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功率 普通高中物理課程標準 共同必修模塊 物理 2 中涉及本節(jié)的內容標準是 理解功率 關心生產 和生活中常見機械功率的大小及其意義 要求學生理解功率的概念 會進行功率的計算 會分析汽車發(fā) 動機功率一定時 牽引力和速度的關系 嘗試自己設計實驗 測量人在某種運動中的功率 由于功率在生 活 生產中應用很廣 教學中可充分利用這一優(yōu)勢 使抽象的物理概念變得富有實際意義 發(fā)展學生應用 知識解決實際問題能力 樹立正確的價值觀 瞬時功率的概念學生較難理解 這是難點 學生往往認為 在某瞬時物體沒有位移就沒有做功問題 更談不上功率了 如果學生沒有認識到功率是描述能量轉化快慢的物理量 這個難點就不易突破 因此 在前面講清楚功率的物理意義很有必要 它是理解瞬時功率概念和物理意義的基礎 本節(jié)內容是對 功 的學習進一步深化 讓學生體會采用比值定義的物理研究方法 通過對平均速度 瞬時速度的類比以及聯(lián)系生活和生產實際中一些機械功率的大小和意義的教學 使學生對平均功率 瞬時 功率的物理意義有較深刻的理解 讓學生認識物理與社會的密切聯(lián)系 培養(yǎng)學生的理解能力和理論聯(lián)系實 際的科學研究方法 通過對機車起動過程的分析著重培養(yǎng)學生的邏輯思維 綜合運用動力學知識和功率概 念分析問題和解決問題的能力 2 功率這一概念日常生活中常用到 如汽車 火車發(fā)動機等都有標稱的額定功率 所以對額定功率 和實際功率做了簡單介紹 以利于學生在物理學習中聯(lián)系生產 生活實際 3 關于汽車啟動動 發(fā)動機的額定功率與汽車的最大速率之間的關系 最好采用課后專題的形式進 行 以便通過分析汽車由開動到勻速行駛的物理過程 使學生養(yǎng)成分析物理過程的習慣 避免簡單地套用 公式 知識與能力 1 理解功率的定義及額定功率與實際功率的定義 教學目標 教材分析 2 P W t P Fv 的運用 過程與方法 1 P W t 通常指平均功率 t 0 時為瞬時功率 2 用 P Fv 分析汽車的啟動 注意知識的遷移 情感態(tài)度價值觀 感知功率在生活中的實際應用 提高學習物理科學的價值觀 教學重點 理解功率的概念 并靈活應用功率的計算公式計算平均功率和瞬時功率 教學難點 正確區(qū)分平均功率和瞬時功率所表示的物理意義 并能夠利用相關公式計算平均功率和瞬時功率 多媒體素材 課件 新課導入 新課教學 一 功率 一臺起重機能在 1min 內把 1t 的貨物提到預定的高度 另一臺起重機只用 30s 就可以做相同的功 第二臺起重機比第一臺做功快一倍 初中同學們已學習過功率的有關知識 都知道功率是用來描述力做功快慢的物理量 讓我們一起討論一個問題 力 F1對甲物體做功為 W1 所用時間為 t1 力 F2對乙物體做功為 W2 所用時間為 t2 在下列條件下 教學重難點 課前準備 教學過程 哪個力做功快 機車起動過程中 發(fā)動機的功率指牽引力的功率而不是合外力或阻力的功率 三 功率與速度 力 位移 時間都與功率相聯(lián)系 這種聯(lián)系在技術上具有重要意義 1 功率的另一表達式 如果物體沿位移方向受的力是 F 從計時開始到時刻 t 這段時間內 發(fā)生的位移是 l 則力在這段時 間所做的功 W Flcos 根據(jù) 1 式 v 有l(wèi)t P Fvcos F vcos Fcos v 2 在作用力方向和位移方向相同的情況下 有 P Fv 即力 F 的功率等于力 F 和物體運動速度 v 的乘積 當 F 與 v 不在一條直線上時 則用它們在一條直線上的分量相乘 2 平均功率和瞬時功率 說一說 各種機器實際輸出的功率常隨時間變化 因此有平均功率與瞬時功率之分 1 式中 t 等于從計時 開始到時刻 t 的時間間隔 W 是力在這段時間內做的功 所以 1 式中的 P 實際上是這段時間的平均功率 如果我們要表示瞬時功率與功 時間的關系 1 式應該怎樣改寫 P 表示 t 時間內的平均功率 當 t 0 時為瞬時功率 t 平均功率 描述力在一段時間內做功的快慢 由于據(jù) P 求出的功率反映的是做功的平均快慢程度 所以 據(jù) P 求出的是平均功率 公式Wt Wt P Fvcos 中若 v 表示在時間 t 內的平均速度 P 表示力 F 在這段時間 t 內的平均功率 瞬時功率 瞬時功率是表示力在某個瞬時做功快慢的物理量 如果時間 t 取得足夠小 公式 P Fvcos 中的 v 表示某一時刻的瞬時速度時 P 表示該時刻的瞬時功 率 3 對公式 P Fv 的討論 做一做 在 P Fv 中 速度 v 是物體的平均速度 所以這里的功率 P 是指從計時開始到時刻 t 的平均功率 實 際上 這個關系式也反映了瞬時速度與瞬時功率的關系 你可以試著推導這個結論 要注意下面兩點 1 如果 t 時間內做的功是 W 那么當 t 很短時 表示的就是瞬時功率 Wt 2 如果力的大小是 F 在上述 t 時間內 在力的方向上發(fā)生的位移是 l 那么 力 F 做的功是 W F l 從 P Fv 可以看出 汽車 火車等交通工具和各種起重機械 當發(fā)動機的功率 P 一定時 牽引力 F 與 速度 v 成反比 要增大牽引力 就要減小速度 汽車發(fā)動機的轉動通過 變速箱中的齒輪傳遞到車輪上 轉速比可以通過變速桿來改變 發(fā)動機輸出的功率不能無限制地增大 所 以汽車上坡時 司機要用 換擋 的辦法減小速度 來得到較大的牽引力 在平直公路上 汽車受到的阻 力較小 這時就可以使用高速擋 在發(fā)動機功率相同的情況下可以使汽車獲得較高的速度 然而 在發(fā)動機功率一定時 通過減小速度提高牽引力或通過減小牽引力而提高速度 效果都是有限 的 所以 要提高速度和增大牽引力 必須提高發(fā)動機的額定功率 這就是高速火車 汽車和大型艦船需 要大功率發(fā)動機的原因 當功率 P 一定時 F 與 v 成反比 即做功的力越大 其速度就越小 當交通工具的功率一定時 要增大牽引力 就要減小速度 所以汽車上坡時 司機用換檔的辦法減小 速度來得到較大的牽引力 起重機吊起同一物體時以不同的速度勻速上升 輸出的功率不等 速度越大 起重機輸出的功率越大 四 交通工具的兩種起動過程 汽車 輪船等交通工具在起動過程中 有兩種典型的起動過程 用 CAI 課件模擬汽車的兩種起動過程 FF1 FN G 1 以恒定功率起動 汽車在水平方向受到兩個力的作用 牽引力 F 和摩擦力 F1 汽車起動后先做變加速運動 最后做勻速 直線運動 變化情況如下 P 恒定 v 較小時 F F1 v F P Fv a F F1 m a 0 時 vmax a 的變加速直線運動 勻速直線運動 汽車以恒定功率起動時的速度圖象如下圖 問題討論 阻力與速度有關 比如 F1 kv 或 F1 kv2等 上面討論的問題有何變化 交通工具達到最大速度的條件 a 0 與 F F1哪種表述更具有一般性 汽車在水平路面與傾斜路面 上達到最大速度的條件是否相同 P 額 Fv F1vm 12m s 由上述分析可知 汽車做勻加速運動所能維持的時間應該從開始到汽車達到額定功率的時候 設汽 車做勻加速運動時的牽引力為 F 牽 阻力為 F1 據(jù)牛頓第二定律 有 F 牽 F1 ma 0 1 mg a 7500 當汽車的功率增大到額定功率時 汽車做勻加速過程結束 設這時汽車的速度為 v m 據(jù)功率公式 P Fv 得 8 m smvF 額牽 設汽車能維持勻加速運動的時間為 t0 則 v m at0 得 t0 v m a 16s 鞏固練習 1 一個質量是 1 0kg 的物體 從地面上方 20m 高處開始做自由落體運動 第 1s 時間內下落的位移是 多少 5m g 取 10m s2 這 1s 內重力對物體做多少功 W 1 50J 第 2s 時間內物體下落的位移是多少 15m 這 1s 內重力對物體做多少功 W 2 150J 前 1s 和后 1s 重力對物體做功的功率各是多大 v vm O t P1 50W P 2 150W 這 2s 時間內重力對物體做功的功率是多大 P 100W 應用公式 P Fv 計算的物體做自由落體運動中下落 1s 末和 2s 末的瞬時功率 由 V1 10m s 按公式求得 P1 100W 由 V2 20m s 按公式求得 P2 200W 根據(jù)上述結果啟發(fā)學生思考瞬時功率的物理意義 最后指出 此題中是重力對物體做功 使重力勢能 逐漸向動能轉化 隨著時間的延續(xù) 重力勢能向動能轉化逐漸加快 2 在傾角為 的斜面上 有一質量為 m 的物體沿斜面下滑 當物體的速度大小為 v 時 重力的瞬時 功率為多大 P mgvsin 3 作平拋運動的物體 質量為 m 某時刻的速度為 v 與水平方向的夾角為 此時重力的瞬時功率 為多大 P mgvsin 課堂練習 下列關于功率的說法 正確的是 ABD A 功率是反映做功快慢的物理量 B 據(jù)公式 P W t 求出的是力 F 在 t 時間內做功的平均功率 C 據(jù)公式 P Fv 可知 汽車的運動速率增大 牽引力一定減小 D 據(jù)公 P Fvcos 若知道運動物體在某一時刻的速度大小 該時刻作用力 F 的大小以及二者之間 的夾角 便可求出該時間內力 F 做功的功率 汽車在水平面上運動 下列說法中正確的是 BCD A 汽車啟動后以額定功率行駛 在速度未達到最大速度以前 加速度是不斷增大的 B 汽車啟動后以額定功率行駛 在速度未達到最大速度以前 牽引力是不斷減小的 C 汽車以最大速度行駛后 若要減速 可減小功率行駛 D 汽車以最大速度行駛后 若再減小牽引力 速度反而減小 飛機以速度 v 水平勻速飛行時 發(fā)動機的功率為 P 若飛機所受的空氣阻力與飛行速度的平方成正 比 那么當發(fā)動機的功率增為 4P 時 飛機勻速飛行的速度將增為 D A B C D v2v32v2v34 物體 A B 質量相同 A 放在光滑的水平面上 B 放在粗糙的水平面上 在相同的力 F 作用下 由靜 止開始都通過了相同的位移 s 那么 D FA F B A 力 F 對 A 做功較多 做功的平均功率也較大 B 力 F 對 B 做功較多 做功的平均功率也較大 C 力 F 對 A B 做的功和做功的平均功率都相同 D 力 F 對 A B 做功相等 但對 A 做功的平均功率較大 做一做 你家里可能有洗衣機 理發(fā)用的吹風機 還可能有吸塵器 電動剃須刀 附近的機井上面有水泵 拖 拉機 汽車上面有發(fā)動機 小工廠里面有電動機 調查你周圍的各種機械的功率 機械的功率與它們的體積有沒有關系 與它們的耗電量 耗油量 有 沒有關系 如果能夠見到的機械很少 你還有別的辦法 可以收集各種說明書 也可以從報紙的廣告上了解它們 的功率 并能了解到功率的大小與它們的效能之間的某種聯(lián)系 小結 通過本節(jié)課的學習 我們知道功率是表示物體做功快慢的物理量 得到了功率的兩個計算公式 定義 式 P 和瞬時功率的公式 P Fv 公式 P 中的 t 趨近于零時 P 即為瞬時功率 不過此公式主要用Wt Wt 來計算平均功率 公式 P Fv 中 當 v 為瞬時速度時 P 即為瞬時功率 當 v 用平均速度 時 也可以計v 算平均功率 當然要注意 v 所對應的時間段 要會用 P Fv 分析汽車的兩種起動過程 要能夠計算相關的 問題 布置作業(yè) 教材第 63 頁 問題與練習 板書設計 2 功率 一 功率 1 物理意義 功率是描述力對物體做功快慢的物理量 2 定義 功 W 跟完成這些功所用時間 t 的比值叫做功率 power 3 公式 P 量度式 1 Wt 4 單位 在國際單位制中 功率的單位是瓦特 watt 簡稱瓦 符號是 W 1W 1J s 1kg m 2 s3 5 功率是標量 二 額定功率和實際功率 三 功率與速度 1 功率的另一表達式 P Fvcos F vcos Fcos v 2 2 平均功率和瞬時功率 平均功率 描述力在一段時間內做功的快慢 瞬時功率 瞬時功率是表示力在某個瞬時做功快慢的物理量 3 對公式 P Fv 的討論 當功率 P 一定時 F 與 v 成反比 即做功的力越大 其速度就越小 當速度 v 一定時 P 與 F 成正比 即做功的力越大 它的功率就越大 當力 F 一定時 功率 P 與速度 v 成正比 即速度越大 功率越大 四 交通工具的兩種起動過程 1 以恒定功率起動 P 恒定 v 較小時 F F1 v F P Fv a F F1 m a 0 時 vmax a 的變加速直線運動 勻速直線運動 汽車以恒定功率起動時的速度圖象 v vm O t 2 以恒定加速度起動 a 恒定 F 恒定 v P P P 額 ma F1 vmax F a a 0 時 vmax 勻加速直線運動 變加速直線運動 勻速直線運動 以恒定加速度起動的速度圖象 本案例的教學設計體現(xiàn)了物理知識源于生活 又應用于生活 功率 與生活 生產聯(lián)系密切 在引 入功率 額定功率 實際功率等概念時 都注意通過生產 生活的具體實例引入 使原本枯燥無味的概念 教學變得生動和有趣 學生易于認識和理解 功率 概念 有利于激發(fā)學生的學習熱情 在知識形成過程 中 注重引導學生學習科學思維方法 體會比值法在定義 功率 概念的作用 提高學生的應用科學思維 方法解決問題的能力 通過設計測定人在某種運動中做功功率實驗 來達到內化和強化物理概念和物理規(guī) 律的理解 實現(xiàn)知識由理論向實踐的轉化 加強物理與生活 生產和科技的聯(lián)系 在 功率 的整個教學過程中 始終關注 生活與物理 物理與社會 的關系 培養(yǎng)學生關注物理學 的技術應用 形成將物理知識應用于生活和生產實踐的意識 較好地體現(xiàn)了在知識與技能 過程與方法 情感態(tài)度與價值觀上對學生進行教育的課程理念 v vm O t v m t0 教學反思