《怎样才叫“做功”》 教学设计

《怎样才叫“做功”》

【知识与能力目标】

1、理解“做工”与“做功”的区别。

2、掌握做功的要素，能够判断物体是否做功。

3、掌握功的测算方法，了解机械功原理。

【过程与方法目标】

通过课堂互动加深学生对做功的理解。

【情感态度价值观目标】

关注与关心社会生活中的做功现象，体会物理与社会生活的密切联系。使学生明白物理学来源于生活，应用于生活。

【教学重点】

理解做功的要素，能够定量计算做功值。

【教学难点】

判断物体是否做功，做功的正确计算方法。

【教学方法】

观察引导、课上交流、巩固总结。

我们在以前的学习过程中已经学习了力和距离的概念。如果我们将力在距离上积累起来，会有什么样的效果呢？我们为什么要引入机械呢？

【过渡】人类利用机械做功，从而提高工作效率。比如利用蒸汽机做功，带动火车运行。

为什么利用机械可以提高工作效率？这就需要明白做工和做功的区别。

二、新课学习

1．介绍做功与做工的区别

【演示】（媒体展示）课本图11-1，在左图中人用力推汽车，但没推动，右图中人用力搬石头，也没搬起来。我们根据经验知道，在做图中所示的活动中我们会大汗淋漓，使尽全身力气，确实做了“工”，但从物理学定义上来讲，我们并未“做功”。那么什么情况下才算做功呢？做功具有什么样的物理意义呢？

（1）怎样才叫“做功”

【演示】（媒体展示）课本活动1，找出图11-2中左图和右图的共同点。从左图中我们发现人在提拉铁球时对铁球施加了力的作用，同时将铁球提起了一段距离；与左图类似，右图的人在推车子的时候对车子施加了力的作用，然后将车子推了一段距离。在物理学上，他们都做了功，但与图11-1不同的是，他们在施加力的同时，使物体移动了一段距离。

【提问】是否对物体施加力，并且物体有移动距离，就认为做功了呢？

很显然不是这样的，我们可以注意到图11-2中，物体的移动方向与作用力方向相同。也即是说，做功需要使物体在力得到方向上移动一段距离。物理学上规定：作用在物体上的力，使物体沿力得得方向移动一段距离，我们就说这个力对物体做了功。这是物理学上对做功的定性解释。

【提问】大家了解了做功的定义，那么能够从定义里提炼出做功的要素吗？

（2）做功的要素

从定义里不难看出，做功的两个必要的因素是作用力和在力的方向上移动的距离。也即：

①作用在物体上的力

①物体在力的方向上移动的距离

关于做功的要素，大家务必要牢记。其中一定要注意到移动的距离是有前提条件的，也即在力的方向上移动的距离。

【提问】了解了做功的要素，那么什么情况下没有对物体做功呢？

【交流】为了了解不做功的情况，我们需要从做功的要素入手。很明显，力、距离、方向任何一项不满足就会造成不做功：

（1）物体受力，但物体没有在力的方向上通过距离，此情况叫“劳而无功”。

（2）物体移动了一段距离，但在此运动方向上没有受到力的作用（如物体因惯性而运动），此情况叫“不劳无功”。

（3）物体既受到力，又通过一段距离，但两者方向互相垂直（如起重机吊起货物在空中沿水平方向移动），此情况叫“垂直无功”。

这三种不做功的情况可以从反面判断物体是否做功。大家可以根据这些判断依据对图11-3中力是否对物体做功进行判断。

2．怎样测算功

【过渡】我们已经定性地学习了做功，物理学中之所以引入做功除了是因为这个概念特别重要之外，还在于我们要知道力对物体做了多少功。这就需要定量地知道做功。

（1）做功的定量计算

我们了解了做功的要素，就知道了功的大小与力和距离都有关系。物理学上定义力对物体做的功，等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积，也即：功=力×距离。功的符号来源于英文单词“Work”，简称为W，所以做功可以表示为：W＝F·ｓ。

有了功的物理学计算公式，就需要知道功的单位。在国际单位制中，功W的单位为：牛·米(N·m)，它有一个专门的符号：焦耳（J），这是为了纪念著名物理学家焦耳。那么，与功的计算公式对应：J= N·m。1J的物理意义为：1N的力，使物体在力的方向上通过1m的距离所做的功为1J。即：1J＝1N×1m＝1 N·m

从公式中很容易发现：使物体移动的距离一定，力越大，做的功越多；力一定，使物体移动的距离越大，做的功越多；力越大，使物体移动的距离越大，做的功越多；功的多少跟作用在物体上的力成正比，跟物体移动的距离成正比。

【提问】大家根据功的计算公式计算图11-5中，手对鸡蛋做了多少功？

解答：人克服鸡蛋的重力做功，一个鸡蛋大约重50g，所以鸡蛋的重力为1N，鸡蛋的移动方向与手用力方向相同，故人对鸡蛋做的功为：W=F ·S=1N · 1m=1J

（2）如何正确地测算功

看图11-6，人在拉着重为2019 N的车沿水平方向前进，并在拉力的方向上移动了5 m，那么人拉车时做的功W是否等于2019 N×5 m吗？

【提问】在图11-6的实例中，我们遗忘了什么才导致这种计算方法？

解答：题中给出了车子的重力，重力的方向与车子移动的方向垂直，属于垂直无功的例子。所以算法不对，还应给出人的拉力。

【交流】我们来看例题3，在图11-7中，工作人员将箱子沿4 m长的斜面推到2 m高，求人对箱子做了多少功？我们来分析一下这道题，根据功的计算公式我们要首先明确人施加的力是朝什么方向的？在这个方向上移动了多少距离？很显然，100 N的力沿斜面方向，移动了4 m，所以人对物体做功：W=100 N×4 m=400 J。所以这个人做了400J的功。

【提问】大家重新思考图11-6中人做的功？

3.机械功原理

功的概念首先是从研究机械的过程中产生的。我们利用机械的目的无非是省力或者节省距离。但是我们不可以利用机械既省力又省距离，因为省力就必须要耗费距离，省距离就必须要费力，比如杠杆。这就是机械功的原理，即使用任何机械都不能省功。机械功原理对机械的研制和使用具有指导意义。

【归纳总结】

作用在物体上的力，使物体沿力得得方向移动一段距离，我们就说这个力对物体做了功。力对物体做的功，等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积：W＝F·ｓ。功的单位是焦耳。

三、经典例题