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实验区“司南版”高中物理《机械功》的教学设计

    机械功被安排在高中物理必修2的笫1章第1节(司南版),如何教好这一节、开好头、起好步,至关重要。恰好教研组安排我上这一节的公开课,经集备组的集体研究,我按照新课标的理念尝试了这一节的教学。现把教学设计的思路、实施的方案整理于后。
  
  首先是明确本课的教学目标、教学的重、难点,由于各种教参已有详述,本文不再赘述。
  
  1从理性的高度引入新课
  
  由于本课是必修第2模块的第1节,首先应让学生了解本模块学什么。我让学生看课本的录:第1、2章学功和能;第3、4、5章学曲线运动;第6章学习近代物理(相对论、量子论)的初步知识。这样,学生就从整体上知道本模块的主要学习内容。
  
  关于为什么学功,我从能的重要性和功能关系引入。众所周知,能、能量、能源是全社会都关注的问题。而对物理学来说,“能”又是一个比较特殊的重要概念。
  
  物理学有很多分支:如力学、热学、电学、光学,原子和原子核物理等。每个分支都有自己的一套物理量来描述,但只有一个物理量是各个分支都共通的,那就是能。如,力学有机械能;热学有内能;电学有电能;光学有光能,原子物理有原子能和核能。因此,“能”是一个非常重要的物理量。
  
  进一步我引导学生回顾或看课本,复习初中有关功的知识(什么是功、功的公式,单位。),做好初、高中的衔接,让旧知识成为新知识的生长点。为了为推导功的一般公式打下伏笔,我让学生讨论以下问题:
  
  讨论1(投影)刚刚闭幕的多哈运动会,中国取得165金、88银、63铜的优异成绩,连续第7次获亚运会金牌榜第一,其中举重等项目达到了目前世界先进水平。如果某举重运动员将120kg的杠铃举高2m,再举着杠铃水平移动2m。请分析以上二个过程中运动员的做功情况(画一举重漫画并配PPT显示举起重物的两个过程)。
  
  讨论的目的通过对比虽然两个过程力和位移在数值上都一样而功却不同(举高过程W1=2400J,水平移动过程W2=0J),说明力和位移同方向时力有做功,而二者相互垂直或在力方向没有位移时没有做功。这正是后面力正交分解后的两种情况。
  
  2联系生产实际推导出计算功的一般公式
  
  这是本课的重点。我首先指出初中求功的方法只是一种特殊的情况,生产生活中经常会遇到力和位移方向不相同的情况,此时应怎么求功(贯穿特殊到一般的思想)?提出第2个讨论题。
  
  讨论2(投影)牛拉犁的力是斜向上的(课本图1-4),力与位移既不同方向、也不互相垂直,这种情况下有没有做功?如果有,怎么计算功(投影牛拉犁图)?
  
  (1)为了培养学生建立物理模型的能力,我提出三个问题(投影显示):犁形状复杂怎么表示、能不能筒化?犁前进时时深时浅、轨迹不完全是直线,能不能简化?牛拉犁的力时大时小、倾角也会有微小变化,能不能简化?让学生讨论。目的是让学生学会抓住主要因素忽略次要因素,得出牛拉犁的物理模型。
  
  通过讨论,学生认为犁形状虽然复杂但可简化为质点,用一方形表示;犁前进虽然时深时浅但也可简化为在水平面上做直线运动;牛拉犁的力虽然时大时小、倾角也会有微小变化但仍可简化为大小、方向不变的恒力。
  
  让学生讨论后在黑板上画出斜拉物体前进S的示意图,如下图1。
  


  这样,牛拉犁的问题简化为:物体在与水平方向成α角的恒力F作用下,沿水平方向移动通过位移S,求拉力做的功?
  
  (2)让学生推导功的公式:利用理想化模型
  
  (如图1)让学生讨论斜拉时如何求功?多数学生都会知道正交分解力F为F1、F2,并且知道这样分解的目的(让学生在黑板上画图并得出功的公式)。我进一步告诉学生,这种研究问题的方法是利用已学过的旧知识(F、S同向或垂直时功的计算法则)解决未学过的知识(F、S成一夹角),这种方法在许多地方都会用到(如平抛运动)。
  
  (3)进一步引导学生分解位移,推导功的公式。这一点学生相对较困难,我从矢量引导启发,让学生比较容易去接受。为了省时将S正交分解的图投影,同时推出功的公式。
  
  (4)用两种方法得到公式W=FScosα后,让学生讨论,加深对公式的理解。一是知道公式的意义是表示功等于力乘以位移再乘以力与位移夹角的余弦;二是知道式中各量的意义,如α是什么角、F是恒力、S是位移不是路程,W是标量等。
  
  3根据一般包含特殊的原理引入正功和负功
  
  (1)利用功的公式引入正、负功。先从α角为0度和180度时,分别为W=FS和W=-FS引入存在正功和负功;进一步让学生讨论角α多大时力做正功,多大时做负功?(α角为锐角时力做正功,α角为钝角时做负功)。
  
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