第二节 功的原理

教学设计示例（一）

　　教学器材：杠杆、钩码、弹簧秤、m尺、动滑轮、斜面、木块．

　　教学过程：

　　引言：在日常生活里或者在劳动生产中，人们为了做功方便，常常使用某些机械．使用机械做功有时可以省力，有时可以省距离．同学们是否想过：有没有既能省力，又能省距离的机械呢？由于功＝力×距离，上面的问题又可以说成“使用机械做功是否能省功”呢？这节课我们要利用三个实验来寻求这个规律．

　　板书课题：二、功的原理

　　学生实验１：教师应该对表内某些栏目做些解释．

	提升的物体的重量Ｇ／Ｎ	提升物体的高度h／m	直接提升物体做的功Ｗ１／J	手的拉力Ｆ／Ｎ	手移动的距离s／m	使用机械所做的功　Ｗ2／J	能否省力	能否省功
杠杆
动滑轮

　　教师讲解：图1所示是使用杠杆提升重物G，重物从A点移动到 点，升高的距离是h，手的拉力F作用在杠杆右端，它升高的距离为s．如果人直接匀速提升重物，人对重物的拉力应等于G，这过程中所做的功 ．现在使用杠杆，拉力大小为F，所做的功 ．由于杠杆的动力臂大于阻力臂，因此 ，即使用杠杆可以省力．现在要比较 与 的关系，看有没有可能 ，即使用杠杆是否能省功．

　　图2所示是使用动滑轮提升重物G，重物升高的距离为h，人手作用在绳端的A点，拉力大小是F，A点升高的距离是s．如果人直接提着重物G匀速上升．所用的拉力应等于G，这过程中，人对重物所做的功 ．现在使用的滑轮，拉力大小为F，所做的功 ．已知使用动滑轮可以省力，即 ，问题是有没有可能 ，即使用动滑轮是否能省功．

　　解释清楚后开始实验．建议实验各做两次，第一次人手的拉力F由计算得出，如图1可使动力臂等于3倍的阻力臂，经计算知 ，图2中根据使用动滑轮可省力一半，得出 ．其余各是（G、h、s）都实际测量得出结果，填入表格中，最后计算出 ，带领学生分析、归纳出：使用杠杆和动滑轮，可以省力，但不能省功．

　　第二次实验，手的拉力F改用弹簧测力计直接测量，实验选取器材时应使杠杆、动滑轮的重力都小于重物G（可用较重的砝码实验），并且拉动过程要缓慢，使它匀速上升．这时测得的F应大于第1次实验时计算得出的F，因此最后算出的 应大于 ．可让学生讨论或告诉学生，这是由于机械本身重而造成的．（第1次实验中计算得出 F值是使用理想机械时的拉力）

　　最后总结，不论是否考虑机械本身重，使用机械要省力就要多费距离，要省距离就必须费力，要想既省力又省距离是不可能的．即使用任何机械都不能省功．这就是功的原理．

　　演示实验：利用斜面做功，如图3

　　首先指出斜面也是一种简单机械．这种机械是否也遵守功的原理呢？当然是．

　　问：①在匀沿斜面向上用力F匀速拉重物G上升到斜面顶端的过程中，拉力所做的功 如何计算呢？（ ）

　　②如果不用这个机械，直接匀速提升重物，所做的功W，如何计算呢？（ ）

　　③这个机械是不是理想机械呢？（如果摩擦力很小，可以忽略，则可以认为是理想机械，如果摩擦不能忽略，则不是理想机械．）

　　④如果斜面是理想的， 与 ，应满足怎样的关系？（ ）

　　（即 ，因此 或 ，斜面的长是高的几倍，用的拉力就是重物重力的几分之一．）

　　⑤实际的斜面摩擦不能忽略，功的原理是否成立？（成立，仍然不能省功，不但不省，还费功．）

　　⑥实验要实际测量，验证以上分析．

　　【例题】 工人在劳动中为了方便，利用一个斜面将一个重为10⁶N的机座升高0.5m，斜面长为4m，若不计摩擦阻力，机座在斜面上作匀速直线运动，求沿斜面对机座的拉力有多大？

　　已知：G＝10⁶N L＝4m h＝0.5m

　　求：拉力F

　　解：根据功的原理

　　

　　

　　答：沿斜面对机座的拉力是1.25×10⁵N．

　　根据学生的能力，解此题时可以用图并将已知标在图中更便于理解功的原理．

　　小结：使用机械做功时可以省力，也可以省时，但都不能省功．几种机械联合使用也遵守这个规律——功的原理．

　　作业：1、阅读课文理解功的原理．

　　2、思考题：如图5所示，利用图中的滑轮组将G＝10⁴N的物体匀速升高，若不计滑轮重及摩擦，外力F使绳子的自由端下降10m，求物体升高多少m？动力对机械所做的功是多少？若不用机械，直接提升重物拉力所做的功是多少？如果考虑滑轮重及绳子重和摩擦力，哪个功不变？哪个功要大一些？

教学设计示例（二）

　　一、课时安排    1课时

　　二、教具准备

　　演示实验器材：1．木板（ ，上面有等距离直线）一块；2．木块一个；3．硬纸板（制杠杆模型）；4．图钉一个．

　　学生实验器材：1．轻质滑轮一个；2．米尺一把；3．弹簧秤一个；4．铁制滑轮2个；5．线绳

　　其它器材：多媒体电脑及投影设备

　　三、教学过程

　　1．引入新课

　　复习做功的两个必要因素是什么？

　　一、作用在物体上的力  二、物体在力的方向上通过的距离

　　

　　简单机械的作用是什么？

　　使用简单机械可以省力，或者省距离，但是能省功吗？这是我们这节课要研究的内容．

　　2．新课教学

　　第二节  功的原理（板书）

　　要把这个物体运到高处，有哪些方法？

　　可以用手直接把物体提上去．

　　可用杠杆把物体提上去．

　　还可以用动滑轮或滑轮组把物体提升上去．

　　很好，用手把物体拉上去，拉力、对物体做功了吗？做了多少功？请观察实验．

　　【演示1】在木板前将物体拉升h（高度）

　　

　　【演示2】用杠杆来提升物体

　　用硬纸板制成杠杆，一端用图钉固定在木板上，动力臂为阻力臂的三倍．让物体底面和动力作用点分别对准一条直线，请大家观察

　　这个杠杆是什么类型？F多大？

　　是省力杠杆．

　　当用力F匀速将物体提升h时，F对杠杆做功了吗？为什么？

　　做了，因杠杆沿力F的方向移动了距离．

　　移动的距离是多少？（动力作用点）

　　是物体升高距离的3倍，即3h

　　在提升过程中杠杆对物体做功了吗？做的功是多少？

　　

　　哪个功相当于人直接用做的功？

　　杠杆对物体做的功．

　　动力对杠杆做功如何计算？

　　人直接用手做的功

　　人利用杠杆做的功

　　 （板书）

　　【演示3】用刚才的杠杆，使动力臂为阻力的一半时，请观察（匀速提升物体）．

　　这是什么类型的杠杆，F多大？

　　费力杠杆，

　　当物体升高距离为2h时，动力作用点移动的是多少？

　　物体升高距离为h

　　人用杠杆做的功

　　人不用杠杆做的功

　　即 （板书）

　　无论使用省力杠杆还是费力杠杆能够省功吗？

　　使用省力杠杆和费力杠杆都不能省功．

　　为什么？

          

　　两次实验结论都是，人利用机械做的功，都等于不用机械而直接用手所做的功．

　　【学生实验1．2】学生实验分成两个内容，两人一组，学生分成两部分，两个实验并进．

　　【分组实验1】（用轻质滑轮）

　　实验装置如图4，将重2N的物体匀速提升0．2m．

　　注意强调用手匀速，竖直向上拉绳时，

　　并将实验数据填在表格里，（把表格投影出来）并计算出 和

　　【学生分组实验2】（用较重的铁制滑轮）

　　用一动一定滑轮组成滑轮组，将重N的物体匀速提升0．2m，实验装置如图5测量数据及注意事项与实验1相同．

　　实验记录（投影）

　　实验讨论：请做实验的同学将实验结果进行比较后，能够得出的结论是什么？

　　利用动滑轮做的功，等于不用动滑轮而直接用手所做的功．

　　做实验2的同学的实验结果是什么？

　　利用滑轮组所做的功大于不用机械所做的功．

　　为什么与实验1的结论不同呢？

　　 （板书）

　　因为我们实验中的动滑轮比实验1中动滑轮重得多，在提升物体的同时还要把动滑轮提起来，自然要多做些功．

　　下面请大家用弹簧测力计测出动滑轮的重是多少？

　　

　　这时人用滑轮组做的功

　　

　　3．总结

　　这节课我们做了四个实验，据实验结果请回答

　　1．省力机械还是费力机械能够省功？

　　都不能省功．

　　2．自重和摩擦力大的机械还是自重和摩擦力小到可忽略不计的机械能够省功？

　　都不能省功

　　我们把自重和摩擦力小到可手略不计的杠杆视为理想机械，由前三个实验可见功的原理

　　使用机械时，人们所做的功，都等于不用机械而直接用手所做的功．（适用于理想的机械）

　　但无论是理想机械还是非理想机械则有

　　使用任何机械都不能省功．

　　不省功的原因是什么？

　　因省力的机械必费距离，省距离的机械一定费力，而功=力×距离，所以不能省功．

　　我们的结论是利用简单机械研究的结果，能适用于复杂机械吗？

　　同样适用．

　　因为复杂机械是由简单机械组合而成的．例：自行车是由多个杠杆，轮轴等简单机械组成的，所以利用自行车做功也不能省功．

　　4．扩展：斜面知识

　　请看课本P168页图14—6（示教板）图中工人师傅将很重的油桶，沿搭在车上的木板推上车，这情景生活中常常能够见到．这个木板也是一种简单机械叫斜面．斜面是省力还是费力的机械？

　　省力的简单机械．

　　斜面是一种省力的简单机械．

　　斜面为什么能够省力？省多少力？

　　我们根据功的原理可以求出．

　　假设斜面很光滑，无摩擦时．

　　

　　由公式可见，斜面长是斜面高的几倍，推力就是物重的几分之一．

　　由图7可见

　　要使物作升高相同的高度，斜面越长越省力．（板书）

　　用多媒体介绍一些斜面应用的例子：

　　工人师傅将油桶沿斜面推上车，怎样才能更省力？

　　搭在车上的木板越长越省力．

　　为什么有人沿盘山公路上山觉得费劲时，就在公路上走s形路线．

　　因为盘山公路是个大斜面，当使物体升高相同的高度，斜面越长越省力．走s形路线相当于加长了斜面的长度，因此走s形路线更省力．

　　简单介绍螺旋是一种变形的斜面，它能省力，也能节省空间．

　　投影螺丝钉与上海南浦大桥的螺旋式引桥的图片，要求学生课后阅读教材的关于“斜面”的阅读材料．

　　5．布置作业

　　1．看课本P219~P220

　　2．思考题：使用机械不能省功，为什么人们还要使用机械呢？

　　四、板书设计

第二节  功的原理

　　1．

　　

　　2．

　　3．

　　4．功的原理

　　1）使用机械时，人们所做的功都等于不用机械

　　  而直接用手所做的功（适用于理想机械）

　　2）使用任何机械都不能省功

　　5．斜面是一种省力的机械