第十五章《功和机械能》
第一节：功
教学目标：
⒈理解做功的两个必要因素。认识在什么情况下力对物体做了功，在什么情况下没有做功。 ⒉理解计算功的公式和单位，并会用功的公式进行简单计算。
⒊常识性了解功的原理。知道使用任何机械都不省功。会应用功的原理进行简单的计算。 ⒋利用不同的研究方法得到功的原理，培养学生的逻辑推理能力。 教学重点
做功的两个必要因素 教学难点
⒈运用公式W＝FS计算机械功 ⒉实验结论的归纳得出功的原理
教学方法 讲授法、自学指导法 实验探索法
教学用具 木块、木板、细绳，小车杠杆和支架、钩码、滑轮、细线、刻度尺 课时安排 2课时
教学步骤
一、导入新课 复习提问 ⒈力的三要素是什么？ ⒉力能产生哪些作用效果？ 二、引入
在物理学中，当一个力作用在物体上，物体在这个力的作用下在力的方向上通过了一段距离，我们就说这个力有了成效。在物理学里，经常要提到“功”的概念，就吸收了“成效”的意思，当然在物理学中功还有它特殊的含义。 三、新课教学 力学中的“功”
㈠、学生自学本节课文第一、二自然段，并参看图及图注。提问并由学生回答讨论以下问题： ⑴力学里所说的“功”，它的含义是什么？
当一个力作用在物体上，物体在这个力的作用下通过一段距离，力学里就说这个力对物体做了功。
⑵分析图1，做功的实例：在什么力作用下，（这个力的方向是怎样？）沿什么方向移动通过了一段距离？什么力对物体做了功？ ⑶力学里的功包括哪两个必要因素？
力学里的功包括两个必要因素：一是作用在物体上的力，二是物体在力的方向上通过的距离。 强调：“两个必要因素”的含义是指“缺一不可”。只有作用在物体上的力，而没有物体在力的方向上通过的距离，即如果物体仍静止不动，这个力就没有对物体做功。结合课本图2，分析两个小朋友做的功等于零的道理。如果物体靠惯性做匀速直线运动，虽然在水平方向上通过了距离，但并没有水平方向的力作用于它，所以没有什么力做功。结合“在极光滑的水平冰面上滑动的冰球”一例，说明没有什么力对冰球做功。 ⑷练习、分析并演示以下问题，讨论力对物体是否做功？
①放在水平木板上的小车，在水平拉力作用下前进了一段距离，拉力和重力这两个力哪个力
对物体做了功？为什么？
②用手提着木块不动，木块受几个力的作用？哪个力对木块做了功？
③用沿水平的拉力拉动小车在水平木板上前进。当把拉力去掉后，小车还向前运动一段距离，在这段距离上，拉力对小车做功了吗？
通过以上问题的讨论，进一步理解做功的两个必要因素。研究力对物体做功时，要分清哪个力对物体做功，或者哪个物体（施力物体）对哪个物体（受力物体）做功。 ㈡、功的计算 S F1＝1N ⒈演示，画板图如图并加以分析。 甲
S F2＝2N 乙
2S F3＝2N 丙
放在水平面上的小车，在水平拉力作用下前进一段距离，如图1所示，拉力对小车做了功。 甲：拉力为F，小车在拉力方向上通过的距离是s，拉力对小车做功；
乙：拉力为2F，小车在拉力方向上通过的距离是s，拉力做的功是甲图中拉力所做功的2倍。 丙：拉力为2F，小车在拉力方向上通过的距离是2s，拉力做的功是甲图中拉力所做功的4倍。 小结：可见力越大，使物体移动的距离越大，做的功越多。功的大小跟作用在物体上的力成正比，跟物体通过的距离成正比。 ⒉功的计算公式
功＝力×距离；即：功等于力与物体在力的方向上通过的距离的乘积。
用W表示功，用F表示力，s表示物体在力的方向上通过的距离，则功的公式可写成：
W＝FS ⒊功的单位
在国际单位制中，力的单位是牛顿（N），距离的单位是米（m），功的单位是牛顿·米，它有一个专用名称叫焦耳，简称焦（J）。 1焦＝１牛·米
在应用杠杆平衡条件计算时，力和力臂的积的单位时“N?m”，不能写成“J”，这两个单位的物理意义有所不同。 几点说明
①使用W＝F·s，要注意单位的统一。
②做功的多少只由W＝F·s决定，跟物体是做匀速直线运动还是做变速运动无关。 ③知道1焦的物理意义，知道1焦的大小。
⒋例题：课本P105，求推箱子的小朋友做了多少功？举箱子的小朋友做了多少功？ 由一名学生板演，其他学生自己演算。要求解题规范化。 W1＝F·s＝50牛×10米＝500焦
匀速举高箱子，箱子受到两个力，G和F′，F′＝G W2＝F′h＝100N×1.5m＝150J
追问：此题中木箱受到几个力的作用？哪个力做了功？对什么物体做功？重力做了功没有？为什么？学生回答，教师小结。 ㈢、小结
⒈力学里的功包括两个必要因素：一是作用在物体上的力，二是物体在力的方向上通过的距离。
⒉功等于力与物体在力的方向上通过的距离的乘积。W＝F·s ⒊功的单位是牛顿·米，它有一个专用名称叫焦耳，简称焦（J） 四、实验研究 研究内容：使用机械能不能省功？ ⒈杠杆实验
⑴实验目的：研究使用杠杆提升重物时能不能省功？即手直接提升重物做的功与利用杠杆提升重物做的功是否相等。
⑵实验中动力就是手的拉力，阻力的大小等于钩码重。实验是利用杠杆的平衡条件算出手对杠杆的拉力。
实验中手的拉力方向始终要竖直向上，重力方向始终竖直向下，所以它们做功的距离是沿力的方向的距离。把两个刻度尺分别竖直放在砝码及手旁，记下砝码和手的起始位置。当用杠杆提升砝码到一定高度时，再记下砝码和手的终了位置，求出砝码升高的高度h（米）和手移动的距离s（米）。
实验中，杠杆的重及杠杆在运动中的摩擦力忽略不计，实验研究的是理想机械。 ⑶按课文实验1，并参照图组装实验器材，将实验结果填入数据表格中，写出实验结论。 ⒉动滑轮实验
⑴实验目的：研究使用动滑轮提升重物时能不能省功？即手直接提升重物做的功与利用动滑轮提升重物做的功是否相等。
⑵实验中动力就是手的拉力，阻力的大小等于钩码重。
图，实验是利用杠杆的平衡条件算出手对杠杆的拉力。
实验中手的拉力方向始终要竖直向上，重力方向始终竖直向下，所以它们做功的距离是沿力的方向的距离。把两个刻度尺分别竖直放在砝码及手旁，记下砝码和手的起始位置。当用动滑轮提升砝码到一定高度时，再记下砝码和手的终了位置，求出砝码升高的高度h（米）和手移动的距离s（米）。
实验中，动滑轮的重及滑轮在运动中的摩擦力忽略不计，实验研究的是理想机械。 ⑶按课文实验2，并参照图14—5组装实验器材，将实验结果填入数据表格中，写出实验结论。 ⒊总结实验结论
⑴学生报告实验记录数值和实验结论。教师将几组数值记于黑板一或事先画好表格的小黑板）上。
⑵实验表明：利用杠杆提升砝码，使用杠杆所做的功F·s（焦）和直接用手所做的功G·h（焦）相等，即使用杠杆不能省功。利用动滑轮提起砝码，使用滑轮做的功F·s和直接用手所做的功G·h相等，即使用动滑轮也不能省功。 ⑶总结出功的原理：
①使用机械时，人们直接用手做的功，都等于使用机械做的功。使用任何机械都不能省功，这个结论叫做功的原理。② 功的原理对任何机械都适用。
⒋思维发散：使用任何机械都不省功，为什么人们还要使用机械呢？（课文后“想想议议”）
因为使用机械可以改变动力的大小、方向和动力作用点移动的距离，使用机械还可以改变做功的快慢，使用机械还能比较方便的完成人们不方便完成的工作等，使用机械有很多好
处。 ⒌斜面
⑴斜面也是一种简单机械，例如在向卡车上装中的货物时，常用木板搭成一个斜面，把重物推上去；爬坡度很陡的山，人感到很吃力，要是沿着盘山公路走就不会感到吃力，可见使用斜面可以省力。根据功的原理，可知使用斜面不省功，省了力就要多费距离。
⑵学生练习：试证明斜面的长度是斜面高度的几倍，所用的推力就是物体重力的几分之一。 ⒍小结
⑴功的原理：使用任何机械都不能省功。动力对机械做的功等于机械克服阻力所做的功； ⑵斜面：使用斜面可以省力，斜面的长度是斜面高度的几倍，所用的推力就是物体重力的几分之一。 五、总结
六、作业处理： 七、反思：
第二节：机械效率
教学目标
⒈知道什么是有用功、额外功和总功。
⒉知道什么叫机械效率，知道计算公式。知道机械效率总小于1。 ⒊知道提高机械效率的意义和主要方法。 ⒋学习组装滑轮组和会测滑轮组的机械效率；
⒌通过学生实验，使学生进一步明确机械效率取决于有用功在总功里所占的百分比，从而了解提高机械效率的途径。 教学重点
⒈使用任何机械都要做额外功
⒉滑轮组的组装，重物上升距离、绳端通过距离的测量 教学难点
⒈有用功、总功的正确判断，理解效率的物理意义 ⒉实验的原理
教学方法 讲授法 实验法
教学用具 滑轮、钩码、线、弹簧秤、铁架台、刻度尺 课时安排 2课时 教学步骤
一、导入新课 复习提问 做功的因素是什么？功的原理是什么？
二、引入 功的原理告诉我们，使用任何机械都不能省功，实际上使用机械还要多做功。例如用动滑轮提升重物时，把滑轮本身也提起来了，滑轮受到重力作用，也发生了一段距离，对滑轮也有做功。另外滑轮与绳子之间存在着摩擦，克服阻力也要多做功。
在利用机械做功时，我们所需的只是其中的一部分，而额外要多做的功也占一部分，那么机械做功就存在一个效率问题。 三、新课教学 有用功、额外功、总功 ⒈演示实验：用弹簧秤匀速拉动绳端，使重物G升高。从弹簧秤读出拉力F的值，用刻度尺测出重物提升的高度h和弹簧秤移动的距离s。 实验数值G＝5牛，h＝0.5米，F＝3牛，s＝1米
弹簧秤的拉力（动力）对动滑轮做的功：W动＝F·s＝3牛×1米＝3焦 提高重物，动滑轮克服阻力做的功：W阻＝G·h＝5牛×0.5米＝2.5焦 ⒉提问：由实验可以看到W动＞W阻，这是为什么？
前面研究简单机械和功的原理时，我们没有考虑摩擦，没有考虑使用动滑轮提升重物时动滑轮本身重等因素，是理想情况。实际上，我们用动滑轮等简单机械提升重物时，由于要克服摩擦以及不得不把动滑轮一起提升，这时我们用的力（动力）就比没有摩擦时要大（该实验中，理想情况下拉力是2.5牛，而实际的拉力是3牛）。做的功要比没有摩擦时大一些（该实验中，不考虑摩擦时动力做的功是2.5焦，而实际动力对滑轮做的功是3焦）。 ⒊小结
①有用功（W有用）：利用机械工作时对人们有用的功叫有用功。在用动滑轮提高重物的实验中，用来提高物体的功对我们是有用的，是必须做的。 本实验中的有用功W有＝G·h＝5牛×0.5米＝2.5焦。 ②额外功（W额外）：对人们没有用，但又不得不做的功叫做额外功。本实验中，用来克服摩擦做的功、把动滑轮提升0.5米做的功对我们没有用，但又不得不做的功，这种功叫额外功。使用任何机械做额外功是不可避免的。 ③总功（W总）：有用功与额外功的总和叫总功。有用功加额外功是总共做的功，叫总功。 本实验中总功W总＝F·s＝F·2h＝3牛×1米＝3焦。
本实验中做的额外功W额外＝W总－W有用＝3焦－2.5焦＝0.5焦。 ④判断有用功、额外功
判断有用功、额外功要看做功的过程中，我们想达到的目的是什么，实现这一目的所做的功就是有用功。其余部分就是额外功。例如：用桶打水，提水的功是有用功，提桶的功是额外功；水里捞桶，提桶的功是有用功，提水的功是额外功。 ⑤练习：
计算图中三种不同方法将沙子运上三楼所做的有用功，额外功和总功。以加深对概念的理解。
四、机械效率 ⒈根据以上实验，你能算出有用功在总功中占的百分比吗？
⒉定义：有用功跟总功的比值叫机械效率，即有用功占总功的百分比。 ⒊公式：?＝W有用W总