初中物理功的教学课件

初中物理《功》教学课件课题导入在我们的日常生活中，经常会听到做功这个词比如•爸爸说:今天搬了一天家具，做了不少功啊！•同学们体育课后说:今天跑步跑得我好累，做了很多功•工人叔叔说:今天修路做了很大的功这些生活中的做功是否就是物理学中的做功呢？今天我们就来探索物理学意义上的功到底是什么学习目标知识目标能力目标情感目标•理解功的物理意义和定义•能够判断日常现象中是否做功•培养科学严谨的学习态度•掌握做功的必要条件•能熟练运用功的公式解决相关计算•提高对物理现象的观察能力问题•准确记忆并应用功的计算公式•增强将物理知识应用于实际的意识•能分析力与位移方向关系对做功的•区分物理学中的功与日常生活中•激发探索物理规律的兴趣影响的功•能设计简单实验验证功的概念功的生活体验让我们从一些日常生活经历出发，思考功的概念推购物车当我们在超市推购物车时，需要用力克服摩擦力使购物车前进手对购物车施加了力，购物车在这个力的方向上发生了位移提水桶从井里提水桶时，我们的手对绳子施加向上的拉力，水桶在这个力的方向上向上移动搬书包当我们把书包从地上抬起，放到桌子上时，手对书包施加向上的力，书包在这个力的方向上向上移动功的物理定义功是什么？物理学意义上的功是描述力对物体运动影响的物理量，它与日常用语中表示劳累或成就的功有本质区别在物理学中，功是用来描述力使物体移动的物理量当一个力作用于物体，并使物体在这个力的方向上发生位移时，我们就说这个力对物体做了功功的定义强调了力和位移之间的关系，它是力和力方向上位移的乘积只有当力使物体在力的方向上移动时，才算做功功的物理意义功是能量转化和传递的一种方式，它描述了力对物体产生的运动效果当力对物体做功时，实际上是将能量传递给了物体，使物体的能量发生了变化做功的两个必要条件1物体受到力的作用做功的第一个必要条件是必须有力的存在这个力可以是推力、拉力、重力、弹力等各种形式的力没有力的作用，就不存在做功的可能•力必须是真实存在的•力的大小会影响做功的多少•力可以来自各种不同的来源2物体在力的方向上有位移做功的第二个必要条件是物体必须在力的方向上有位移如果物体没有移动，或者移动的方向与力的方向不一致，则不满足做功的条件•位移必须在力的方向上•位移的大小会影响做功的多少•若位移方向与力方向垂直，则力不做功反例分析手提重物静止不动是否做功？用力推墙但墙未动有没有做功？当一个人用力推墙但墙没有移动时•人对墙施加了推力•但墙在力的方向上没有位移•因此，人对墙没有做功同样，尽管人会感到费力，但从物理学角度看，没有做功这种情况下，人的肌肉消耗了能量，但这种能量没有转化为对外做功功的公式功的数学表达式其中W功F力s物体在力的方向上的位移这个公式表明功等于力与力方向上位移的乘积当力与位移方向理解这个公式需要注意一致时，功的大小就是力的大小乘以位移的大小•公式中的位移s必须是在力F的方向上的分量•功的大小与力的大小和位移的大小成正比•当力的方向与位移方向夹角为零时，公式可以直接应用•当力的方向与位移方向有夹角时，需要考虑力在位移方向上的分量公式中的物理量解释力（）位移（）F s•定义力是物体对物体的作用•定义物体位置变化的矢量•单位牛顿（N）•单位米（m）•特点是矢量，有大小和方向•特点是矢量，有大小和方向•实例1牛顿大约是一个小苹果的•实例普通教室长约10米重力功（）W•定义力与力方向位移的乘积•单位焦耳（J）•特点是标量，只有大小没有方向•实例1焦耳约等于1牛顿的力使物体移动1米单位换算及国际单位制功的单位换算单位比较功的国际单位制单位是焦耳（J），它的定义是单位名称换算关系应用场景焦耳（J）基本单位物理学基础计算即1牛顿的力使物体在力的方向上移动1米所做的功千焦（kJ）1kJ=1000J食品热量标注在实际应用中，还有一些其他的功的单位卡路里（cal）1cal=

4.18J营养学中的能量单位•千焦（kJ）1kJ=1000J⁶•兆焦（MJ）1MJ=1000000J千瓦时（kW•h）1kW•h=

3.6×10J电能消耗计量•千瓦时（kW•h）1kW•h=3600000J功的计算举例1例题用的力推动箱子，做了多少功？100N4m已知条件•力F=100N•位移s=4m•力与位移方向一致求解功W=解析根据功的计算公式W=F×s代入已知数据W=100N×4m=400J分析与思考答案做功400焦耳（J）在这个例子中•力和位移方向一致，可以直接应用W=F×s•如果力是100N，位移是4m，则功是400J•如果力增加一倍变为200N，位移不变，则功也增加一倍变为800J•如果位移增加一倍变为8m，力不变，则功也增加一倍变为800J功的计算举例2例题斜拉对做功的影响已知条件•小明以50N的力拉一个箱子•拉力与水平方向夹角为30°•箱子沿水平方向移动了6m求解小明对箱子做的功W=解析当力与位移方向不一致时，需要计算力在位移方向上的分量F在水平方向的分量=F×cos30°=50N×

0.866=

43.3N功W=F水平×s=

43.3N×6m=

259.8J答案小明对箱子做功约

259.8焦耳（J）分析与思考在这个例子中力与位移方向夹角对功的影响夹角为°时夹角为°时夹角为其他角度时090当力与位移方向完全一致时当力与位移方向垂直时当力与位移方向夹角为θ时此时功最大，力完全用于做功此时功为零，力不做功例如重物绕圆周运动时，向心力此时只有力在位移方向上的分量F•cosθ做功不做功从上面的分析可以看出，力与位移方向的夹角会影响做功的大小当夹角为0°时功最大，当夹角为90°时功为零，当夹角为180°时功为负值（阻碍运动的力做负功）因此，功的通用计算公式可以写成典型错例分析端水静止不做功常见误解辨析误解1只要用力就是做功正确用力不一定做功，必须使物体在力的方向上有位移才做功误解2感觉累就是做了功正确生理上的疲劳感与物理学上的做功是不同概念误解3物体移动就有功正确物体移动不一定有功，关键是看是否有力在位移方向上作用误解4力越大做功越多正确做功大小不仅与力大小有关，还与位移大小和力与位移的方向关系有关错误认识端着水盆站立不动很累，所以做了功正确分析•虽然手臂对水盆施加了向上的支持力（与重力大小相等，方向相反）•但水盆在这个力的方向上没有位移•因此，手臂对水盆没有做功物理解释人感到累是因为肌肉持续收缩消耗能量，但这种能量消耗没有转化为对外做功，而是转化为了热能等其他形式的能量生活中的功的例子扩展骑自行车上坡举重抬重物爬楼梯骑自行车上坡时，骑车人对自行车施加的力举重运动员将杠铃从地面举起时，运动员的搬运工人抬着重物爬楼梯时，工人对重物施使自行车在力的方向上移动，因此做了功上拉力克服杠铃的重力，使杠铃在力的方向加的向上支撑力使重物在竖直方向上升高，功的大小与路程和坡度有关，坡度越大，同上向上移动，因此做了功功的大小与杠铃因此做了功功的大小与重物的重量和楼梯样距离需要做的功越多的重量和举起的高度有关的高度有关在这些例子中，主观的累的感觉与物理学上的做功大小有一定关联，但不完全对应比如，同样是抬20kg的重物上楼，慢慢走和快速跑上去做的功是一样的，但快速跑上去会感觉更累，这是因为功率（单位时间做功的多少）不同动画演示机械做功斜面上的做功杠杆做功当我们沿斜面推动物体时，推力做功的计算方法•若推力平行于斜面W=F×s（s为沿斜面的位移）•若推力水平需要计算推力在斜面方向的分量•若推力与斜面有夹角W=F×s×cosθ斜面的作用使用较小的力移动较重的物体，但需要较长的距离虽然省力，但总功不变杠杆是利用力矩平衡原理工作的简单机械•当使用杠杆搬动重物时，动力做的功=阻力做的功•若动力臂比阻力臂长，则可以用小的力克服大的阻力（省力）学生分组实验设计实验目的实验方案设计通过实验测定不同力和不同距离情况下的做功，验证功的计算公式W=F×s实验器材•弹簧测力计（0-5N）•小车•滑轮•细绳•米尺•砝码组•水平木板分组安排全班分为6组，每组4-5人，分别担任以下角色•实验操作员负责实验的具体操作•测量记录员负责读数和记录数据•计算分析员负责数据计算和分析•报告撰写员负责整理实验报告方案一测定相同力不同位移时的做功

1.将小车放在水平木板上，用弹簧测力计水平拉动小车实验操作说明注意事项实验步骤实验准备•保持拉力方向水平

1.用弹簧测力计水平拉动小车•读数时视线要与刻度垂直

1.检查所有器材是否完好

2.保持拉力恒定（观察测力计读数）•保持拉力大小稳定

2.将水平木板放置平稳

3.测量小车移动的距离•多次测量取平均值

3.将小车放在木板起始位置

4.记录力和位移的数据•注意实验安全

4.在木板上标记好距离刻度

5.改变条件，重复实验

5.准备好数据记录表数据记录表格式实验序号力F N位移s m计算功W J备注123数据收集与分析实验数据示例数据分析实验一相同力不同位移实验一分析在力保持不变的情况下，功与位移成正比当位移增加到原来的2倍或3倍时，功也相应增加到原来的2倍或3倍序号力F N位移s m计算功W J

12.

01.

02.0实验二分析

22.

02.

04.0在位移保持不变的情况下，功与力成正比当力增加到原来的2倍或3倍时，功也相应增加到原来的2倍或3倍

32.

03.

06.0实验二不同力相同位移综合分析序号力F N位移s m计算功W J根据两个实验的结果，可以得出功与力和位移的乘积成正比，即

11.

02.

02.

022.

02.

04.

033.

02.

06.0图表展示力、位移、功的关系位移m功J，F=1N功J，F=2N功J，F=3N功与力的关系功与位移的关系实验反思与提升实验误差分析提高实验准确性的方法在进行功的测量实验中，可能存在以下误差来源力的测量误差弹簧测力计的精度有限，拉力可能不够稳定位移的测量误差起点和终点的确定可能不够精确摩擦力的影响木板与小车之间存在摩擦，影响测量结果拉力方向误差拉力可能不完全水平，导致有效力减小读数误差由于视差等原因导致读数不准确改进实验装置使用更精密的测力计，或使用传感器自动记录数据减小摩擦在木板上铺一层光滑材料，或使用气垫导轨控制变量确保每次实验中只有一个变量发生变化多次测量每组数据重复测量3-5次，取平均值注意读数方法视线与刻度垂直，避免视差保持拉力方向确保拉力方向始终水平实践环节生活做功调查调查任务设计调查报告要求为了加深对功概念的理解和应用，请同学们完成以下家务劳动中的做功调查

1.选择3-5种常见的家务劳动（如提水、扫地、拖地、搬运物品等）

2.分析每种劳动中是否有做功，以及做功的条件

3.尝试估算或测量一次完成该劳动大约做了多少功

4.思考如何改进劳动方式，以减少做功量或提高效率调查方法提示•使用弹簧秤测量力的大小•用米尺或卷尺测量位移•结合功的公式W=F×s计算•考虑力和位移方向的关系调查报告应包含以下内容调查对象选择的家务劳动分析过程力的来源、大小和方向，位移的大小和方向计算结果估算或测量的功的大小思考讨论如何改进劳动方式，减少做功或提高效率心得体会通过调查对功概念的新理解报告形式可以是文字报告、海报、PPT或小视频，鼓励创新表现形式下节课将安排小组交流展示《功》的易错点汇总力和位移必须同向错误认识只要有力和位移就做功1正确理解只有力在位移方向上的分量才做功如果力与位移方向垂直，则不做功典型例子水平拉动物体时，物体受到的重力与水平位移垂直，因此重力不对物体做功水平方向提水不做功错误认识水平搬运重物很累，所以做了功2正确理解手对重物的支持力方向向上，而位移方向水平，两者垂直，因此支持力不做功典型例子水平端着水桶走路时，手对水桶的支持力不做功，尽管感觉很累斜面支持力不做功错误认识物体在斜面上受到的支持力参与做功3正确理解斜面对物体的支持力方向垂直于斜面，而物体沿着斜面移动，两者方向垂直，因此支持力不做功典型例子小球沿斜面滚下时，斜面对小球的支持力不做功课堂练习题1判断题答案与解析

1.物体做功的必要条件是物体受到力的作用并产生位移（）判断题

2.当物体沿水平方向运动时，重力不做功（）×（解析物体做功的必要条件是物体受到力的作用并在力的方向上产生位移）

3.端着水桶静止站立时，手对水桶做功（）

2.√（解析重力方向垂直向下，与水平位移方向垂直，因此重力不做功）

4.力做功的多少与力的大小和物体位移的大小都有关系（）

3.×（解析静止时没有位移，不满足做功的条件）

5.摩擦力一定做负功（）

4.√（解析根据W=F×s，功与力和位移都成正比）选择题

5.×（解析摩擦力方向与物体运动方向相反时做负功；若摩擦力方向与运动方向相同，则做正功）选择题

1.物体在力的作用下产生位移，力做功的条件是（）•A.力的方向与位移方向相同

1.C（解析力做功的条件是力在位移方向上有分量当力与位移方向一致时做正功，相反时做负功）•B.力的方向与位移方向相反•C.力的方向与位移方向一致或相反•D.力的方向与位移方向有夹角

2.以下说法正确的是（）•A.只要物体运动，就一定有力做功•B.只要物体受力，力就一定对物体做功•C.只有力使物体在力的方向上发生位移，力才做功•D.只要物体产生位移，就一定有力做功课堂练习题2计算题解答与分析例题1小明用50N的力推动一个箱子，使箱子沿水平方向移动了4m，则小明对箱子做的功是多例题1解答少？已知F=50N，s=4m，力与位移方向一致例题2小红用20N的力拉一个小车，拉力与水平方向成30°角，小车沿水平方向移动了5m，则小W=F×s=50N×4m=200J红对小车做的功是多少？例题2解答例题3小刚把10kg的书包从地面提起，放到高

0.8m的桌子上，小刚对书包做的功是多少？（重力加速度g=10N/kg）已知F=20N，s=5m，力与位移方向夹角θ=30°F在水平方向的分量=F×cos30°=20N×

0.866=

17.32NW=F水平×s=

17.32N×5m=

86.6J例题3解答已知m=10kg，g=10N/kg，h=

0.8m书包的重力G=m×g=10kg×10N/kg=100N提起书包时，小刚的力等于书包的重力，方向相反W=F×h=100N×

0.8m=80J解题要点

1.明确已知条件和求解目标

2.分析力和位移的方向关系

3.当力与位移方向不一致时，计算力在位移方向上的分量

4.应用功的计算公式W=F×s或W=F×s×cosθ拓展应用功与能量的联系功的本质能量概念能量转化功是能量转移或转化的量度当一个物体对另一个物体做功时，实际上是将能量从一个物体转能量是物质所具有的做功能力能量有多种形式，如机械能（动能和势能）、热能、电能、化通过做功，可以实现能量的转化例如，手拉弹簧做功，将人体内的化学能转化为弹簧的弹性移到另一个物体，或者将一种形式的能量转化为另一种形式的能量学能等不同形式的能量可以相互转化，但总量保持不变势能；物体下落时，重力做功，将重力势能转化为动能几种常见的能量形式动能物体由于运动而具有的能量势能物体由于位置或状态而具有的能量，包括重力势能、弹性势能等热能物体分子热运动的能量电能电荷移动过程中的能量化学能物质分子结构中蕴含的能量核能原子核结构中蕴含的能量物理史话功的概念起源功概念的历史演变焦耳与功当量功的概念有着悠久的历史，其发展与力学和能量理论的进步密切相关17世纪牛顿建立经典力学体系，奠定了研究力和运动关系的基础，但尚未明确提出功的概念18世纪中期法国数学家和物理学家如达朗贝尔DAlembert开始探索力与位移的关系19世纪初法国工程师和物理学家如拉扎尔•卡诺Lazare Carnot首次明确提出功的概念，用于描述力对物体的作用效果19世纪中期焦耳Joule等人通过实验证明了功与能量之间的关系，确立了功是能量转移的量度詹姆斯•普雷斯科特•焦耳James PrescottJoule,1818-1889是英国物理学家，他进行了一系列实验，证明了机械功与热能之间的等价关系，确立了功与能量的统一本质焦耳设计了著名的桨轮实验在密闭的容器中安装桨轮，通过下落的重物带动桨轮旋转，使水温升高通过精确测量重物下落的高度（机械功）和水温的升高（热能增加），焦耳确定了机械功与热能之间的定量关系，即焦耳当量学以致用工程中的功桥梁设计与建设起重机械设计液压系统应用工程师在设计桥梁时，需要精确计算各种力和功起重机的设计基于功的计算工程机械中的液压系统利用功的传递原理•计算支撑桥面所需的功，确定桥墩和桥架的规•确定电机功率，保证能提供足够的功率提升重•通过小面积活塞施加力，在大面积活塞获得更格物大的力•分析风力和地震对桥梁的影响，计算抵抗这些•设计滑轮组和杠杆系统，减小所需的力•设计液压缸尺寸，实现力与位移的最佳组合外力所需的功•计算各部件的承重能力，确保安全运行•计算系统功率需求，选择合适的泵和阀门•评估材料的弹性限度，确保在外力作用下不会形变过大本节小结做功的条件功的定义做功的两个必要条件物体受到力的作用，并且在力的方向上有位移功是描述力使物体移动的物理量，是力与力方向上位移的乘积功的计算公式W=F×s（力与位移同向时）W=F×s×cosθ（力与位移有夹角时）功的应用功的单位功的概念广泛应用于生活和工程中，是理解能量转化和传递的基础功的国际单位是焦耳J，1J=1N•m，表示1牛顿的力使物体在力的方向上移动1米所做的功本节重点学习收获

1.掌握功的物理定义和做功的必要条件通过本节学习，我们不仅掌握了功的概念和计算方法，还认识到了功在能量转化中的重要作用功的概念帮助我们从物理学角度理解日常现象，为后续学习能量相关

2.理解并正确应用功的计算公式知识打下了基础

3.分析力与位移方向关系对做功的影响

4.区分物理意义上的做功与日常用语中的费力课后作业与思考课后习题思考题

1.在下列情况中，哪些是做功，哪些不是做功？说明理由•用手推墙，墙没有移动•提着书包走路•将书包从地上提到桌子上•用水平力拉一个小车在水平地面上匀速运动

2.一个人用100N的力把一个物体从地面提高到2m的高度，求这个人对物体做的功

3.小明用30N的力拉一个小车，拉力与水平方向成45°角，小车沿水平方向移动了4m，求小明对小车做的功

1.为什么说功是能量转化的桥梁？举例说明

2.在相同的路程上，沿水平方向推动物体和沿斜面推动物体，哪种方式做的功更少？为什么？

3.小调查今天你在家做了哪些功？分析这些活动是否符合物理学中做功的定义，为什么？作业要求。