阅读材料,根据要求完成教学设计。
材料一:普通高中物理课程标准中关于“功”的内容:“理解功和功率。了解生产生活中常见机械的功率大小及其意义。”
材料二:某高中物理教科书“功”一节部分教学内容如图12所示。
(1)功是标量,但有正负之分,正功表示动力对物体做功,负功表示阻力对物体做功。一个力对物体做负功,往往说成是物体克服这个力做了功(取绝对值)。
(2)教学设计:
正功和负功
一、教学目标
1.理解功的概念:区分正负功的意义,并会利用公式解决实际问题。
2.通过自主探究和小组讨论的学习方式,提高提出问题、发现问题、分析问题、解决问题的能力。
3.激起学习物理的兴趣,引发主动探究的动机。
二、重难点
重点:学生在理解力对物体做功的两个要素的基础上掌握机械功的计算公式。
难点:正负功的意义。
三、教学过程
(一)引入新课
功这个词我们并不陌生,初中物理中学习过功的一些初步知识,今天我们又来学习功的有关知识。这次学习绝不是简单的重复,而是要使我们对功的认识再提高一步。
(二)新课讲授
1.功的概念
先请同学们回顾一下初中学过的与功的概念密切相关的内容:什么叫做功?如何判断做功?然后做如下总结并板书:
(1)如果一个物体受到力的作用,并且在力的方向上发生了位移,物理学中就说这个力对物体做了功。
然后演示用水平拉力使滑块沿拉力方向在讲桌上滑动一段距离,并将示意图画到黑板上,如图 1 所示。与同学一起讨论如下问题:在上述过程中,拉力F对滑块是否做了功?滑块所受的重力mg对滑块是否做了功?桌面对滑块的支持力N是否对滑块做了功?强调指出,分析一个力是否对物体做功,关键是要看受力物体在这个力的方向上是否有位移。至此可作出如下总结并板书:
(2)在物理学中,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。
2.功的公式

就图 1 提出:力 F 使滑块发生位移 s 这个过程中,如何计算 F 对滑块做功的大小?由同学回答出如下计算公式:W=Fs。就此再进一步提问:如果斜向上拉滑块,如图 2 所示,这种情况下滑块沿 F 方向的位移是多少?与同学一起分析并得出这一位移为scosα。至此即可得到如下计算公式:W=Fscos α,再根据公式W=Fs做启发式提问:按此公式考虑,只要力与位移在同一直线上,它们乘起来就可以求得力对物体所做的功。在图 2中,我们是将物体位移 s 分解到力 F 的方向上,如果我们将力 F 分解到物体位移 s 的方向上,看看能得到什么结果?至此在图 2 中将力 F 分解到物体位移 s 的方向上,得到这个分力为Fcosα,再与 s 相乘,结果仍然是W=Fscosα。就此指出,计算一个力对物体所做的功的大小,与力 F 的大小、物体位移 s 的大小及 F 和 s 二者方向之间的夹角 α 有关,且此计算公式有普遍意义(对计算机械功而言)。
力对物体所做的功,等于力的大小、位移的大小、力和位移夹角的余弦值三者的乘积,即W=Fscosα。
3.正功、负功
(1)首先对功的计算公式W=Fscosα的可能值与学生共同讨论。从cosα的可能值入手讨论,指出功W可能为正值、负值或零,再进一步说明力F与位移s间夹角α的取值范围,最后引导学生总结:
当
时,cosα为正值,W为正值,称为力对物体做正功,或称为力对物体做功。
当
时,cosα=0,W=0,力对物体做功为零,即力对物体不做功。
当