4.5 机械能及其守恒定律 课时1 课件 -2025-2026学年高一下学期物理人教版必修第二册

该高中物理课件围绕“功”展开，涵盖概念、做功条件、计算公式W=Fxcosα及正负意义等核心知识。从蒸汽机应用实例导入，追溯功的概念起源，通过问题链衔接初中基础，逐步深化至力与位移不同向、总功计算等高中内容，搭建由具体到抽象的学习支架。 其亮点在于融合科学态度与责任，通过蒸汽机历史情境展现物理学与技术的关联。运用科学思维，通过分解力或位移推导公式，结合拉雪橇模型、F-x图像及微元思想训练，培养模型建构与推理能力。设置基础训练和讨论交流，助力学生理解概念形成，提升解决问题能力，为教师提供结构化教学资源，有效突破重难点。

1．功 蒸汽机车 2 蒸汽机有什么功能？ 蒸汽机车 提煤 提水 蒸汽机船 提升重物 推动物体 功的概念的起源 提问：蒸汽机在燃烧同样多的燃料的情况下： 1．竖直提升重物时，怎样比较蒸汽机提升重物“能力” 的大小 ? 2．水平推动物体时，怎样比较蒸汽机推动物体 “能力” 的大小？ 3．衡量蒸汽机“能力”大小的因素是什么？ 衡量蒸汽机“能力”大小的因素： 蒸汽机对物体施加力的大小和物体在这个力的作用下移动距离的远近。 功的概念 1．做功 如果物体受到力的作用，并在力方向上发生位移，我们就说力对物体做了功。 2．条件 （1）作用在物体上的力； （2）物体在力的方向上有位移。 基础训练 在以下四幅图所示的过程中，力对货物、握力器、汽车以及水桶的做功情况是怎样的？ （a）货物在起重机 的作用下升高了 （b）握力器在压力 作用下发生形变 （c）人未能推动汽车 （d）水桶被人提着沿水平方向匀速前进 马对车做功 O x F F O x 模型： 力的方向与位移方向一致时，功等于力的大小与位移大小的乘积，即W=Fx。 拉雪橇比赛 力与位移不同向时，力对物体做的功 F x α α F F1 F2 W=F1x =Fxcosα 力与位移不同向时，力对物体做的功 F x α x1 x2 W=Fx1 =Fxcosα 功的计算 1．定义 W = Fx cosα 　　力对物体所做的功，等于力的大小、位移的大小、力与位移夹角余弦这三者的乘积。 3．单位 焦耳（焦）　 符号：J 2．公式 注意：做功对应一个过程，公式只适用于恒力做功。 F——作用在物体上的力的大小 x——物体实际位移大小 α——力和位移的夹角 功是标量 11 功的正负 α的取值 cosα W的值 功的正负 α=0 0<α<90° α=90° ＞0 0 ＜0 1 W=Fx W=Fxcosα W=0 W=Fxcosα 正功 正功 不做功 负功 W=Fxcosα 讨论交流 如图所示，滑块在弹簧的作用下沿水平气垫导轨做往复运动。 1．滑块（在水平方向）受到几个力的作用？判断各个力对滑块做功的正负。 2．你认为功的正负有什么物理意义？ 正功、负功的物理意义 正功的意义：力对物体做功，向物体提供能量，即受力物体获得了能量，是动力。 负功的意义：物体克服（反抗）外力做功，向外输出能量（以消耗自身的能量为代价），即负功表示物体失去了能量，作用在物体上的这个力是阻力。 功的正负表示作用的力是动力还是阻力。 训练1：关于总功的计算方法 W合=W1+W2+…Wn 功是标量 训练2：利用F-x图像讨论恒力做功的情形 位移是速度对时间的累积 功是力对空间（位移）的累积 类比 x/m t/s (m·s-1) 训练3：利用微元思想讨论变力做功的情形 类比匀变速直线运动的 v-t 图像，若 F 是变力，应把整个过程分为若干“小段”，这样每一“小段”就可以认为是恒力。分别计算各“小段”所做的功，把它们加起来，就是整个过程变力做的总功。 功 思考交流 1．相对于初中物理，高中阶段对“功”的概念有哪些更深入的理解？ 2．在推导力对物体做功的一般表达式时，运用了什么思想方法？ 3．从“功”的概念的起源谈谈物理学与技术之间的关系。 回顾这节课，你还有什么困惑吗？ 《功》教学阐述部分 19 一、教材分析 “功” 是物理学中的一个重要概念，是联系力与能量的桥梁。本节课从蒸汽机的应用入手，追溯功的概念起源，通过对具体实例的分析，引导学生理解功的定义、做功的条件、功的计算公式以及功的正负意义等内容。这些知识不仅是本节课的核心，也是后续学习动能定理、机械能守恒定律等知识的基础，在整个高中物理知识体系中占据着重要地位 二、学情分析 学生在初中阶段已经对功有了初步的认识，知道力对物体做功的两个必要因素是力和物体在力的方向上移动的距离，也了解力和运动同方向时功的计算公式 W=Fs，力和运动垂直时W=0。但初中阶段的学习相对浅显，对于力与位移成一定夹角时功的计算、功的正负等内容并未涉及，将实际问题转化为物理模型以及理解抽象物理概念方面仍存在一定的困难。 三、教学目标 1.知识与技能 ◦理解功的概念，知道做功的两个必要因素。 ◦掌握功的计算公式 W=Fxcosα，并能运用公式计算恒力做功。 ◦理解功的正负意义，能判断力对物体做功的正负。 ◦知道功的单位是焦耳（J）。 1.过程与方法 ◦通过对蒸汽机工作原理的分析，经历功的概念的建立过程，体会物理学概念的形成源于实践。 ◦在推导力与位移不同向时功的计算公式的过程中，培养逻辑推理能力和抽象思维能力。 ◦通过对具体实例的分析和讨论，提高运用物理知识解决实际问题的能力。 1.情感态度与价值观 ◦从功的概念的起源了解物理学与技术的密切关系，激发对物理学的兴趣。 ◦在学习过程中，培养严谨的科学态度和合作探究精神。 四、教学重点、难点 1.教学重点 ◦功的概念及做功的两个必要因素。 ◦功的计算公式 W=Fxcosα 的理解和应用。 ◦功的正负意义。 1.教学难点 ◦力与位移不在同一直线上时功的计算公式的推导。 ◦对功的正负意义的理解。 五、教学过程 引入新课 展示蒸汽机工作图片 引出功的概念 功的计算 用初中功的算法，通过分解力或位移的方式，得到功的计算公式W=Fxcosα。 功的正负 根据α不同取值范围，说明功的正负 利用图像理解功 用 F-x 图像讨论恒力做功的情形，通过与位移是速度对时间的累积进行类比 课堂小结 引导学生回顾本节课所学的主要内容，包括功的概念、做功的条件、功的计算公式、功的正负意义以及总功的计算方法等。 六、板书设计 功 1. 功的概念起源：提升重物、推动物体 2. 做功 - 定义：物体受到力的作用，并在力方向上发生位移 - 条件：作用在物体上的力；物体在力的方向上有位移 3. 功的计算 - 公式：W = Fx cosα（恒力做功） - 单位：焦耳（J），1J=1N·m - 各量含义：F-力的大小；x-位移大小；α-力和位移的夹角 4. 功的正负 - α=0°：W=Fx，正功 - 0°<α<90°：W=Fxcosα，正功 - α=90°：W=0，不做功 $