人教版（2024）八年级下册物理第十一章《功和机械能》教案（共4课时）

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人教版（2024）八年级下册物理第十一章《功和机械能》教案（共4课时）第1节 功教学目标1．物理观念：(1)知道力学中功的概念，能说出做功的两个必要因素。(2)能判断物体是否做功。(3)明确计算功的大小的表达式以及每个物理量的物理意义和单位，并能进行简单的计算。2．科学思维：(1)通过对各种实例进行分析，判断具体情境中的力是否做功。(2)通过力的示意图建立做功的模型，正确理解力的方向上移动的距离，准确计算出功的大小。3．科学探究：基于实际情境中各种做功和不做功的情况，通过交流、反思得出不做功的三种情况，培养交流、分析能力。4．科学态度与责任：培养学生乐于探索自然现象和物理规律的品格，提高参与观察、讨论、探索活动的积极性。教学重难点教学重点：理解功的概念。教学难点：判断力对物体是否做功。教学用具4本书、装满书的书包、多媒体课件等。教学过程情境导入活动 平时，我们常用力去移动物体，使其位置改变。下面请同学们一起做三个小实验。学生实验1：用手将放在桌旁地面上的装满书的书包和4本书分别匀速提到桌面上。提问 两次移动的距离怎样？哪一次“累”一些呢？为什么？学生总结：两次移动的距离相同，提书包“累”一些，因为提书包需要较大的拉力。学生实验2：用手将放在桌旁地面上的装满书的书包分别匀速提到凳子上和桌面上。提问 哪次“累”一些呢？为什么？学生总结：提到桌面上“累”一些，因为移动的距离较大。学生实验3：用手将装满书的书包匀速提高5 cm和将4本书从地面匀速提到桌面上。提问 哪次“累”一些？为什么？学生总结：无法比较，因为两种情况需要的拉力大小不同，移动的距离也不同。力的大小不同，移动的距离不同，无法比较哪次更“累”。讲述 由此，人提物体“累”的程度，不能仅仅单独由力的大小或单独由移动的距离大小来比较或表示，所以我们引入一个新的物理量——功。新课教学探究点一　力学中的功过渡提问 功这个物理量和什么因素有关呢？请同学们看多媒体课件，说一说这两幅图中的共同点和特征。学生分析：都有力，物体都移动了一段距离。提问 移动的距离和力之间有何关系？学生分析：是在力的作用下，在力的方向上移动的距离。结论 通常而言，如果一个力作用在物体上，物体在这个力的方向上移动了一段距离，就说这个力对物体做了功。补充 做功的两个必要条件：(1)作用在物体上的力；(2)物体在力的方向上移动了一段距离。提问 功的大小与力和距离这两个因素有何关系呢？教师讲解：力越大，物体在力的方向上移动的距离越大，这个力的成效越显著，说明力所做的功越多。结论 力学中，功等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积。即功＝力×距离。功的表达式：W＝Fs。相关解释及补充：1．公式中W表示功，单位为焦耳(J)；F表示力，单位为牛顿(N)；s表示距离，单位为米(m)。2．功的单位：焦耳(J)，1 J＝1 N·m。3．变形公式：(1)F＝ eq \f(W,s) (求力)；(2)s＝ eq \f(W,F) (求距离)。探究点二　功的计算过渡 有了功的表达式，我们就可以定量的计算功的多少。公式应用 例　一个人用50 N的力沿水平方向匀速推一辆重200 N的小车前进2 m，这个人对车做功多少？重力对车做功多少？解：小车在水平推力的作用下做匀速直线运动，人对车做的功：W人＝Fs＝50 N×2 m＝100 J。重力的方向竖直向下，小车在水平方向上移动，在竖直方向上没有移动距离，h＝0，所以重力做的功：W重＝Gh＝200 N×0 m＝0 J。提问 由上面的例题我们知道，并不是有力也有距离就一定做功，还要看力和距离之间的关联性。请同学们根据做功的两个必要条件判断在下面几种情景中，人施加的力对物体是否做功？(1)手提着书包在空中静止不动。(2)用力推讲台，讲台没有动。(3)用脚踢出足球，球在地面上滚动。(4)人提一桶水沿水平方向前进。(5)手提着钩码匀速上升。学生分析、讨论：上面的情景中，只有手提着钩码匀速上升的过程中人施加的力有做功；其他情景人施加的力都不做功。补充 不做功的三种情况：(1)有力没有距离不做功，即物体受到力的作用，但保持静止状态(s＝0，劳而无功)。(2)有距离没有力不做功，即物体在运动方向上不受力的作用(F＝0，不劳无功)。(3)通过的距离与力的方向垂直不做功，即物体受到某力的作用，但运动方向始终与该力垂直(F⊥s，劳而无功)。板书设计第1节　功1．力学中的功：如果一个力作用在物体上，物体在这个力的方向上移动了一段距离，就说这个力对物体做了功。表达式：W＝Fs。单位：焦耳，简称焦(J)，1 J＝1 N·m。2．功的计算。不做功的三种情况：①s＝0，劳而无功；②F＝0，不劳无功；③F⊥s，劳而无功。教学反思功是能量转化的量度。正确理解功的含义，是学好功的计算、功率、机械能和机械效率等知识的基础。特别对做功的两个必要条件，学生如果能够很好地掌握它，就能够更好地去理解功的原理、机械效率等知识，并解决有关的问题。因此理解做功的两个必要条件是本节课的重点。由于“工作”概念的影响，学生对有些物体运动的情况是否做功还是不能正确地判断，例如举重运动员高举杠铃未动，人推车而车不动等，虽然人都消耗了体力，但是从物理学的角度来看，他们并没有做功；再比如冰块在光滑的冰面上滑动的过程，重力也没有做功。所以判断是否做功是教学中的难点。第2节 功率教学目标1．物理观念：(1)知道功率，能说出功率的物理意义。(2)能写出功率的定义式，并能进行简单计算。2．科学思维：类比速度的定义，推理得出功率的计算公式，体会比值定义法的应用。3．科学探究：通过做功的实例分析，了解做功的快慢可以用功率表示。4．科学态度与责任：具有对科学的求知欲，乐于探索自然现象和日常生活中的物理道理，有将科学技术应用于日常生活、社会实践的意识。教学重难点教学重点：理解功率的概念及其计算。教学难点：对功率概念的理解。教学用具多媒体课件。教学过程情境导入情境展示 多媒体展示工人用铁锹挖土和用挖掘机挖土，哪一种方法更快？图中的情景说明了什么问题？学生讨论、分析、总结：挖掘机挖土更快。利用机械做功会比人力做功更快。新课教学探究点一　功率提问 以前学习过要比较两物体运动的快慢，可以先确定路程再比较时间，也可以先确定时间再比较路程。你能结合相关知识，说说比较物体做功的快慢可采用什么方法吗？展示 向学生提供一组数据，让学生想一想、议一议谁做功最快？说出比较的依据。学生在小组讨论的基础上进行回答，由他人(同组同学或其他组同学)适当补充，再通过教师的引导使学生领悟比较物体做功快慢的方法：(1)做功相同，比较做功的时间，时间短的做功快；(2)时间相同，比较做功的多少，做功多的做功快。提问 用什么方法可以方便准确地表示物体做功的快慢呢？教师引导：用一个包含功和做功所用的时间的概念来表示物体做功的快慢是否可行？学生在教师的引导下，理解功率的概念，功率表示的物理意义，认识功率的计算公式及相关单位。总结 1.物理意义：功率是用来表示做功快慢的物理量。2．定义：功与做功所用的时间之比，叫作功率。3．公式：P＝ eq \f(W,t) 。W表示功，单位是焦耳(J)；t表示时间，单位是秒(s)；P表示功率，单位是瓦特(W)。1 W＝1 J/s，1 kW＝103 W。4．变形公式：(1)W＝Pt(求功)；(2)t＝ eq \f(W,P) (求时间)。补充 1.用已知物理量的比值定义新的物理量(比值定义法)，是建立物理概念常用的方法。2．功率计算公式推导：P＝ eq \f(W,t) ＝ eq \f(Fs,t) ＝Fv。变形式：(1)F＝ eq \f(P,v) (求力)；(2)v＝ eq \f(P,F) (求速度)。常用于功率恒定或匀速运动的物体。探究点二　功率的计算过渡 有了功率的表达式，我们就可以通过计算比较不同物体做功的快慢了。公式应用 例1　用3 N的力在1.5 s内将物理课本从地上提升1 m，求这个力做功的功率。解：这个力做的功：W＝Fs＝3 N×1 m＝3 J，做功的功率：P＝ eq \f(W,t) ＝ eq \f(3 J,1.5 s) ＝2 W。例2　某同学住在10楼，他在1楼搭乘电梯回家，电梯运行30 s直接到达10楼。假设电梯匀速运行，每层楼高3 m，该同学重600 N，在搭乘电梯的过程中电梯对他做功的功率是多少？方法一　解：该同学搭乘电梯从1楼到10楼，上升的高度：h＝9×3 m＝27 m，电梯对他做的功：W＝Gh＝600 N×27 m＝1.62×104 J，电梯对他做功的功率：P＝ eq \f(W,t) ＝ eq \f(1.62×104 J,30 s) ＝540 W。方法二　解：该同学搭乘电梯匀速从1楼上升到10楼，上升的速度：v＝ eq \f(s,t) ＝ eq \f(9×3 m,30 s) ＝0.9 m/s，电梯对他做功的功率：P＝Fv＝Gv＝600 N×0.9 m/s＝540 W。注意：计算过程中，单位统一为国际单位。板书设计第2节　功率1．功率：(1)物理意义：表示做功的快慢。(2)定义：功与做功所用时间之比叫作功率。(3)定义式及单位：P＝ eq \f(W,t) ；P－W，W－J，t－s；1 W＝1 J/s。(4)推导式：P＝Fv。2．功率的计算。教学反思以往的教学过程按教材的思路进行授课，课堂显得枯燥，学生学习热情不高。本节课教学设计按照课标的要求和理念，为学生创设了一个熟悉的生活情境，引起学生的注意和思考，再通过小组讨论的方式逐步引导学生认识功率，最后让学生用所学知识解决实际问题，学生体会到学以致用的乐趣。教学实践证明，引导学生主动参与研究，教学效果更好。第3节 动能和势能教学目标1．物理观念：(1)通过对动能、势能的学习，初步建立能量的观念。(2)从做功的角度描述能量，能说出能量与做功的关系，记住能量的单位。(3)能从能量的角度解释具体情境中的问题。2．科学思维：(1)根据生活中的具体实例，分析得出能量与做功的关系。(2)在实验探究的过程中加强转换法、控制变量法的理解与运用。(3)根据实验现象，推理得出物体动能的大小与质量和速度的关系。3．科学探究：探究物体的动能跟哪些因素有关，猜想重力势能、弹性势能相关的影响因素并设计检验实验，通过交流反馈，最终能够进行清晰地表述，提升学生的科学探究能力。4．科学态度与责任：(1)具有从能量的角度分析物理问题的意识。(2)通过科学探究，使学生经历基本的科学探究过程，学习科学探究方法，发展初步的科学探究能力，养成尊重事实、探索真理的科学态度。教学重难点教学重点：理解动能和势能的概念；探究影响动能和势能大小的因素。教学难点：能的概念的建立。教学用具不同质量的钢球、斜槽、木块、钩码、带小木板的弹簧、多媒体课件等。教学过程情境导入情境展示 用多媒体向学生展示高空抛物的杀伤力有多大的图片，引导学生思考为什么小小的物体从高空抛下后会产生如此严重的后果。新课教学探究点一　能量演示 钢球从斜槽上滚下，在水平桌面上撞击木块，使木块移动了一段距离。提问 钢球与木块碰撞过程中，有没有做功？概念引入 物体能够对外做功，我们就说它具有能量，简称能。能量的单位与功的单位都是焦耳(J)。一般来说，一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大。探究点二　动能展示 观察和分析如图所示的实例：流动的河水能把石头冲走，流水能做功；飞行的子弹能把木板打穿，飞行的子弹能做功；风吹动帆船航行，空气流动形成的风能做功。找一找它们的共性。学生分析：这些物体能做功，它们都具有能。它们的能量是由于物体运动才具有的。水由于流动、子弹由于飞行、空气由于流动而具有能。总结 物理学中把物体由于运动而具有的能叫动能。一切运动的物体都具有动能。提问 动能的大小跟哪些因素有关呢？演示实验 研究物体的动能跟哪些因素有关。实验思路：物体能够做的功越多，表示这个物体具有的能量越大。我们可以借助转换法，让运动的物体做功，通过做功的多少来体现动能的大小。实验过程：利用如图所示的实验装置，钢球从斜槽上高为h处滚下，在水平面上运动，观察钢球碰上木块后，将木块撞出的距离。1．让同一个钢球分别从不同的高度由静止开始滚下，撞击放在同一位置的同一木块。观察钢球运动到水平面时的快慢是否相同，记录并比较木块被撞的距离。总结 实验表明，钢球从高处滚下，高度越高，钢球运动到水平面时速度越大，木块被撞得越远。所以，质量相同时，钢球的速度越大，动能越大。2．让质量不同的钢球从同一高度由静止开始滚下，撞击放在同一位置的同一木块。记录并比较木块被撞的距离。总结 实验表明，速度相同时，质量越大的钢球将木块撞得越远。所以，钢球的速度相同时，质量越大，动能越大。结论 质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大。想想议议 请你用物理知识解释，为什么要对道路上行驶的机动车的最高行驶速度进行限制？为什么在同样的道路上，对不同车型会设定不一样的最高行驶速度？让学生分组讨论，分析论证。探究点三　势能过渡 运动的物体具有动能。生活中也有很多物体并没有运动，但是它们也能做功，这是因为它们具有势能。重力势能和弹性势能是常见的两种势能。提问 什么样的物体具有重力势能？教师讲解：打桩机在工作时，把重锤高高举起，当重锤落下时就可以把桩打入地里，对桩做功，因为重锤受到竖直向下的重力，重锤落下时沿着重力的方向通过了一段距离，所以举高的重锤可以做功，将桩打入地里。试想，一个重锤如果静止压在桩上能不能做功？结论 物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能，叫作重力势能。提问 重力势能的大小跟哪些因素有关？请大家判断下列物体的重力势能的大小。(1)打地基时，质量是20 kg的石制重锤和质量是100 kg的铁制重锤被举得同样高，谁的重力势能大？学生回答。(2)同一个重锤，被举高1 m或3 m两种情况下，哪种情况重力势能大？学生回答。总结 通过以上的例子，我们能判断出重力势能的大小跟物体的质量和所处位置的高度有关，物体的质量越大，位置越高，它的重力势能就越大。提问 什么样的物体具有弹性势能？展示 如图，把一个弹簧放在水平木板上，用力将弹簧压缩，使其发生弹性形变。此时，弹簧静止，没有动能。弹簧也没有被举高，也没有重力势能。可是弹簧能不能做功？学生思考、回答：能！放开手，钩码会被弹簧举起来。教师讲解：可见，被压缩的弹簧也具有能。总结 物体由于发生弹性形变而具有的能，叫作弹性势能。物体弹性势能的大小跟弹性形变大小有关，弹性形变越大，它具有的弹性势能越大。板书设计第3节　动能和势能1．能量：物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量。2．动能：物体由于运动而具有的能；影响因素：速度、质量。3．势能：(1)重力势能：物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能；影响因素：质量、所处位置。(2)弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能；影响因素：弹性形变的程度。教学反思本节课主要的教学内容有：能量、动能、势能的概念，探究动能的影响因素。能是物理学中最重要的概念之一，它比较抽象，不易理解，只能通过有关的物理现象来肯定它的存在。而八年级学生的思维比较单一，思维处于感性阶段，他们容易接受相对形象的物理概念，对抽象的“能”的概念感到困惑，所以本节课教学的重点是初步理解动能、势能的概念，知道影响动能和势能的因素。第4节 机械能及其转化教学目标1．物理观念：(1)知道动能、势能统称为机械能。(2)知道物体的动能和势能可以相互转化。能解释与机械能转化有关的现象，认识水能、风能。(3)通过实例认识能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以相互转化。(4)知道机械能及守恒的条件。2．科学思维：(1)通过对滚摆和单摆的实验观察，推理得出机械能守恒的条件。(2)类比各种机械能转化实例，有运用机械能转化与守恒的观点分析力学问题的意识。3．科学探究：通过观察和实验，探究动能和势能相互转化的规律。4．科学态度与责任：(1)知道机械能与人们生活的联系，有将机械能应用于生活的意识，初步建立能源的可持续发展观念。(2)通过了解人类探索物质世界的历程和科学理论成果，培养探索精神、创新思想和促进人类社会与自然和谐发展的优良品德。教学重难点教学重点：动能和势能的相互转化。教学难点：能解释有关动能和势能相互转化的简单物理现象。教学用具滚摆、多媒体课件等。教学过程情境导入情境展示 观察这幅图，把悬挂的铁锁拉到自己的鼻子附近静止，松开手后，铁锁向前摆去，接着又反向摆回来，你原地不动，铁锁会打到你的鼻子吗？自己实际试一下，想一想这是为什么？新课教学探究点一　机械能及其转化提问 (1)我们小时候玩过荡秋千(如图1)吧，闭上眼睛，那种时高时低的感觉如同在飞，你知道在荡秋千的过程中人具有哪些能量？这些能量是怎样变化的？(2)如图2所示是小刚在玩弹弓的情境，小刚用形变的橡皮条将“子弹”弹射出去的过程中，橡皮条和“子弹”具有哪些能量？这些能量是怎样变化的？从以上的两个实例中，你能够发现能量的变化有什么规律？学生小组讨论、交流分析出每一个阶段中能量的变化情况和能量变化的规律。教师把每个小组的观点进行引导总结。总结 (1)把荡秋千的过程转化为如图所示的图片，展开分析：　 A→B过程中具有的能量是势能和动能，其中能量的变化是重力势能减小，动能增大；　 B→C过程中具有的能量是动能和势能，其中能量的变化是重力势能增大，动能减小。(2)橡皮条将“子弹”弹射出去的过程中，橡皮条具有弹性势能，“子弹”具有动能。橡皮条的弹性势能减小，“子弹”的动能增大。(3)在某一阶段能量的变化中，一种能量在减小的同时，另一种能量在增大。提问 减小的能量是消失了吗？增大的能量是创生出来的吗？总结 减小的能量没有消失，而是转换为了其他的能量。结论 在物理学中，把动能、重力势能和弹性势能统称为机械能(机械能＝动能＋势能)，机械能之间(即动能和势能)可以相互转化。展示 观察滚摆的运动，想想滚摆在最高点和最低点时的动能和势能是怎样的？在运动过程中动能和势能是如何变化的？学生分析、讨论后回答：在最高点时，重力势能最大，动能最小；在最低点时，重力势能最小，动能最大；下降时，重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能；上升时，动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能。总结 当只有动能和势能互相转化时，机械能总和不变(即机械能守恒)。探究点二　水能和风能的利用自主学习 阅读教材P98～P99相关内容。教师出示课件让学生分析。学生在教师的引导下提出自己的想法。然后小组之间再进一步交流分析，阐明观点。从学生对课件问题的认识中，教师引导得出在生活中人类利用水能和风能的实例，使学生认识到在自然界可直接利用的能源有水能和风能。板书设计第4节　机械能及其转化1．机械能：动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。2．动能与势能之间的转化：3．水能和风能的利用。教学反思本节课主要采用以课件设疑来调动学生的好奇心，然后以问题为切入点展开讨论，让学生在情境问题中来感悟物理知识，起到乐中求学，学中求乐，不知不觉中总结出动能和势能之间可以转化的知识点。为了加深学生对动能、势能的相互转化的印象，再进一步举出生活事例进行分析。由于现象皆从身边来，故讨论时都踊跃发言，经过一定的“争吵”讨论出的结果正确性更高而且深刻。经过这样热烈的讨论，学生学到的知识一定印象深刻，并能从枯燥无味的课堂中感受到学习物理的乐趣。物体所做的功所用时间A1000 J5 sB1000 J10 sC4000 J1 minD6000 J1 min