第1节 机械功（表格式教学设计）物理鲁科版2019必修第二册

该高中物理教学设计聚焦机械功的定义、公式（W=Fscosα）、单位及正负判断等核心知识点，通过展示工人推车、起重机吊货物等生活实例并配合图片或短视频导入，联系初中知识，引出“力的空间累积效果”，搭建学习支架。 资料亮点在于注重科学探究与科学思维培养，如通过弹簧测力计拉木块实验探究力、位移及夹角关系，用微元法和F-s图像处理变力做功；结合生产生活实例渗透科学态度与责任。助力学生深化物理观念，提升分析能力，也为教师提供重难点突出、资源丰富的教学支持。

第1节 机械功（教学设计） 年级 高一年级 学科 物理 教师 课题 第1节 机械功 教学 目标 物理观念 理解机械功的定义、物理意义及单位，明确功是标量，能结合实例判断力是否做功及做功的正负，建立正确的功的物理观念。 科学思维 通过推导机械功的计算公式，培养逻辑推理能力；能运用功的公式分析实际问题，区分恒力做功与变力做功的不同处理方式，提升科学思维水平。 科学探究 通过实验模拟不同情境下力对物体做功的过程，探究力、位移及夹角与功的关系，掌握科学探究的基本方法，提高动手操作和数据分析能力。 科学态度 与责任 认识功的概念在生产生活和科学研究中的广泛应用，体会物理学与实际的紧密联系；感受科学家建立物理概念的严谨过程，培养尊重科学、勇于探索的科学态度和社会责任感。 教学重难点 教学重点： 1、 机械功的定义、计算公式及单位。 2、 判断力是否做功及做功正负的方法。 教学难点： 1、 理解力与位移夹角对功的影响，准确计算恒力做功。 2、初步理解变力做功的处理思路（微元法思想），能利用图像描述功的大小。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 展示生活中的做功实例：工人推车前进、起重机吊起货物、运动员举起杠铃等（配合图片或短视频）。提问：这些场景中，力都对物体产生了作用，那力的作用效果仅仅是改变物体的运动状态吗？是否存在其他可以量化的效果？引出课题：今天我们就来学习一个描述力对物体空间累积效果的物理量 —— 机械功。 观察实例，思考教师提出的问题，结合已有生活经验和初中知识，初步感知 “功” 的概念，激发学习兴趣。 新课讲授 一、机械功的定义 1. 实验演示： （1）用弹簧测力计拉着木块在水平桌面上匀速运动，记录弹簧测力计的示数（力 F）和木块移动的距离（位移 s） （2）改变拉力方向，使拉力与水平方向成一定夹角，再次拉动木块匀速运动相同距离，记录此时拉力大小和夹角。 2. 提问引导： （1） 两次实验中，拉力对木块的作用效果是否相同？为什么？ （2）如何定量描述拉力对木块的 “贡献”？ 3. 推导定义：结合实验现象和初中所学，指出当力的方向与位移方向一致时，功等于力和位移的乘积（W=Fs）。当力与位移有夹角 α 时，只有沿位移方向的分力（Fcosα）对物体的运动有 “贡献”，从而得出机械功的定义：物理学中，把力对物体所做的功，定义为力的大小、位移的大小以及力和位移夹角的余弦这三者的乘积。板书：机械功（W）：W = Fscosα 参与实验观察，记录实验数据。思考并讨论教师提出的问题，跟随教师的推导过程，理解机械功定义的由来，明确力、位移及夹角在功的定义中的作用。 新课讲授 二、机械功的相关要素 1. 功的单位：介绍国际单位制中功的单位是焦耳（J），说明 1J 的物理意义：1N 的力使物体在力的方向上发生 1m 的位移时，力对物体所做的功为 1J，即 1J = 1N・m（配合图片展示 1J 的大致效果，如将两个鸡蛋举高 1m 所做的功约为 1J）。 2. 功的标量性：提问：力是矢量，位移也是矢量，功是矢量还是标量？结合实例分析：一个力对物体做正功，另一个力做负功，它们的效果可以直接代数叠加，说明功是标量，只有大小，没有方向。 3. 力做功的条件：通过反例分析（如用力推桌子但桌子未动、物体在光滑水平面上匀速运动时重力和支持力的作用），总结力做功的两个必要条件：一是物体受到力的作用，二是物体在力的方向上发生了位移。两者缺一不可。生活中随处可见运动的物体，例如玩耍的孩童、行驶的汽车、翱翔的雄鹰……（通过多媒体课件动图） 新课讲授 三、机械功的计算与正负判断 1. 恒力做功的计算： （1） 结合公式 W = Fscosα，分情况讨论夹角 α 不同时功的计算： 当 α = 0° 时，cosα = 1，W = Fs，力与位移方向相同，力做正功（如水平拉物体前进）。 当 α = 90° 时，cosα = 0，W = 0，力与位移方向垂直，力不做功（如物体水平运动时重力的作用）。 当 0° <α < 90° 时，cosα> 0，W > 0，力做正功（如斜向上拉物体前进）。 当 90° < α < 180° 时，cosα < 0，W < 0，力做负功（如物体上升时空气阻力的作用），也可表述为物体克服该力做功。 当 α = 180° 时，cosα = -1，W = -Fs，力与位移方向相反，力做负功（如刹车时摩擦力的作用，配合汽车刹车的图片）。 例题 1：如图所示，质量为m=2kg的物体静止在水平地面上。在与水平方向成θ=37°角、大小为F=10N的拉力作用下移动l=2m，已知地面与物体间的动摩擦因数μ＝0.3。（g取10m/s2 ，sin37°=0.6，cos37°=0.8）求： （1）拉力对物体做的功； （2）重力对物体做的功； （3）弹力对物体做的功； （4）摩擦力对物体做的功； 【详解】（1）由题意得拉力的功 （2）因为重力与位移相互垂直，故重力做功为0； （3）弹力与位移相互垂直，故支持力做功也为0； （4）由题意得物体对地面的压力 所以摩擦力 故摩擦力所做功的 变力做功的初步认识： 展示图 1-3（a）恒力做功的 F-s 图像，说明图像与位移轴围成的矩形面积表示功的大小。再展示图 1-3（b）变力做功的 F-s 图像，讲解微元法思想：将位移划分为若干小段，每一小段内可近似认为力是恒力，计算每小段力做的功（对应小矩形面积），总功即为所有小矩形面积之和。通过这种方法，可利用 F-s 图像计算变力做功（配合动画演示微元法的过程）。 3. 针对训练：如图甲所示，质量为4kg的物体在水平推力作用下开始运动，推力大小随位移大小变化的情况如图乙所示，则力所做的功为（    ） A．200J B．400J C．800J D．无法确定 【详解】图像与坐标轴围成的面积表示做功，力所做的功为 故选A。 新课讲授 四、合外力做功的计算 1. 提出问题：一个物体在多个力作用下运动，如何计算合外力对物体做的功？2. 方法推导： 方法一：先分别计算每个力对物体做的功 W₁、W₂、W₃……，再将这些功代数相加，得到合外力做的总功 W总= W₁ + W₂ + W₃ + …… 方法二：先根据力的合成，求出物体所受的合外力 F合，再根据功的公式计算合外力做的功 W总= F合scosα（α 为合外力与位移的夹角）。 2. 例题 2：质量 m = 2kg 的物体，受到与水平方向成 37° 角斜向右上方、大小为 10N 的拉力 F 的作用，在水平地面向右移动的距离 s = 2m，物体与地面间的滑动摩擦力 f = 4.2N，sin37° = 0.6，cos37° = 0.8。求在此过程中合外力对物体所做的功。 解析：方法一： 拉力 F 做的功：WF = Fscos37° = 10×2×0.8 = 16J 摩擦力 f 做的功：Wf = fscos180° = 4.2×2×(-1) = -8.4J 重力和支持力不做功（WG = 0，WN = 0） 总功 W总 = WF + Wf + WG + WN = 16 - 8.4 + 0 + 0 = 7.6J 方法二：水平方向合外力 F合= Fcos37° - f = 10×0.8 - 4.2 = 3.8N 竖直方向：Fsin37° + N - mg = 0（物体竖直方向无运动） 总功 W总 = F合= 3.8×2 = 7.6J 两种方法结果一致，验证合外力做功计算方法的正确性。 4. 讨论：合外力做功的正负与物体运动状态变化的关系（为后续动能定理学习铺垫）。 记忆功的单位及物理意义，通过实例理解功的标量性。分析反例，总结力做功的必要条件，加深对功的概念的理解。 跟随教师分析不同夹角下功的计算，掌握恒力做功的计算方法。通过例题和针对训练，巩固功的计算及正负判断，理解变力做功的处理思路，提升知识应用能力。 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 1．下列关于功的说法，正确的是（　　） A．力作用在物体上的一段时间内，物体运动了一段位移，该力一定对物体做功 B．力对物体做正功时，可以理解为该力是物体运动的动力 C．功有正、负之分，说明功是矢量，功的正、负表示功的方向 D．摩擦力一定对物体做负功 【答案】B 【详解】A．如果力与位移方向垂直，则该力对物体不做功，故A错误； B．力对物体做正功时，可以理解为该力是物体运动的动力，故B正确； C．功有正、负之分，但功是标量，功的正、负表示力对物体在对应过程中所起的作用，正功表示力为动力，负功表示力为阻力，故C错误； D．摩擦力对物体可以做负功，也可以做正功或不做功，故D错误。 2．在下列情况中，力对物体做功的是（　　） A．物体在水平面上做匀速直线运动，合力对物体做功 B．重力对自由落体运动的物体做功 C．物体在水平面上运动，水平面对物体的支持力做功 D．物体在固定斜面上沿斜面下滑时，斜面对物体的支持力做功 【答案】B 【详解】A．物体做匀速直线运动，则合力为零，合力不做功，A错误； B．重力与物体的运动方向相同，重力做正功，B正确； C．水平面对物体的支持力与物体的运动方向垂直，支持力不做功，C错误； D．斜面对物体的支持力与物体的运动方向垂直，支持力不做功，D错误。 3．物体受到两个互相垂直的作用力而运动，已知力F1做功6J，力F2做功8J，则力F1、F2的合力对物体做功为（　　） A．10J B．14J C．2J D．－2J 【答案】B 【详解】力F1、F2的合力对物体做功为 W=6J+8J=14J 4．以一定的初速度竖直向上抛出一个质量为m的小球，小球上升的最大高度为h，空气阻力的大小恒为F，则从抛出到落回到抛出点的过程中，空气阻力对小球做的功和所有外力对小球做的总功分别是（　　） A．0　0 B．－Fh　mgh C．Fh　mgh D．－2Fh　－2Fh 【答案】D 【详解】整个过程阻力做功为 整个过程，小球只受重力和阻力，又回到初位置，则重力不做功，所以合外力做的总功为阻力做的功，即-2hF。故ABC错误，D正确。 5．用一个大小恒定、方向始终与运动方向相同的水平力F推小车沿半径为R的圆周运动一周，则人做的功为（　　） A．0 B．2RF C．2RF D．无法确定 【答案】B 【详解】将整个圆周分成无数微小的位移∆x，则力F的元功为 W1=F∆x1 则整个元功累加可得 W=F∆x1+ F∆x2+ F∆x3…….=F×2πR=2πRF 6．一物体在运动中受水平拉力F的作用，已知F随运动距离x的变化情况如图所示，则在这个运动过程中F做的功为（　　） A．4J B．6J C．18J D．22J 【答案】C 【详解】根据W=Fx可知，力F的功等于F-x图像的面积，则 7．如图所示，一个质量为的物体，受到与水平方向成37°角斜向下方的推力作用，在水平地面上移动了距离后撤去推力，此后物体又滑行了的距离后停止了运动。设物体与地面间的滑动摩擦力为它们间弹力的倍，（取）求： （1）推力对物体做的功； （2）全过程中摩擦力对物体所做的功； （3）推力作用时合外力对物体所做的总功。    【答案】（1）16J；（2）－16J；（3）5.6J 【详解】（1）根据题意，由做功公式可得，推力对物体做的功为 （2）根据题意，竖直方向上，由平衡条件，撤去推力前有 撤去推力后 又有 由做功公式可得，全过程中摩擦力对物体所做的功为 （3）根据题意，由做功公式可得，推力作用时合外力对物体所做的总功为 8．如图所示，一位质量m=50kg的滑雪运动员从高度h=30m的斜坡自由滑下（初速度为零）。斜坡的倾角θ=37°，滑雪板与雪面滑动摩擦因数=0.1。则运动员滑至坡底的过程中, 求： （1）各个力所做的功分别是多少？ （2）合力做了多少功？ （不计空气阻力，g=10m/s2， sin37°=0.6，cos37°=0.8）    【答案】（1），，；（2） 【详解】（1）重力做的功 支持力做功 摩擦力做功 （2）合力做的功 板 书 设 计 第 1 节 机械功 1、 机械功的定义 1. 定义：W = Fscosα（F：力；s：位移；α：F 与 s 的夹角） 2. 做功条件：①有力作用；②在力的方向上有位移 2、 机械功的相关要素 1. 单位：焦耳（J），1J = 1N・m2. 2. 性质：标量（只有大小，无方向，代数叠加） 3、 机械功的计算与正负判断 1. 恒力做功： ①α = 0°：W = Fs（正功） ②α = 90°：W = 0（不做功） ③0° <α < 90°：W> 0（正功） ④ 90° < α ≤ 180°：W < 0（负功，物体克服力做功） 2. 变力做功：微元法、F-s 图像法（面积表示功） 四、合外力做功 方法一：W总 = W₁ + W₂ + ……（各分力做功代数和） 方法二：W 总 = F合scosα（先求合外力，再计算功） 课 堂 小 结 1. 回顾机械功的定义、计算公式（W = Fscosα）及单位（焦耳 J）。 2. 总结判断力是否做功及做功正负的方法，强调力与位移夹角的重要性。 3. 梳理合外力做功的两种计算方法，以及变力做功的初步处理思路（微元法、F-s 图像法）。 4.引导学生构建知识框架，明确功的概念在物理学中的地位和作用。 作 业 布 置 1. 完成课后作业：“节练习” 2.查阅资料，了解生活中更多关于功的应用实例，撰写一篇简短的科普短文。 教 学 反 思 1. 本节课通过实验演示和实例分析，有效帮助学生理解了机械功的定义和相关概念，但在变力做功的讲解上，微元法思想对学生来说难度较大，后续可通过更多简单案例进一步渗透。 2. 例题和练习的设置涵盖了不同情境，能较好地巩固知识点，但部分学生在判断力与位移夹角时仍存在困难，需要在后续教学中加强针对性指导。 3. 课堂互动环节学生参与度较高，但时间分配略显紧张，下次教学可适当调整各环节时间，给学生更多思考和讨论的空间。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $