3.1 功和功率 教案 -2023-2024学年高一下学期（中职）物理高教版《技术物理 上册》

第3章 能量和动量 引言：第2章已经学习了解决动力学问题的基本方法——牛顿运动定律。本章将学习解决动力学的另外两种基本方法——动量定理、动量守恒定律，动能定理、机械能守恒定律。 通过本章的学习，同学们将体会到，引入动量、冲量的概念，运用能量、动量的守恒定律解决物体间作用时间短、作用力剧烈变化，并且变化规律很难确定的问题（例碰撞、打击、爆炸、反冲等问题）是十分有益的。 在初中物理课中，同学们学习过功和能的初步知识。自然界中存在各种不同形式的能量,机械能（动能和势能）、热力学能、电能、化学能及核能等，各种不同形式的能量可以相互转化，而且在转化过程中总能量守恒。功和能是有密切联系的，做功的过程就是各种形式的能量相互转化的过程，或是能量在不同物体间转移的过程。一个过程中做了多少功，就有多少能量发生转化或转移。 本章将通过研究做功的多少和快慢，定量研究各种机械能及其相互转化、转移的规律。 3-1 功和功率 一、教学目标 1．理解功和功率的概念，会用功和功率的公式进行有关计算。 2．理解正功和负功的含义，知道在什么情况下力做正功或负功。 3．知道合外力所做的总功等于各个力所做的功的代数和。能计算合力做的总功。 4．知道什么是瞬时功率，平均功率，并能用来解释现象和进行计算。 二、教学重点难点 重点：1．功的概念，功的计算公式。 2．功率的概念，功率的种类及计算。 难点：1．判断各个力做功的正负，总功的计算。 2．功率的种类及计算。 三、教学器材 带有牵引细线的滑块（或小车）。 四、教学建议 教法建议 讨论、归纳、讲练法。 教学设计方案 （一） 引入新课 初中我们已学过功的概念和计算方法，请同学们回答以下问题： A．初中学过做功的两个因素是什么？ （作用在物体上的力和物体在力的方向上移动的距离） B．举例说明力对物体做了功。（学生举例） （二）引出课程内容 1．功 第一章我们已学习了位移，可以认为是：一个物体在力的作用下，沿力的方向发生一段位移，这个力就对物体做了功。人推车前进，车在人的推力作用下发生一段位移，推力对车做了功。起重机提起货物，货物在起重机钢绳的拉力作用下发生一段位移，拉力对货物做了功。列车在机车的牵引力作用下发生一段位移，牵引力对列车做了功。 以上实例得知：力和物体在力的方向上发生的位移，是做功的两个必要因素。 （1）力； （2）力的方向上有位移。 2．功的计算 ① 教师用带有牵引细线的滑块在光滑桌面上水平拉滑块使其滑动一段位移。又用细线斜向上拉滑块使其滑动一段位移（图1）。 ② 将示意图分别在黑板上画出，提出以下问题，让学生思考、讨论： 问题一：滑块所受的拉力F、重力、支持力是否对滑块做了功？ 问题二：当拉力的方向与滑块位移方向一致或成某一夹角时，拉力对滑块所做的功如何计算？ 讨论得到：分析一个力是否对物体做功，关键是看受力物体在这个力的方向上是否有位移。 图1 图2 当力的方向与物体运动的方向一致，功就等于力的大小和位移大小的乘积。用表示位移的大小，用W表示力F所做的功，则 当力的方向与位移方向成某一夹角时（图2），将力F沿平行于位移方向和垂直于位移方向进行正交分解。在沿位移方向的分力F1的作用下物体有位移，沿垂直于位移方向的分力F2的方向上物体没有发生位移，F2所做的功等于零。所以力F做的功就是分力F1做的功，即 表示力F与位移夹角。 结论：功的大小不仅与力、位移的大小有关，还与力和位移间的夹角有关。 (1) 定义：力对物体所做的功，等于力的大小、位移的大小、力和位移的夹角的余弦这三者的乘积。 (2) 功是标量，只有大小，没有方向，但功有正负（功的正负不表示方向）。 (3) 功的单位：焦耳，符号J。 1 J=1 N×1 m=1 N·m 3．正功、负功 通过以上的学习已知力F与位移之间的夹角，其取值范围是0°≤≤180°，在此范围内cos可能大于0、等于0、小于0。即功也可能为正值、负值或零。 （1）当=π/2时，cos=0，=0，表示力的方向跟位移方向垂直时，力不做功。 （2）当0≤＜π/2时，cos＞0， ＞0，表示力对物体做正功。 （3）当π/2＜≤π时，cos＜0，＜0，表示力对物体做负功。 一个力对物体做负功，也可以说物体克服这个力做（正）功。例如：竖直向上抛出的小球，在向上运动的过程中，重力对小球做了-6 J的功，也可以说这个小球克服重力做了6 J的功。 举例说明物体做正功或负功。 A．向上抛出的小球，在向上运动的过程中重力对小球做负功。 B．行驶中的汽车，牵引力对汽车做正功，阻力对汽车做负功。 举例说明：正