2.1功（教案）-高教版第三版《物理（通用类）》【上好课】

高教版第三版《物理（通用类）》 主题二 功和能 2.1 功 授课班级 授课类型 新授课 授课教师 教学时长 1课时（45分钟） 教材分析 学生在初中阶段已经接触机械功，前一主题又学习了力、位移、力的合成与分解。本节从起重机吊运料斗的教材情境出发，先明确做功的两个条件，再由力的分解建立恒力做功公式，分析正功、负功和零功，最后用教材示例归纳各分力功与合力功的关系，为后续学习功率和能量变化奠定基础。 学情分析 中职学生能够凭生活经验判断“用力”和“移动”，也会进行乘法及简单三角函数计算，但容易认为有力就一定做功，把负功误解为没有做功，或混淆各分力功与合力功。课堂用方向关系图、分项判断和代数和复核，帮助学生形成先建模、后列式、再检查正负号与单位的习惯。 教学目标 1.说出功的定义、做功的两个不可缺少因素、功的标矢性和单位，写出恒力做功公式及适用条件。 2.能根据力与位移的夹角判断各力做功的正负，规范计算各分力与合力所做的功。 3.能用做功条件解释生产生活现象，在分力功与合力功比较中形成基于方向关系和计算证据进行判断的习惯。 教学重难点 重点：功的定义和做功条件；恒力做功公式；正功、负功和零功；合力功。 难点：从力与位移方向关系建立功的模型；准确处理夹角、正负号以及分力功与合力功的关系。 教学方法 教材情境问题链、方向关系分析、力的分解、公式结构讲解、教材示例板演、生活情境分类、典型错误纠正、分项计算与代数和互检。 课前准备 教师准备：教材、演示课件。 学生准备：教材、笔记本。 教学环节设计 教学环节 教学内容 设计意图 教学导入 【教材情境】建筑工地上，起重机既可以把装有建筑材料的料斗向上匀速吊起，也可以把料斗静止地吊在半空中。 【问题】两种情形中料斗受到的重力和拉力相同，为什么向上吊起需要持续完成机械作用，而静止悬吊却没有发生同样的效果？ 学生观察料斗是否发生位移，比较力与位移的方向关系，提出“只有力还不够，还要在力的方向上发生位移”的初步判断。 【教师归纳】判断力是否做功，必须同时考查力和位移；本课进一步建立恒力功的定量表达，并判断功的正负。 用同样受力却有无位移的起重机情境制造认知差异，引导学生主动提出判断力是否做功的关键条件。 新知讲授 一、功的概念与做功条件 【教材定义】一个物体受到力的作用，如果在力的方向上发生了一段位移，就说这个力对物体做了功。 【概念解释】做功的两个不可缺少因素是：物体受到力的作用；物体在力的方向上发生位移。只有力而没有位移，或有位移但在位移方向上没有力，该力都不做功。 【教材公式】当力与位移方向相同时，力对物体做的功为 。 【物理量与单位】表示功，功是标量；国际单位制单位是（焦[耳]）。 【思维与方法】用两个或多个物理量相乘来定义新物理量的方法，称为乘积定义法。 【教材案例】光滑水平面上的小球做匀速直线运动时，在位移方向上没有受力，没有力对小球做功；机器人抱着箱子不动时，虽然手对箱子有支持力，但没有位移，支持力不做功。 【易错辨析】“物体受到力，力就一定做功”是错误的；还必须检查物体是否在该力方向上发生了位移。 【即时练习1·教师原创】水平恒力20 N使物体沿力的方向移动3 m，求该力做的功。 答案：。 解析：力与位移同向，直接用力与位移的乘积计算。 【即时练习2·教师原创】人水平托着工具箱匀速前进时，手对箱子的支持力是否做功？说明理由。 答案：不做功。支持力竖直向上，箱子的位移水平，位移在支持力方向上的分量为零。 解析：物体发生了位移，不等于每一个作用力都做功。 【教师归纳】先找研究对象受到的指定力，再看物体是否在该力方向上发生位移，最后判断该力是否做功。 二、恒力做功与功的正负 【教材结论】恒力对物体所做的功，等于力的大小、位移的大小、力和位移间夹角的余弦这三者的乘积，即 。 【适用条件与符号】公式适用于大小和方向不变的恒力；是力与位移之间的夹角。 【教材分析】可把恒力分解为沿位移方向和垂直位移方向的两个分力；垂直分力不做功，沿位移方向的分力为Fcosα，因此得到一般公式。 【教材结论】当0°≤α<90°时，力做正功；当α=90°时，力不做功；当90°<α≤180°时，力做负功。α=0°和α=180°分别对应W=Fs和W=−Fs。 【思维与方法】分析法把研究对象分解为组成部分和要素，再分别研究；这里把力分解后，只计算沿位移方向分力的功。 【教材结论】一个力对物体做负功，表示这个力阻碍物体的运动；也可以说物体克服这个力做了相应大小的功。 【易错辨析】负功不是“不做功”。不做功的数值为零；负功有确定的大小和负号，表示该力阻碍运动。 【即时练习3·教师原创】恒力大小为50 N，物体位移为4 m，力与位移夹角为60°，求该力做的功。 答案：。 解析：夹角为锐角，余弦为正，所以该力做正功。 【即时练习4·教师原创】30 N的摩擦力与物体5 m的位移方向相反，求摩擦力做的功和物体克服摩擦力做的功。 答案：摩擦力做功 ；物体克服摩擦力做功150 J。 解析：摩擦力与位移夹角为180°，摩擦力做负功；“克服摩擦力做功”写对应的正值。 【教师归纳】判断功的正负只看力与位移的夹角，不由力的名称决定；同一种力在不同情境中可以做正功、负功或不做功。 三、合力功与教材示例 【教材结论】合力做的功等于各个分力做功的代数和；也可以先求合力，再用恒力做功公式计算，两种方法的结果应一致。 【教材示例1】在解放军战士的一次负重训练中，假设被拖拉的轮胎质量为20 kg，受到战士与水平方向成37°角斜向上方的100 N拉力，与地面间的摩擦力为80 N，在水平地面上移动的距离为100 m。求各分力以及合力对轮胎做的功。（取cos37°=0.8） 【例题分析】轮胎受到重力、支持力、拉力和摩擦力。重力、支持力与水平位移垂直，均不做功；合力功等于拉力功和摩擦力功的代数和。 答案：拉力做功 。 摩擦力做功 。 重力和支持力做功均为0；合力做功 。 解析：匀速运动说明合力为零，与各分力功的代数和为零相互印证；不能据此说每个力都不做功。 【即时练习5·教师原创】水平牵引力60 N、反向阻力20 N共同作用于物体，物体沿水平方向前进5 m，求合力做的功。 答案：。 解析：牵引力做正功，阻力做负功，合力功是各分力功的代数和。 【即时练习6·教师原创】物体做匀速直线运动时，能否说作用在物体上的各个力都不做功？ 答案：不能。匀速直线运动时合力为零、合力功为零，但各分力可以分别做正功和负功，并在代数和中相互抵消。 解析：“合力功为零”与“每个力都不做功”是两个不同结论。 【教师归纳】多力做功问题要先画方向关系，再逐力判断正、负或零，最后求各分力功的代数和并检查结果。 从做功条件到恒力公式、功的正负和合力功逐层推进，用教材示例把方向判断、列式和结果检验连成完整方法。 课堂背诵 1.填空补全教材定义：一个物体受到______，如果在______上发生了一段______，就说这个力对物体做了功。 答案：力的作用；力的方向；位移。 2.请完整说出做功的两个不可缺少因素。 答案：物体受到力的作用；物体在力的方向上发生位移。 3.请写出恒力做功公式，并说明各符号、单位和适用条件。 答案：；功的单位是J，是力与位移夹角，公式适用于恒力。 4.填空：力与位移夹角为锐角时做______功，夹角为90°时______，夹角为钝角时做______功。 答案：正；不做功；负。 5.请说明负功表示什么，并说出合力功与各分力功的关系。 答案：负功表示该力阻碍物体运动；合力做的功等于各分力做功的代数和。 用填空和口述回收定义、条件、公式、单位及正负功关系，训练学生准确复述教材结论和规范表达。 师生互动 【任务一：做功条件分类】判断指定力是否做功：用力推墙但墙不动；竖直提箱上楼；水平托箱向前匀速行走时手的支持力。 答案：依次为不做功、做正功、不做功。 【教师归纳】有力无位移不做功；力与位移同向做正功；力与位移垂直也不做功。 【任务二：教材示例板演】分组写出教材示例1中重力、支持力、拉力、摩擦力和合力做功，互检正负号和单位。 答案：重力0，支持力0，拉力8000 J，摩擦力−8000 J，合力0 J。 【教师评价】先判断夹角再列式；负功必须保留负号，合力功用代数和计算。 【任务三：典型错误纠正】纠正两种说法：“匀速运动时各力都不做功”“负功就是没有做功”。 答案：两种说法都错误。匀速运动只说明合力功为零，各分力功可能不为零；负功表示力阻碍运动，不等于零功。 【教师归纳】判断分力功、合力功和运动状态时，必须区分“每一个力”与“所有力的合成效果”。 通过情境分类、教材板演和错误纠正，让学生在交流互检中区分分力功、合力功、负功与零功。 课堂练习 1.下列情形中，指定的力一定对物体做功的是（　　）。 A．人用力推墙，墙没有移动 B．手提箱子水平行走，手的支持力 C．物体受力并在该力方向上发生位移 D．物体发生位移，但在位移方向上不受力 答案：C。 解析：做功必须同时具备力和物体在该力方向上的位移。 2.关于力做正功或负功的判断，正确的是（　　）。 A．摩擦力一定做负功 B．力与位移的夹角决定功的正负 C．力越大，功一定越大 D．负功表示该力没有做功 答案：B。 解析：功的正负由夹角余弦的正负决定，不能只看力的种类或大小。 3.功是______量，国际单位制单位是______；当恒力与位移垂直时，该力做功为______。 答案：标；J；0。 解析：夹角为90°时余弦为零。 4.40 N的水平恒力使物体沿力的方向移动5 m，求该力做的功。 答案：。 解析：力与位移同向，夹角为0°。 5.120 N的恒力与位移方向成60°角，物体移动10 m，求该力做的功。 答案：。 解析：先确认夹角，再代入恒力做功公式。 6.工人用200 N、与水平方向成37°角斜向上的恒力拉箱子，箱子受到100 N的摩擦力并沿水平地面移动20 m。求拉力、摩擦力、重力、支持力以及合力做的功。（取cos37°=0.8） 答案：拉力做功 ；摩擦力做功 ；重力和支持力做功均为0；合力做功1200 J。 解析：重力、支持力与水平位移垂直；合力功等于各分力功的代数和。 由条件判断递进到斜向恒力和多力综合计算，检验学生能否独立完成方向分析、列式、运算与单位表达。 课堂小结 【教师提问】判断一个力是否做功，首先检查哪两个因素？ 【教师归纳】物体受到该力，并在该力方向上发生位移；两者缺一不可。 【教师提问】恒力做功公式怎样使用？ 【教师归纳】明确力、位移及夹角，在恒力条件下代入。 【教师提问】怎样判断一个力做正功、负功还是不做功？ 【教师归纳】锐角做正功，直角不做功，钝角做负功；依据是夹角余弦的符号。 【教师提问】负功与不做功有何区别？ 【教师归纳】负功表示该力阻碍运动，数值小于零；不做功的数值等于零。 【教师提问】合力功怎样计算并检验？ 【教师归纳】可由合力直接求功，也可把各分力功作代数相加；两种方法所得结果应一致。 用提问—归纳串联做功条件、公式、夹角、负功含义和合力功，使判断与计算步骤形成清晰框架。 作业布置 1．复习本节课的知识点； 2．完成课后练习； 3．整理笔记和易错题。 教学反思 ①本课目标达成和学生参与情况：多数学生能用做功条件判断具体情形，能根据夹角判定功的正负，并完成同向、斜向恒力及合力功计算；教材示例板演参与较充分。 ②典型问题：部分学生只要看到物体受力就判断力做功，易把负功写成零，或在计算合力功时遗漏摩擦力的负号和重力、支持力的零功。 ③问题原因分析：学生对力方向上的位移理解不稳，对分力功与合力功的层次区分不足，列式前未先画出力与位移方向关系。 ④下一课时具体改进措施：用方向箭头卡片快速复习夹角与功的正负，要求计算前完成“力—位移—夹角”三项检查；在学习功率时继续保留单位和物理意义互检。 学科网（北京）股份有限公司 $