《功能关系》教学设计

作者：***

来源：《新课程·教师》2017年第01期

        【课题】

        功能关系。

        【课型】

        高三复习课。

        【教学目标】

        1.知识与技能

        进一步理解做功和能量变化之间的关系，能够用功和能的观点分析并解决力学问题。

        2.过程与方法

        通过对几种典型的功能关系的复习，功能关系在实例中的应用，加深学生对功能关系的理解，掌握功能关系解决问题的基本方法。

        3.情感、态度与价值观

        通过功能关系的学习，使学生能够理解和运用自然规律，并用来解决实际问题，为建立科学的世界观和科学思维方法打下基础。

        【教学重点】

        掌握几种典型的功能关系。

        【教学难点】

        功能关系的应用。

        【教学方法】

        启发式，讨论式。

        【教学用具】

        PPT课件。

        【教学过程】

        一、引课

        教师活动：

        今天我将和大家一起复习做功和能量变化之间的关系，请大家说说你对功的理解和你所熟悉的能量形式。

        学生活动：

        学生七嘴八舌话功能。

        学生：功是能量转化的量度。

        列举：动能、势能、机械能、内能、电能、磁场能、核能等。

        设计意图：引课，通过简单回忆功和基本能量形式，为接下来的复习做好准备。

        二、基本功能关系复习

        教师活动：

        大家都知道：功是能量转化的量度，某种形式的能量变化往往和一些特定的功相对应，接下来就结合实例，一起回忆功能关系。

        如上图所示，一带电滑块从A点运动到B点的过程中，推力F做功为5J，重力做功-3J，电场力做功为1J，克服摩擦阻力做功0.5J，则

        （1）滑块动能变化多少？

        （2）重力势能和电势能各变化多少？

        （3）滑块的机械能变化多少？

        （4）摩擦生热为多少？

        学生活动：

        （1）动能定理：

        W合=ΔEk=Ek2-Ek1

        （2）势能“定理”

        WG=-ΔEp=Ep1-Ep2

        W弹=-ΔEp=Ep1-Ep2

        W电=-ΔEp=Ep1-Ep2

        （3）机械能“定理”

        W其他=ΔE

        若其他力不做功则机械能守恒。

        （4）滑动摩擦生热

        Q=f滑s相对

        设计意图：（1）通过实例由学生叙述出最基本的几个功能关系，并简单应用。

        （2）提醒学生，机械能守恒是其他外力不做功的情况，了解能量转化和守恒定律。

        三、牛刀小试

        1.教师活动

        如下图，一个质量为m的物体（可视为质点）以某一速度从A点冲上倾角为30°的固定斜面。其加速度大小为g，物体在斜面上上升的高度为h的过程中，物体的（ ）

        A.重力势能增加了mgh B.重力势能增加了mgh

        C.动能减少了mgh D.机械能减少了mgh

        学生活动：

        分析判断能量变化与功之间的关系，并求解。答案：BD

        设计意图：带领学生进一步熟练功能关系。体会利用做功解决能量变化问题。

        2.教师活动

        如下图所示，水平传送带由电动机带动，始终以速度v匀速运动。将质量为m的物体轻轻放在传送带上，物体与传送带之间的动摩擦因数为μ。物体过一会儿能保持与传送带相对静止，该过程中下列说法正确的是（ ）

        A.摩擦力对物体做的功为mv2

        B.电动机做的功为mv2

        C.传送带克服摩擦力做的功为mv2

        D.电动机增加的功率为μmg

        学生活动：

        分析判断做功与能量变化之间的关系，并求解。

        A.对应物体增加的动能

        B.对应内能增量和动能增量

        C.以传送带为研究对象

        答案：D

        设计意图：通过这道题，体会利用能量变化解决做功多少问题。

        四、知能提升

        教师活动：

        如下图所示为某探究活动小组设计的节能运输系统。斜面轨道倾角为30°，质量为M的木箱与轨道的动摩擦因数为。木箱在轨道顶端时，自动装货装置将质量为m的货物装入木箱，然后木箱载着货物沿轨道无初速度滑下，当轻弹簧被压缩至最短时，自动卸货装置立刻将货物卸下，然后木箱恰好被弹回到轨道顶端，再重复上述过程。求m与M的关系。

        学生活动：

        配合教师完成研究对象、运动过程的选择，并列出相应的方程。

        设计意图：体会用功能关系解决问题的基本思路：

        （1）选择系统

        （2）选择过程

        （3）选择规律

        即：哪一系统在哪一个过程中应用了哪一规律？

        教师活动：

        如下图所示，高度为L、横截面积为s的物块浮在盛水的杯内，杯内水的高度好为L。已知杯子的横截面积为2s，水的密度为ρ，物块的密度为ρ，现用外力将物块按入水底，则外力至少做多少功？

        学生活动：

        学生分析变力做功问题

        方案一：图象法求变力功。

        方案二：用功能关系，选物块和水为系统，外力功应对应着系统能量的增加，解为ρgsL2：

        设计意图：进一步体会系统选择的重要性，会用功能关系解决变力功问题。

        【小结】

        今天，我们主要复习了功能关系在力学中的应用，其实功能关系在电磁学、热学、光学和原子物理学中都有着广泛的应用。解决问题的思路基本一致，即选择系统，选择过程，再选择合适的功能关系。

        【教学后记】

        功和能对于高中生是非常抽象的概念，尤其对功的理解更是很有难度，本节课分别从“功是能量转化的量度”“功是力的空间累积效果”“功是力和在力的方向上通过的位移的矢量乘积”三个方面加深了对功的深层次理解，并重点复习了功能关系等问题。

        【交流反思】

        限于时间的关系，一节课仅能和学生复习功能关系在力学中的一些应用，其实，功能关系在热学、光学、电磁学等其他领域中同样适用。希望通过本节课，能够使高三学生在面对功能关系问题时注意系统、过程及规律的选择，即：哪一系统在哪一过程中应用了哪一规律？