高一物理必修2教案
高一物理必修2教案
物理一直是高中理科教學(xué)中難度較高的學(xué)科,由于知識晦澀難懂,理論抽象單調(diào),很多學(xué)生對其缺乏興趣,因而整體學(xué)習(xí)的積極性不高。這就需要教師在教學(xué)過程中提高學(xué)生的課堂注意力與學(xué)習(xí)積極性。下面學(xué)習(xí)啦小編為你整理了高一物理必修2教案，希望對你有幫助。
高一物理必修2教案：功
一、教學(xué)目標
1.理解功的概念:
(1)知道做機械功的兩個不可缺少的因素,知道做功和"工作"的區(qū)別;
(2)知道當(dāng)力與位移方向的夾角大于90°時,力對物體做負功,或說物體克服這個力做了功。
2.掌握功的計算:
(1)知道計算機械功的公式W=Fscosα;知道在國際單位制中,功的單位是焦耳(J);知道功是標量。
(2)能夠用公式W=Fscosα進行有關(guān)計算。
二、重點、難點分析
1.重點是使學(xué)生在理解力對物體做功的兩個要素的基礎(chǔ)上掌握機械功的計算公式。
2.物體在力的方向上的位移與物體運動的位移容易混淆,這是難點。
3.要使學(xué)生對負功的意義有所認識,也較困難,也是難點。
三、教具
帶有牽引細線的滑塊(或小車)。
四、主要教學(xué)過程
(一)引入新課
功這個詞我們并不陌生,初中物理中學(xué)習(xí)過功的一些初步知識,今天我們又來學(xué)習(xí)功的有關(guān)知識,絕不是簡單地重復(fù),而是要使我們對功的認識再提高一步。
(二)教學(xué)過程設(shè)計
1.功的概念
先請同學(xué)回顧一下初中學(xué)過的與功的概念密切相關(guān)的如下兩個問題:什么叫做功?誰對誰做功?然后做如下總結(jié)并板書:
(1)如果一個物體受到力的作用,并且在力的方向上發(fā)生了位移,物理學(xué)中就說這個力對物體做了功。
然后演示用水平拉力使滑塊沿拉力方向在講桌上滑動一段距離,并將示意圖畫到黑板上,如圖1所示,與同學(xué)一起討論如下問題:在上述過程中,拉力F對滑塊是否做了功?滑塊所受的重力mg對滑塊是否做了功?桌面對滑塊的支持力N是否對滑塊做了功?強調(diào)指出,分析一個力是否對物體做功,關(guān)鍵是要看受力物體在這個力的方向上是否有位移。至此可作出如下總結(jié)并板書:
(2)在物理學(xué)中,力和物體在力的方向上發(fā)生的位移,是做功的兩個不可缺少的因素。
2.功的公式
就圖1提出:力F使滑塊發(fā)生位移s這個過程中,F對滑塊做了多少功如何計算?由同學(xué)回答出如下計算公式:W=Fs。就此再進一步提問:如果細繩斜向上拉滑塊,如圖2所示,這種情況下滑塊沿F方向的位移是多少?與同學(xué)一起分析并得出這一位移為s cos α。至此按功的前一公式即可得到如下計算公式:
W=Fscosα
再根據(jù)公式W=Fs做啟發(fā)式提問:按此公式考慮,只要F與s在同一直線上,乘起來就可以求得力對物體所做的功。在圖2中,我們是將位移分解到F的方向上,如果我們將力F分解到物體位移s的方向上,看看能得到什么結(jié)果?至此在圖2中將F分解到s的方向上得到這個分力為Fcosα,再與s相乘,結(jié)果仍然是W=Fscosα。就此指出,計算一個力對物體所做的功的大小,與力F的大小、物體位移s的大小及F和s二者方向之間的夾角α有關(guān),且此計算公式有普遍意義(對計算機械功而言)。至此作出如下板書:
W=Fscosα
力對物體所做的功,等于力的大小、位移的大小、力和位移的夾角的余弦三者的乘積。
接下來給出F=100N、s=5m、α=37°,與同學(xué)一起計算功W,得出W=400N·m。就此說明1N·m這個功的大小被規(guī)定為功的單位,為方便起見,取名為焦耳,符號為J,即1J=1N·m。最后明確板書為:
在國際單位制中,功的單位是焦耳(J)
1J=1N·m
3.正功、負功
(1)首先對功的計算公式W=Fscosα的可能值與學(xué)生共同討論。從cos α的可能值入手討論,指出功W可能為正值、負值或零,再進一步說明,力F與s間夾角α的取值范圍,最后總結(jié)并作如下板書:
當(dāng)0°≤α<90°時,cosα為正值, W為正值,稱為力對物體做正功,或稱為力對物體做功。
當(dāng)α=90°時,cosα=0,W=0,力對物體做零功,即力對物體不做功。
當(dāng)90°<α≤180°時,cosα為負值, W為負值,稱為力對物體做負功,或說物體克服這個力做功。
(2)與學(xué)生一起先討論功的物理意義,然后再說明正功、負功的物理意義。
?、偬岢龉κ敲枋鍪裁吹奈锢砹窟@個問題與學(xué)生討論。結(jié)合圖1,使學(xué)生注意到力作用滑塊并持續(xù)使滑塊在力的方向上運動,發(fā)生了一段位移,引導(dǎo)學(xué)生認識其特征是力在空間位移上逐漸累積的作用過程。
然后就此提出:這個累積作用過程到底累積什么?舉如下兩個事例啟發(fā)學(xué)生思考:
a.一輛手推車上裝有很多貨物,搬運工推車要用很大的力。向前推一段距離就要休息一會兒,然后有了力氣再推車走。
b.如果要你將重物從一樓向六樓上搬,搬運過程中會有什么感覺?
首先使學(xué)生意識到上述兩個過程都是人用力對物體做功的過程,都要消耗體能。就此指出做功過程是能量轉(zhuǎn)化過程,做功越多,能量轉(zhuǎn)化得越多,因而功是能量轉(zhuǎn)化的量度。能量是標量,相應(yīng)功也是標量。板書如下:
功是描述力在空間位移上累積作用的物理量。功是能量轉(zhuǎn)化的量度,功是標量。
②在上述對功的意義認識的基礎(chǔ)上,討論正功和負功的意義,得出如下認識并板書:
正功的意義是:力對物體做功向物體提供能量,即受力物體獲得了能量。
負功的意義是:物體克服外力做功,向外輸出能量(以消耗自身的能量為代價),即負功表示物體失去了能量。
4.例題講解或討論
例1.課本p.110上的〔例題〕是功的計算公式的應(yīng)用示范。分析過程中應(yīng)使學(xué)生明確:推力F對箱子所做的功,實際上就是推力F的水平分力Fcosα對箱子所做的功,而推力 F的豎直分力Fsinα與位移s的方向是垂直的,對箱子不做功。
例2.如圖3所示,ABCD為畫在水平地面上的正方形,其邊長為a,P為靜止于A點的物體。用水平力F沿直線 AB拉物體緩慢滑動到B點停下,然后仍用水平力F沿直線BC拉物體滑動到C點停下,接下來仍用水平力F沿直線CD拉物體滑動到D點停下,最后仍用水平力F沿直線DA拉物體滑動到A點停下。若后三段運動中物體也是緩慢的,求全過程中水平力F對物體所做的功是多少?
此例題先讓學(xué)生做,然后找出一個所得結(jié)果是W=0的學(xué)生發(fā)言,此時會有學(xué)生反對,并能說出W=4Fa才是正確結(jié)果。讓后者講其思路和做法,然后總結(jié),使學(xué)生明確在每一段位移a中,力F都與a同方向,做功為Fa,四個過程加起來就是4Fa。強調(diào):功的概念中的位移是在這個力的方向上的位移,而不能簡單地與物體運動的位移畫等號。要結(jié)合物理過程做具體分析。
例3.如圖4所示,F1和F2是作用在物體P上的兩個水平恒力,大小分別為:F1=3N,F2=4N,在這兩個力共同作用下,使物體P由靜止開始沿水平面移動5m距離的過程中,它們對物體各做多少功?它們對物體做功的代數(shù)和是多少?F1、F2的合力對P做多少功?
此例題要解決兩個方面的問題,一是強化功的計算公式的正確應(yīng)用,糾正學(xué)生中出現(xiàn)的錯誤,即不注意力與位移方向的分析,直接用3N乘5m、4N乘5m這種低級錯誤,引導(dǎo)學(xué)生注意在題目沒有給出位移方向時,應(yīng)該根據(jù)動力學(xué)和運動學(xué)知識作出符合實際的判斷;二是通過例題得到的結(jié)果,使學(xué)生知道一個物體所受合力對物體所做的功。等于各個力對物體所做的功的代數(shù)和,并從合力功與分力功所遵從的運算法則,深化功是標量的認識。
解答過程如下:位移在F1、F2方向上的分量分別為s1=3m、s2=4m,F1對P做功為9J,F2對P做功為16J,二者的代數(shù)和為25J。F1、F2的合力為5N,物體的位移與合力方向相同,合力對物體做功為W=Fs=5N×5m=25J。
例4.如圖5所示。A為靜止在水平桌面上的物體,其右側(cè)固定著一個定滑輪O,跨過定滑輪的細繩的P端固定在墻壁上,于細繩的另一端Q用水平力F向右拉,物體向右滑動s的過程中,力F對物體做多少功?(上、下兩段繩均保持水平)
本例題仍重點解決計算功時對力和位移這兩個要素的分析。如果著眼于受力物體,它受到水平向右的力為兩條繩的拉力,合力為2F。因而合力對物體所做的功為W=2Fs;如果著眼于繩子的Q端,即力F的作用點,則可知物體向右發(fā)主s位移過程中,Q點的位移為2s,因而力F拉繩所做的功W=F·2s=2Fs。兩種不同處理方法結(jié)果是相同的。
五、課堂小結(jié)
1.對功的概念和功的物理意義的主要內(nèi)容作必要的重復(fù)(包括正功和負功的意義)。
2.對功的計算公式及其應(yīng)用的主要問題再作些強調(diào)。
六、說明
1.考慮到功的定義式W=Fscosα與課本上講的功的公式相同,特別是對式中s的解釋不一,有物體位移與力的作用點的位移之分,因而沒有給出明確的功的定義的文字表達。實際問題中會用功的公式正確進行計算就可以了。從例題4可以看出,定義一個力對物體所做的功,將位移解釋為力的作用點在力的方向上的位移是比較恰當(dāng)?shù)?。如果將位移解釋為受力物體在力的方向上的位移,學(xué)生會得出W=Fs這一錯誤結(jié)果,還會理直氣壯地堅持錯誤,糾正起來就困難多了。
2.由于對功的物理意義的講解是初步的,因而對正功、負功的物理意義的講解也是初步的。這節(jié)課中只是講到受力物體得到能量還是失去能量這個程度。在學(xué)習(xí)了機械能守恒定律之后,再進一步作出說明。在機械能守恒的物理過程中,有重力做功,地球上的一個物體的機械能并沒有增加,因而正、負功的意義就不能用能量得失關(guān)系去說明了。在這種情況下,重力做正功,表示勢能向動能轉(zhuǎn)化;重力做負功,表示動能向勢能轉(zhuǎn)化,這里的正功、負功不再表示能量得失,而是表示能量轉(zhuǎn)化方向的
高一物理必修2教案：機械能守恒定律
一、教學(xué)目標
1.在已經(jīng)學(xué)習(xí)有關(guān)機械能概念的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)機械能守恒定律，掌握機械能守恒的條件，掌握應(yīng)用機械能守恒定律分析、解決問題的基本方法。
2.學(xué)習(xí)從功和能的角度分析、處理問題的方法，提高運用所學(xué)知識綜合分析、解決問題的能力。
二、重點、難點分析
1.機械能守恒定律是本章教學(xué)的重點內(nèi)容，本節(jié)教學(xué)的重點是使學(xué)生掌握物體系統(tǒng)機械能守恒的條件;能夠正確分析物體系統(tǒng)所具有的機械能;能夠應(yīng)用機械能守恒定律解決有關(guān)問題。
2.分析物體系統(tǒng)所具有的機械能，尤其是分析、判斷物體所具有的重力勢能，是本節(jié)學(xué)習(xí)的難點之一。在教學(xué)中應(yīng)讓學(xué)生認識到，物體重力勢能大小與所選取的參考平面(零勢面)有關(guān);而重力勢能的變化量是與所選取的參考平面無關(guān)的。在討論物體系統(tǒng)的機械能時，應(yīng)先確定參考平面。
3.能否正確選用機械能守恒定律解決問題是本節(jié)學(xué)習(xí)的另一難點。通過本節(jié)學(xué)習(xí)應(yīng)讓學(xué)生認識到，從功和能的角度分析、解決問題是物理學(xué)的重要方法之一;同時進一步明確，在對問題作具體分析的條件下，要能夠正確選用適當(dāng)?shù)奈锢硪?guī)律分析、處理問題。
三、教具
演示物體在運動中動能與勢能相互轉(zhuǎn)化。
器材包括：麥克斯韋滾擺;單擺;彈簧振子。
四、主要教學(xué)過程
(一)引入新課
結(jié)合復(fù)習(xí)引入新課。
前面我們學(xué)習(xí)了動能、勢能和機械能的知識。在初中學(xué)習(xí)時我們就了解到，在一定條件下，物體的動能與勢能(包括重力勢能和彈性勢能)可以相互轉(zhuǎn)化，下面我們觀察演示實驗中物體動能與勢能轉(zhuǎn)化的情況。
[演示實驗] 依次演示麥克斯韋滾擺、單擺和彈簧振子，提醒學(xué)生注意觀察物體運動中動能、勢能的變化情況。
通過觀察演示實驗，學(xué)生回答物體運動中動能、勢能變化情況，教師小結(jié)：
物體運動過程中，隨動能增大，物體的勢能減小;反之，隨動能減小，物體的勢能增大。
提出問題：上述運動過程中，物體的機械能是否變化呢?這是我們本節(jié)要學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容。
(二)教學(xué)過程設(shè)計
在觀察演示實驗的基礎(chǔ)上，我們從理論上分析物理動能與勢能相互轉(zhuǎn)化的情況。先考慮只有重力對物體做功的理想情況。
1.只有重力對物體做功時物體的機械能
問題：質(zhì)量為m的物體自由下落過程中，經(jīng)過高度h1處速度為v1，下落至高度h2處速度為v2，不計空氣阻力，分析由h1下落到h2過程中機械能的變化(引導(dǎo)學(xué)生思考分析)。
分析：根據(jù)動能定理，有
下落過程中重力對物體做功，重力做功在數(shù)值上等于物體重力勢能的變化量。取地面為參考平面，有
WG=mgh1-mgh2
由以上兩式可以得到
引導(dǎo)學(xué)生分析上面式子所反映的物理意義，并小結(jié)：下落過程中，物體重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，此過程中物體的機械能總量不變。
指出問題：上述結(jié)論是否具有普遍意義呢?作為課后作業(yè)，請同學(xué)們課后進一步分析物體做平拋和豎直上拋運動時的情況。
明確：可以證明，在只有重力做功的情況下，物體動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化，而機械能總量保持不變。
提出問題：在只有彈簧彈力做功時，物體的機械能是否變化呢?
2.彈簧和物體組成的系統(tǒng)的機械能
以彈簧振子為例(未講振動，不必給出彈簧振子名稱，只需講清系統(tǒng)特點即可)，簡要分析系統(tǒng)勢能與動能的轉(zhuǎn)化。
明確：進一步定量研究可以證明，在只有彈簧彈力做功條件下，物體的動能與勢能可以相互轉(zhuǎn)化，物體的機械能總量不變。
綜上所述，可以得到如下結(jié)論：
3.機械能守恒定律
在只有重力和彈簧彈力對物體做功的情況下，物體的動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化，物體機械能總量保持不變。這個結(jié)論叫做機械能守恒定律。
提出問題：學(xué)習(xí)機械能守恒定律，要能應(yīng)用它分析、解決問題。下面我們通過具體問題的分析來學(xué)習(xí)機械能守恒定律的應(yīng)用。在具體問題分析過程中，一方面要學(xué)習(xí)應(yīng)用機械能守恒定律解決問題的方法，另一方面通過問題分析加深對機械能守恒定律的理解與認識。
4.機械能守恒定律的應(yīng)用
例1.在距離地面20m高處以15m/s的初速度水平拋出一小球，不計空氣阻力，取g=10m/s2，求小球落地速度大小。
引導(dǎo)學(xué)生思考分析，提出問題：
(1)前面學(xué)習(xí)過應(yīng)用運動合成與分解的方法處理平拋運動，現(xiàn)在能否應(yīng)用機械能守恒定律解決這類問題?
(2)小球拋出后至落地之前的運動過程中，是否滿足機械能守恒的條件?如何應(yīng)用機械能守恒定律解決問題?
歸納學(xué)生分析的結(jié)果，明確：
(1)小球下落過程中，只有重力對小球做功，滿足機械能守恒條件，可以用機械能守恒定律求解;
(2)應(yīng)用機械能守恒定律時，應(yīng)明確所選取的運動過程，明確初、末狀態(tài)小球所具有的機械能。
例題求解過程：
取地面為參考平面，拋出時小球具有的重力勢能Ep1=mgh，動能
落地時小球的速度大小為
提出問題：請考慮用機械能守恒定律解決問題與用運動合成解決問題的差異是什么?
例2.小球沿光滑的斜軌道由靜止開始滑下，并進入在豎直平面內(nèi)的離心軌道運動，如圖所示，為保持小球能夠通過離心軌道最高點而不落下來，求小球至少應(yīng)從多高處開始滑下?已知離心圓軌道半徑為R，不計各處摩擦。
提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考分析：
(1)小球能夠在離心軌道內(nèi)完成完整的圓周運動，對小球通過圓軌道最高點的速度有何要求?
(2)從小球沿斜軌道滑下，到小球在離心軌道內(nèi)運動的過程中，小球的機械能是否守恒?
(3)如何應(yīng)用機械能守恒定律解決這一問題?如何選取物體運動的初、末狀態(tài)?
歸納學(xué)生分析的結(jié)果，明確：
(1)小球能夠通過圓軌道最高點，要求小球在最高點具有一定速度，即此時小球運動所需要的向心力，恰好等于小球所受重力;
(2)運動中小球的機械能守恒;
(3)選小球開始下滑為初狀態(tài)，通過離心軌道最高點為末狀態(tài)，研究小球這一運動過程。
例題求解過程：
取離心軌道最低點所在平面為參考平面，開始時小球具有的機械能E1=mgh。通過離心軌道最高點時，小球速度為v，此時小球的機械能
成完整的圓周運動。
進一步說明：在中學(xué)階段，由于數(shù)學(xué)工具的限制，我們無法應(yīng)用牛頓運動定律解決小球在離心圓軌道內(nèi)的運動。但應(yīng)用機械能守恒定律，可以很簡單地解決這類問題。
例3.長l=80cm的細繩上端固定，下端系一個質(zhì)量 m=100g的小球。將小球拉起至細繩與豎直方向成60°角的位置，然后無初速釋放。不計各處阻力，求小球通過最低點時，細繩對小球拉力多大?取g=10m/s2。
提出問題，引導(dǎo)學(xué)生分析思考：
(1)釋放后小球做何運動?通過最低點時，繩對小球的拉力是否等于小球的重力?
(2)能否應(yīng)用機械能守恒定律求出小球通過最低點時的速度?
歸納學(xué)生分析結(jié)果，明確：
(1)小球做圓周運動，通過最低點時，繩的拉力大于小球的重力，此二力的合力等于小球在最低點時所需向心力;
(2)繩對小球的拉力不對小球做功，運動中只有重力對球做功，小球機械能守恒。
例題求解過程：
小球運動過程中，重力勢能的變化量ΔEp=-mgh=-mgl(1-cos60°)，
在最低點時繩對小球的拉力大小為
提出問題：通過以上各例題，總結(jié)應(yīng)用機械能守恒定律解決問題的基本方法。
歸納學(xué)生的分析，作課堂小結(jié)。
五、小結(jié)
1.在只有重力做功的過程中，物體的機械能總量不變。通過例題分析要加深對機械能守恒定律的理解。
2.應(yīng)用機械能守恒定律解決問題時，應(yīng)首先分析物體運動過程中是否滿足機械能守恒條件，其次要正確選擇所研究的物理過程，正確寫出初、末狀態(tài)物體的機械能表達式。
3.從功和能的角度分析、解決問題，是物理學(xué)研究的重要方法和途徑。通過本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，逐步培養(yǎng)用功和能的觀點分析解決物理問題的能力。
4.應(yīng)用功和能的觀點分析處理的問題往往具有一定的綜合性，例如與圓周運動或動量知識相結(jié)合，要注意將所學(xué)知識融匯貫通，綜合應(yīng)用，提高綜合運用知識解決問題的能力。
六、說明
勢能是相互作用的物體系統(tǒng)所共有的，同樣，機械能也應(yīng)是物體系統(tǒng)所共有的。在中學(xué)物理教學(xué)中，不必過份強調(diào)這點，平時我們所說物體的機械能，可以理解為是對物體系統(tǒng)所具有的機械能的一種簡便而通俗的說法。
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