，一质量为m的小物块自斜面底端以一定的初速度，沿斜面向上做匀减速运动，加速度的大小等于重力加速度的大小g.若物块上升的最大高度为H，则此过程中，物块的()A．动能损失了2mgHB．动能损失了mgHC．机械能损失了mgHD,

．机械能损失了mgH点评：本题考查的是动能定律、机械能守恒问题。要求考生能准确应用功能关系分析物理过程、解决具体问题8．(20XX年高考安徽理综)如图所示，在竖直平面内有一半径为R的圆弧轨道，半径OA水平、OB竖直，一个质量为m的小球自A的正上方P点由静止开始自由下落，小球沿轨道到达最高点B时恰好对轨道没有压力．已知AP=2R，重力加速度为g，则小球从P到B的运动过程中()A．重力做功2mgR

B．机械能减少mgRC．合外力做功mgR

D．克服摩擦力做功mgR点评：本题考查的是多过程问题。要求考生能准确应用功能关系分析物理过程、解决具体问题9．(20XX年南昌模拟)如图所示，甲、乙两车用轻弹簧相连静止在光滑的水平面上，现在同时对甲、乙两车施加等大反向的水平恒力F1、F2，使甲、乙同时由静止开始运动，在整个过程中，对甲、乙两车及弹簧组成的系统(假定整个过程中弹簧均在弹性限度内)，说法正确的是()

A．系统受到外力作用，动能不断增大B．弹簧伸长到最长时，系统的机械能最大C．恒力对系统一直做正功，系统的机械能不断增大D．两车的速度减小到零时，弹簧的弹力大小大于外力F1、F2的大小点评：本题考查的是多过程问题。要求考生能准确应用功能关系分析物理过程、解决具体问题10．(20XX年高考山东理综)如图所示，楔形木块abc固定在水平面上，粗糙斜面ab和光滑斜面bc与水平面的夹角相同，顶角b处安装一定滑轮．质量分别为M、m(M>m)的滑块，通过不可伸长的轻绳跨过定滑轮连接，轻绳与斜面平行．两滑块由静止释放后，沿斜面做匀加速运动．若不计滑轮的质量和摩擦，在两滑块沿斜面运动的过程中()A．两滑块组成系统的机械能守恒B．重力对M做的功等于M动能的增加C．轻绳对m做的功等于m机械能的增加D．两滑块组成系统的机械能损失等于M克服摩擦力做的功点评：本题考查的是连接体问题。要求考生能准确应用功能关系分析物理过程、解决具体问题11．(20XX年扬州模拟)如图所示，质量m=10kg和M=20kg的两物块，叠放在光滑水平面上，其中物块m通过处于水平方向的轻弹簧与竖直墙壁相连，初始时刻，弹簧处于原长状态，弹簧的劲度系数k=250N/m.现用水平力F作用在物块M上，使其缓慢地向墙壁移动，当移动40cm时，两物块间开始相对滑动，在相对滑动前的过程中，下列说法中正确的是()A．M受到的摩擦力保持不变B．物块m受到的摩擦力对物块m不做功C．推力做的功等于弹簧增加的弹性势能D．开始相对滑动时，推力F的大小等于200N点评：本题考查的是多过程问题。要求考生能准确应用功能关系分析物理过程、解决具体问题第三讲

功能关系在电磁学中的应用1.电场力的大小计算

电场力做功与路径无关．其计算方法一般有如下四种．(1)由公式W=Flcos

α计算，此公式只适用于匀强电场，可变形为W=Eqlcos

α.(2)由W=qU计算，此公式适用于任何电场．(3)由电势能的变化计算：WAB=EpA－EpB.(4)由动能定理计算：W电场力＋W其他力=ΔEk.2．电场中的功能关系

(1)若只有电场力做功，电势能与动能之和保持不变．

(2)若只有电场力和重力做功，电势能、重力势能、动能之和保持不变．

(3)除重力、弹簧弹力之外，其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化．

(4)所有外力对物体所做的功等于物体动能的变化．2.安培力、洛伦兹力的做功情况

(1)洛伦兹力在任何情况下对运动电荷都不做功．

(2)安培力对通电导线可做正功、负功，还可能不做功，其计算方法一般有如下两种

①由公式W=Flcos

α计算．

②由动能定理计算：W安＋W其他力=ΔEk3．电磁感应中的功能关系

(1)电磁感应电路为纯电阻电路时产生的焦耳热等于克服安培力做的功，即Q=W克安

(2)电磁感应发生的过程遵从能量守恒．焦耳热的增加量等于其他形式能量的减少量．1．(20XX年黄冈模拟)质量为m的带正电的物体处于竖直向上的匀强电场中，已知带电物体所受静电力的大小为物体所受重力的，现将物体从距地面高h处以一定初速度竖直下抛，物体以

的加速度竖直下落到地面(空气阻力恒定)，则在物体的下落过程中()A．物体的重力势能减少mgh，电势能减少mghB．由物体与周围空气组成的系统的内能增加了mghC．物体的动能增加mghD．物体的机械能减少mgh点评：本题考查的是多过程问题。要求考生能准确应用功能关系分析物理过程、解决具体问题2．(单选)(2013·新课标全国卷Ⅰ，16)一水平放置的平行板电容器的两极板间距为d，极板分别与电池两极相连，上极板中心有一小孔(小孔对电场的影响可忽略不计)．小孔正上方处的P点有一带电粒子，该粒子从静止开始下落，经过小孔进入电容器，并在下极板处(未与极板接触)返回．若将下极板向上平移，则从P点开始下落的相同粒子将()．

A．打到下极板上B．在下极板处返回

C．在距上极板处返回

D．在距上极板d处返回点评：本题考查的是电场力做功多过程问题。要求考生能准确应用功能关系分析物理过程、解决具体问题3．(多选)(2013·江苏卷，6)将一电荷量为＋Q的小球放在不带电的金属球附近，所形成的电场线分布如图2－5－1所示，金属球表面的电势处处相等．a、b为电场中的两点，则A．a点的电场强度比b点的大B．a点的电势比b点的高C．检验电荷－q在a点的电势能比在b点的大D．将检验电荷－q从a点移到b点的过程中，电场力做负功点评：本题考查的是电势、场强、电场力做功问题。要求考生能准确应用功能关系分析物理过程、解决具体问题4．[2013·新课标全国卷Ⅱ]

如图2－4－2所示，匀强电场中有一半径为r的光滑绝缘圆轨道，轨道平面与电场方向平行．a、b为轨道直径的两端，该直径与电场方向平行．一电荷量为q(q>0)的质点沿轨道内侧运动，经过a点和b点时对轨道压力的大小分别为Na和Nb.不计重力，求电场强度的大小E、质点经过a点和b点时的动能．点评：本题考查的是圆周运动、电场力做功多过程问题。要求考生能准确应用功能关系分析物理过程、解决具体问题5.如图2－4－4所示，位于一水平面内的、两根平行的光滑金属导轨，处在匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨所在的平面，导轨的一端与一电阻相连；具