资源简介

主题二 功和能
第一节 功 功率 教学设计案例
课程内容 第一节 功 功率
课程类型 启发讲授课 课时 2 学时
教材内容分析 本节主要让学生理解功的概念，知道做功的两个必要因素，知道计算功的大小的普遍公式，并能利用公式进行简单计算，了解正功与负功的物理意义。理解功率的概念，知道功率与速度的关系，能用公式进行简单计算，并能用其解释生产、生活中的相关现象。
学情分析 学生在初中就学习过功和功率的概念，但只是力与位移方向一致的情况。现在我们要学习功的普遍公式、负功的物理意义、合力做功的计算方法、功率与速度的关系等内容。
教学目标 1．理解功、功率等物理概念，知道计算功的大小的普遍公式，了解正功与负功的物理意义，知道功率与速度的关系，能利用相关公式进行简单计算，巩固“做功与能量转化有关”“力作用在物体上，并使物体在力的方向上发生了位移，则力对物体做了功”等观念，形成“功的大小与力和位移的夹角有关”“在动力机械功率不变的条件下，输出的牵引力与速度成反比”等观念，能用其解释生产、生活中的相关现象。
2．了解定义功的乘积定义法、定义功率的比值定义法。了解计算功的大小时使用的分析法，了解研究功率与速度的关系时使用的演绎法等，增强科学论证等核心素养。
3．通过课后研究变速自行车的齿轮组合方式、测量人体产生的最大功率等实践活动，增强技术运用、探究设计等核心素养，提高工程思维能力。
4．通过课后实践活动，发展工匠精神和合作交流等素养。了解我国C919大型客机、三峡升船机等科技成就，增强民族自豪感和科技传承的使命感。
教学重点 让学生了解功的普遍公式及合力做功的计算方法、建构正功与负功的概念、了解动力机械的功率与速度的关系。
教学难点 分析功的普遍公式、建构负功的概念、了解功率与速度的关系。
教学策略 让学生通过自主学习与合作学习了解新知识，形成新观念，提高实验观察能力，受到科学方法熏陶。
主要教法 启发式讲授
主要学法 倾听、思考、讨论，合作学习
教学资源 多媒体课件展示系统等。
课堂实施
教学 环节 教学内容 教师活动 学生活动 设计意图
课前 准备 1. 匀速向上运动的物体与静止的物体有什么不同？ 2. 怎样才是力对物体做功？ 3. 什么是乘积定义法？ 4. 恒力对物体做功的普遍公式是什么？ 5. 分析恒力做功的大小与力和位移间夹角的关系，共有几种情形？ 6. 什么是分析法？ 7. 如何计算合力做的功？ 8. 什么是功率？ 9. 功率与速度有什么关系？ 1. 安排学生进行预习（阅读教材、观看老师提供的微课视频）。 2. 就学生提出的问题进行有针对性地备课，准备在课堂上学生讨论时给予指导。 对教材和教学视频进行学习和思考，并与同学讨论其中发现的问题，将疑问反馈给老师。 让学生通过课前自主学习，发现自己不理解的问题，准备到课堂上与同学讨论，与老师交流，解决疑问。
课堂 实施 新课引入 创设情境： 在建筑工地上，经常可以看到起重机将装满了混凝土的料斗提升到高处，再运送到各个施工现场的情景。 起重机将料斗向上匀速吊起和将料斗静止地吊在半空中，这两种情形中料斗的运动方式虽然不同，但是受力情况却是相同的，都受到相同的重力和拉力。 展示图片、提问： 这两种情形有什么其他方面的不同？ 思考 激发学生学习动力，明确学习目标
新课教学 在初中物理中，我们已经学过有关功的初步知识。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。 W＝Fs 讲述 倾听 回顾初中所学，注意知识衔接。
这种定义物理量的方法是乘积定义法。 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，它是一种数学方法。 讲述 倾听 让学生了解乘积定义法。
力和物体在力的方向上发生的位移，是做功的两个不可缺少的因素。例如，一个小球在光滑的水平面上做匀速直线运动，因为小球在位移方向上没有受力，所以，没有力对小球做功；再如，某人提着一桶水站着不动，虽然用了力，但在力的方向上没有位移，所以他也没有做功。 分析做功的两个要素，并举例说明。 倾听、理解、记忆 分析做功的两个要素，为下面引出做功的普遍公式做准备。
起重机在向上匀速吊起料斗时对料斗做了功，做功对应着某种形式的能量转化，即要消耗能量；当起重机静止地将料斗吊在半空中时，虽然拉力相同，但是起重机没有对料斗做功，因此不消耗能量。 讲述，回应“情境与问题”中的问题。 倾听、理解 让学生巩固能量观念。
在实际生产、生活中，物体的位移方向并不总是跟力的方向相同。当力F的方向跟位移s的方向成某一角度α时，力对物体做功的计算方法： W＝Fscos α 展示图片、分析推导出力对物体做功的普遍公式。 倾听、理解、记忆 让学生了解力对物体做功的普遍公式。
分析恒力做功的大小与力和位移间夹角的关系，共有以下几种情形： 当α＝0时，cos α＝1，W＝Fs，力和位移方向相同，力对物体做正功。 当0＜α＜90°时，cos α＞0，W为正值，力对物体做正功。 当α＝90°时，cos α＝0，W＝0，力和位移方向垂直，力对物体不做功。 当90°＜α＜180°时，cos α＜0，W为负值，力对物体做负功。 当α＝180°时，cos α＝－1，W＝－Fs，力和位移方向相反，力对物体做负功。 讲解、分析恒力做功的各种情形。 倾听、理解、记忆 让学生了解恒力做功的各种情形。
【思维与方法】 分析法 分析法就是把研究对象分解为各个组成部分和要素，然后分别加以研究，从而揭示事物的属性和本质的方法。 讲述 倾听 让学生了解分析法。
一个力对物体做负功，表示这个力阻碍物体的运动。因此，当力对物体做负功时，我们常说物体克服这个力做功。例如，当摩擦力对物体做负功时，也可以说物体克服摩擦力做功。 讲解负功的物理意义。 倾听、理解 让学生了解负功的物理意义。
如果公式W＝Fscos α中的F是几个力的合力，那么α就是合力方向与物体位移方向间的夹角，W就是合力做的功。通过分析可以证明，合力做的功等于各个分力做功的代数和。 讲解 倾听、理解、记忆 让学生了解合力做功的计算方法。
示例1 一个质量为150 kg的小车，受到与水平方向成37°角斜向上方的500 N的拉力，与地面间的摩擦力为100 N，在水平地面上移动的距离为5 m。求合力对物体做的功。 分析 小车在水平地面上移动时，受到重力G、支持力FN、拉力F和摩擦力Ff四个力的作用，如图所示。由于重力G、支持力FN的方向与小车的位移方向垂直，不做功，因此合力做的功就是拉力F和摩擦力Ff做功的代数和。 解 拉力做的功 WF＝Fscos α＝500×5×cos 37°J≈2 000 J 摩擦力做的功 ＝－Ff s＝－100×5 J＝ －500 J 合力做的功 W合＝WF＋＝（2 000－500）J＝1 500 J 展示图片、讲解运用功的定义式解决实际问题的方法。 倾听、观看、理解、记忆 让学生了解运用功的定义式解决实际问题的方法。
不同物体做相同的功，所用的时间往往不同。例如，一台起重机能在100 s内把1 t货物从地面提升到楼顶，而另一台起重机只需50 s就能做相同的功。那么就可以说，这两台起重机做功的快慢不相同。如何描述一个力做功的快慢程度呢？ 在物理学中，把一个力所做的功W跟完成这些功所用时间t的比值，称为功率。用P表示功率，则有 讲述功率的概念及其物理意义。 倾听、理解、记忆 让学生巩固功率的概念及其物理意义。
电动机、内燃机（包括柴油机、汽油机等）等动力机械都标有额定功率，这是其在正常条件下可以长时间工作的功率，其实际输出功率往往小于这个数值。例如，某汽车发动机的额定功率是100 kW，但在平直公路上中速行驶时，发动机实际输出的功率只有20 kW左右。在特殊情况下，例如在爬陡坡或穿越障碍时，司机通过将加速踏板踩到底，将供油量增至最大，可以使发动机实际输出的功率大于额定功率，但这种超负荷的状态会损伤发动机，因此要尽量避免这种操作。 讲述生产生活中功率概念的应用。 倾听、理解、记忆 让学生了解生产生活中功率概念的应用。
把W = Fs代入功率的公式，可得，因为，所以 P = Fv 讲解、演绎推理功率与速度的关系。 倾听、理解、记忆 让学生了解功率与速度的关系。
汽车发动机产生的动力通过变速箱中的齿轮传递到车轮，司机可以通过换挡来选择使用不同的齿轮组。因为发动机的最大输出功率是固定的，所以汽车在从静止起动或长距离上坡时，司机一般都使用低速挡，来获得较大的牵引力。汽车在平直公路上高速行驶时，受到的阻力较小，需要的牵引力也较小，这时就可以使用高速挡。 然而，在发动机功率一定时，通过减小速度提高牵引力或通过减小牵引力而提高速度，效果都是有限的。所以，要达到更高速度和获得更大牵引力，必须提高发动机的额定功率，这就是高速列车、大型载重汽车、运载火箭等都需要大功率发动机的原因。 讲解此公式在生产生活中的实际应用。 倾听、理解、记忆 让学生了解规律的应用。
学生自主学习，了解C919大型客机。 组织学生自主学习、巡视、指导、答疑。 阅读、讨论、质疑等。 让学生增强家国情怀。
示例2 一辆“解放”牌汽车发动机的额定功率是6.0×104 W，在水平路面上行驶时受到的阻力是1.8×103 N，求发动机在额定功率时汽车匀速行驶的速度。在同样的阻力下，如果行驶速度只有54 km/h，发动机输出的实际功率是多少？ 分析 汽车匀速行驶时，牵引力和阻力相等。根据发动机的额定功率和牵引力，利用公式P = Fv即可求出速度。在同样的阻力下，即汽车牵引力不变，当速度减小时，发动机的实际输出功率可由公式P’ = Fv’ 求出。 解 当发动机以额定功率匀速行驶时，牵引力F＝1.8×103 N，由 P＝Fv 得 在同样的阻力下，当速度v’＝54 km/h＝15 m/s时，有 P’ = Fv’＝1.8×103×15 W＝2.7×104 W 讲解运用功率公式解决实际问题的方法。 倾听、观看、理解、记忆 让学生了解运用功率公式解决实际问题的方法。
自由讨论 本节的主要内容讲完了，同学还有哪些疑问，自由提问，小组讨论，自由抢答。 组织学生自由提问、讨论，或回答问题。 向老师提出自己的疑问、回答同学的问题。 通过思想的碰撞，发展学生质疑创新的核心素养。
归纳总结 本节学习了功和功率的计算公式及其应用，同时了解了乘积定义法、分析法等科学方法，受到了爱国主义教育等。 归纳总结本节所学内容。 倾听、记忆 帮助学生巩固所学。
课后 提升 书面作业
实践活动
板书 设计 略。
评价 反馈 本节课堂上学生回答问题得到的分数，学生作业批改后将评语及时反馈给学生。
教学 反思 反思本节课是否让学生通过自主学习进行了预习？授课过程中是否考虑到新旧知识的衔接？是否注意由浅入深地进行引导？教学难点的处理方法是否恰当？是否调动了全体学生的学习积极性？是否采用了合作学习、探究学习的教学策略？是否给学生提供了思维方法指导？学生是否进行了动手实践活动？是否注重了学生正确价值观、爱国主义思想等的培养？思考自己的讲授、启发、提问、组织、指导、回答等方面有哪些需要改进的地方。
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