高中物理必修2《功》教學設計
教學目標
1．知識與技能
(1)理解功的概念和做功兩個要素；
(2)會利用公式進行有關運算。
2．過程與方法
(1)理解正、負功的含義，能解釋相關現象；
(2)W=FScosa要靈活運用。
3．情感、態度與價值觀
通過學習功的概念及其公式導出的過程，讓學生體會并學習物理學的研究方法，認識物理模型和數學工具在物理學發展過程中的作用。
教學重難點
理解功的概念及正負功的意義。
教學難點
利用功的定義式解決有關問題。
教學關鍵
學生要在理解力對物體做功的兩個要素的基礎上掌握功的概念和機械功的計算公式。
教學工具
計算機、投影儀、CAI課件等。
教學方法
從學生已學的知識出發，循序漸進，通過提出問題，分析問題，得出結論，遵循學生的認知規律；采用啟發和引導學生對它們加以綜合比較，進一步完善和鞏固“功”的概念。
引入新課
1．同學們：在上課之前，我們來重溫“神舟7號載人飛船”直擊長空，振奮人心的發射錄像。播放視頻，教師講解，說明在燃料燃燒的推力作用下，火箭冉冉升起于碧空之中。這個過程涉及了今天要學習的內容。
（板書：5．2 功）
2．提問：什么叫做力做功？功的兩個必要因素是什么？
3．要求學生動手將物理課本從桌子的一端移動到另外一端（或移到窗臺上）。
4．請一學生將一書包從教室左端提到右端。
5．請一學生將放有重物并帶有拉繩的小車從教室的前排拉到后排。
6．提示：可以采用不同的方法，如平推、上提、斜拉等搬運方法達到搬運的目的。
7．提出問題：幾位同學在上述操作過程中，他們對物體的作用力在那些階段做了功？若做功，所做的功如何計算？
1．觀看視頻，產生強烈的學習愿望。明確今天的學習內容。
2．讓學生回憶和復習初中已學過的功的概念。
3．回憶初中學過的功的兩個必要因素。
4．動手操作后并將操作過程用示意圖畫在黑板上。
5．思考問題。
進行新課
（一）功的概念
提出問題：高中對功是怎樣定義的呢？
引導學生擴展：高中我們已學習了位移，所以做功的兩個要素我們可以認為是：作用在物體上的力。物體在力的方向上移動的位移。
3．舉例并指導學生分析：人拉車向前運動，說明拉力對車做了功。(強調車在拉力作用下，發生了哪一段位移，并指明位移的方向。)
4．強調力和物體在力的方向上發生一段位移，是做功的兩個不可缺少的因素。
5．想一想，高中物理中功的概念與初中有什么不同？
6．“位移”與“距離”有什么區別？“發生”跟“通過”有什么差異？
7．引導學生分析后講解：位移是矢量，距離是標量。發生的一段位移并不要求物體非要沿著發生位移的路徑通過，如人提水桶上坡，提力對水桶做功。人提水桶上坡的運動可分解為水平方向，豎直方向兩個分運動。提力對作水平方向上分運動的水桶不做功，對作豎直方向上分運動的水桶不做功。用“發生一段位移”取代“通過的距離”不是簡單的更換詞組，它使我們所學的功的概念更深刻、更嚴密、更科學、更具普遍意義。其實，功這個概念是19世紀人們在廣泛使用各種機械時總結出來的。隨著實踐的發展和科學的進步，功的概念也漸趨嚴密、科學、完善。我們學習功的概念也應由淺入深，由局部到一般。在今天和往后的學習中，我們是能體會到這一點的。(適時地對學生進行科學史觀和認知規律的教育)
1．思考老師提出的問題。
2．在老師的引導思考，回答問題。
3．分組討論得出不同點：①高中講“位移”，初中講“距離”。②高中講“發生”一段位移，初中講“通過”的距離。
4．通過分析、討論、歸納，認識到做功的兩個因素：①作用在物體上的力。②物體在力的方向上移動的位移。
（二）推導功的表達式
1．一個物體受到力的作用，且在力的方向上移動了一段位移，這時，我們就說這個力對物體做了功。在初中學習功的概念時，強調物體運動方向和力的方向的一致性，如果力的方向與物體的運動方向不一致呢？相反呢？力對物體做不做功？若做了功，又做了多少功？怎樣計算這些功呢？本節課我們來繼續學習有關功的知識，在初中的基礎上進行擴展。
2．如果力的方向與物體的運動方向一致，該怎樣計算功呢？
展示問題一：物體m在水平力F的作用下水平向前行駛的位移為s，如圖甲所示，求力F對物體所做的功。
3．如果力的方向與物體的運動方向不一致，而是成某一角度，又該怎樣計算功呢？
展示問題二：物體m在與水平方向成α角的力F的作用下，沿水平方向向前行駛的距離為s，如圖乙所示，求力F對物體所做的功。
4．展示學生的推導結果，點評、總結，得出功的定義式。
5．講解：力F對物體所做的功等于力的大小、位移的大小、力和位移夾角的余弦這三者的乘積。即：W=Fscosα
W表示力對物體所做的功，F表示物體所受到的力，s物體所發生的位移，α力F和位移之間的夾角。功的公式還可理解成在位移方向的分力與位移的乘積，或力與位移在力的方向的分量的乘積。在SI制中，功的單位為焦。1J=1N·m在用功的公式計算時，各量要求統一采用國際單位制。
6．對功的一般公式W＝FScosα是如何理解的？
1．思考老師提出的問題，根據功的概念獨立推導。
在問題二中，由于物體所受力的方向與運動方向成一夾角α，可根據力F的作用效果把F沿兩個方向分解：即跟位移方向一致的分力F1，跟位移方向垂直的分力F2，如圖所示：
據做功的兩個不可缺少的因素可知：分力F1對物體所做的功等于F1s。而分力F-2的方向跟位移的方向垂直，物體在F-2的方向上沒有發生位移，所以分力F2所做的功等于零。所以，力F所做的功W=W1＋W2=W1=F1s=Fscosα。
2．在教師的指導下進一步體會：①功是標量、過程量；②F一般為恒力，可以是某一個力也可以是幾個力的合力，但要求這個合力也是恒力，若作用力是變力，千萬不能用；③S為力F作用時物體所發生的位移，不一定是力的方向上的位移；④α是F與S的夾角；⑤要計算功只要找恒力F、S和α就可以了，不必計較物體的做怎樣的運動。
（三）正功和負功
1．指導學生閱讀課文第5頁的正功和負功一段。
通過上邊的學習，我們已明確了力F和位移s之間的夾角，并且知道了它的取值范圍是０°≤α≤180°。那么，在這個范圍之內，cosα可能大于0，可能等于0，還有可能小于0，從而得到功W也可能大于0、等于0、小于0。請畫出各種情況下力做功的示意圖，并加以討論。
2．根據學生畫圖情況，點評、總結。
3．指導學生閱讀課文。提出問題，力對物體做正功或負功時有什么物理意義呢？結合生活實際，舉例說明。
4．傾聽學生回答，點評、總結。
在對功的意義認識的基礎上，指導學生討論體會正功的意義是：力對物體做功向物體提供能量，即受力物體獲得了能量。負功的意義是：物體克服外力做功，向外輸出能量(以消耗自身的能量為代價)，即負功表示物體失去了能量。功是能量轉化的量度。
5．也可以引導學生這樣來理解正功和負功：
①功的正負表示是動力對物體做功還是阻力對物體做功；
功的正負由力和位移之間的夾角決定，所以功的正負決不表示方向，而只能說明做功的力對物體來說是動力還是阻力。當力對物體做正功時，該力就對物體的運動起推動作用；當力對物體做負功時，該力就對物體運動起阻礙作用。
②功的正負是借以區別誰對誰做功的標志；
功是標量，只有量值，沒有方向。功的正、負并不表示功的方向，而且也不是數量上的正與負。我們既不能說“正功與負功的方向相反”，也不能說“正功大于負功”，它們僅表示相反的做功效果。正功和負功是同一物理過程從不同角度的反映。同一個做功過程，既可以從做正功的一方來表述也可以從做負功的一方來表述。一個力對物體做負功，往往說成物體克服這個力做功。打個比喻，甲借了乙500元錢，那么從甲的角度表述，是甲借了錢；從乙的角度表述，乙將錢借給了別人。例如：一個力對物體做了-10J的功，可以說成物體克服這個力做了10J的功。
1．認真閱讀教材，思考老師的`問題。
①當α=π/2時，cosα=0，W=0。力F和位移s的方向垂直時，力F不做功；
②當α＜π/2時，cosα＞0，W＞0。這表示力F對物體做正功；
③當π/2＜α≤π時，cosα＜0，W＜0。這表示力F對物體做負功。
2．閱讀課文，理解正功和負功的含義。回答老師的問題。
（四）合力做功
1．剛才我們學習了一個力對物體所做功的求解方法，而物體所受到的力往往不只一個，那么，如何求解幾個力對物體所做的功呢？
2．出示例題：如圖所示，一個物體在拉力F1的作用下，水平向右移動位移為s，求各個力對物體做的功是多少？各個力對物體所做功的代數和如何？物體所受的合力是多少？合力所做的功是多少？
抽幾名學生在黑板上演示解題過程，點評總結。
3．進一步解析：物體受到拉力F1、滑動摩擦力F2、重力G、支持力F3的作用。重力和支持力不做功，因為它們和位移的夾角為90°；F1所做的功為：W1=Fscosα，滑動摩擦力F2所做的功為：W2=F2scos180°=-F2s。
各個力對物體所做功的代數和為：W=（F1cosα-F2）s根據正交分解法求得物體所受的合力F=F1cosα-F2 合力方向向右，與位移同向；
合力所做的功為：W=Fscos０°=（F1cosα-F2）s
4．強調：在求合力功的時候一定要分析清楚所有做功的外力是否在同一過程中。
1．認真審題，解決問題。
2．專心聽老師分析講解。
3．在老師的指導下討論得出：當物體在幾個力的共同作用下發生一段位移時，這幾個力對物體所做的功可以用下述方法求解
（1）求出各個力所做的功，則總功等于各個力所做功的代數和；
（2）求出各個力的合力，則總功等于合力所做的功。
典型例題
出示題目：一個質量m=2kg的物體，受到與水平方向成30°角斜向上方的拉力F1=100N，在水平地面上移動的距離s=10m。物體與地面間的滑動摩擦力F2=40N。求外力對物體所做的總功。
認真審題，解答，并闡述自己的解題方法。
課堂小結
1．引導學生在交流的基礎上小結本節內容。
2．讓學生概括總結本節的內容。請一個同學到黑板上總結，其他同學在筆記本上總結，然后請同學評價黑板上的小結內容。
3．總結課堂內容，培養學生概括總結能力。
認真總結概括本節內容，比較黑板上的小結和自己的小結，并補充完整。
板書設計
1．功的概念：作用在物體上的力，使物體在力的方向上發生一段位移，我們就說，這個力對物體做了功。力和在力的方向上發生一段位移是做功的兩個必要因素。
2．功的公式：W=FScosα，這是計算功的普適公式，F、S均是矢量，α是兩矢量間的夾角，在國際單位制中，功的單位是焦耳。
3．對功的公式的討論
①當0≤α＜π/2時，力對物體做正功
②當π/2＜α≤π時，力對物體做負功
③當α=π/2時，力對物體不做功
4，合力的功
合力的等于各分力功的代數和。
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