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功率 普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn) 共同必修模塊 物理 2 中涉及本節(jié)的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)是 理解功率 關(guān)心生產(chǎn) 和生活中常見機(jī)械功率的大小及其意義 要求學(xué)生理解功率的概念 會(huì)進(jìn)行功率的計(jì)算 會(huì)分析汽車發(fā) 動(dòng)機(jī)功率一定時(shí) 牽引力和速度的關(guān)系 嘗試自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 測(cè)量人在某種運(yùn)動(dòng)中的功率 由于功率在生 活 生產(chǎn)中應(yīng)用很廣 教學(xué)中可充分利用這一優(yōu)勢(shì) 使抽象的物理概念變得富有實(shí)際意義 發(fā)展學(xué)生應(yīng)用 知識(shí)解決實(shí)際問題能力 樹立正確的價(jià)值觀 瞬時(shí)功率的概念學(xué)生較難理解 這是難點(diǎn) 學(xué)生往往認(rèn)為 在某瞬時(shí)物體沒有位移就沒有做功問題 更談不上功率了 如果學(xué)生沒有認(rèn)識(shí)到功率是描述能量轉(zhuǎn)化快慢的物理量 這個(gè)難點(diǎn)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(shí)功率概念和物理意義的基礎(chǔ) 本節(jié)內(nèi)容是對(duì) 功 的學(xué)習(xí)進(jìn)一步深化 讓學(xué)生體會(huì)采用比值定義的物理研究方法 通過對(duì)平均速度 瞬時(shí)速度的類比以及聯(lián)系生活和生產(chǎn)實(shí)際中一些機(jī)械功率的大小和意義的教學(xué) 使學(xué)生對(duì)平均功率 瞬時(shí) 功率的物理意義有較深刻的理解 讓學(xué)生認(rèn)識(shí)物理與社會(huì)的密切聯(lián)系 培養(yǎng)學(xué)生的理解能力和理論聯(lián)系實(shí) 際的科學(xué)研究方法 通過對(duì)機(jī)車起動(dòng)過程的分析著重培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維 綜合運(yùn)用動(dòng)力學(xué)知識(shí)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(dòng)機(jī)等都有標(biāo)稱的額定功率 所以對(duì)額定功率 和實(shí)際功率做了簡(jiǎn)單介紹 以利于學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中聯(lián)系生產(chǎn) 生活實(shí)際 3 關(guān)于汽車啟動(dòng)動(dòng) 發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率與汽車的最大速率之間的關(guān)系 最好采用課后專題的形式進(jìn) 行 以便通過分析汽車由開動(dòng)到勻速行駛的物理過程 使學(xué)生養(yǎng)成分析物理過程的習(xí)慣 避免簡(jiǎn)單地套用 公式 知識(shí)與能力 1 理解功率的定義及額定功率與實(shí)際功率的定義 教學(xué)目標(biāo) 教材分析 2 P W t P Fv 的運(yùn)用 過程與方法 1 P W t 通常指平均功率 t 0 時(shí)為瞬時(shí)功率 2 用 P Fv 分析汽車的啟動(dòng) 注意知識(shí)的遷移 情感態(tài)度價(jià)值觀 感知功率在生活中的實(shí)際應(yīng)用 提高學(xué)習(xí)物理科學(xué)的價(jià)值觀 教學(xué)重點(diǎn) 理解功率的概念 并靈活應(yīng)用功率的計(jì)算公式計(jì)算平均功率和瞬時(shí)功率 教學(xué)難點(diǎn) 正確區(qū)分平均功率和瞬時(shí)功率所表示的物理意義 并能夠利用相關(guān)公式計(jì)算平均功率和瞬時(shí)功率 多媒體素材 課件 新課導(dǎo)入 新課教學(xué) 一 功率 一臺(tái)起重機(jī)能在 1min 內(nèi)把 1t 的貨物提到預(yù)定的高度 另一臺(tái)起重機(jī)只用 30s 就可以做相同的功 第二臺(tái)起重機(jī)比第一臺(tái)做功快一倍 初中同學(xué)們已學(xué)習(xí)過功率的有關(guān)知識(shí) 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(gè)問題 力 F1對(duì)甲物體做功為 W1 所用時(shí)間為 t1 力 F2對(duì)乙物體做功為 W2 所用時(shí)間為 t2 在下列條件下 教學(xué)重難點(diǎn) 課前準(zhǔn)備 教學(xué)過程 哪個(gè)力做功快 機(jī)車起動(dòng)過程中 發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)間都與功率相聯(lián)系 這種聯(lián)系在技術(shù)上具有重要意義 1 功率的另一表達(dá)式 如果物體沿位移方向受的力是 F 從計(jì)時(shí)開始到時(shí)刻 t 這段時(shí)間內(nèi) 發(fā)生的位移是 l 則力在這段時(shí) 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(yùn)動(dòng)速度 v 的乘積 當(dāng) F 與 v 不在一條直線上時(shí) 則用它們?cè)谝粭l直線上的分量相乘 2 平均功率和瞬時(shí)功率 說一說 各種機(jī)器實(shí)際輸出的功率常隨時(shí)間變化 因此有平均功率與瞬時(shí)功率之分 1 式中 t 等于從計(jì)時(shí) 開始到時(shí)刻 t 的時(shí)間間隔 W 是力在這段時(shí)間內(nèi)做的功 所以 1 式中的 P 實(shí)際上是這段時(shí)間的平均功率 如果我們要表示瞬時(shí)功率與功 時(shí)間的關(guān)系 1 式應(yīng)該怎樣改寫 P 表示 t 時(shí)間內(nèi)的平均功率 當(dāng) t 0 時(shí)為瞬時(shí)功率 t 平均功率 描述力在一段時(shí)間內(nèi)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(shí)間 t 內(nèi)的平均速度 P 表示力 F 在這段時(shí)間 t 內(nèi)的平均功率 瞬時(shí)功率 瞬時(shí)功率是表示力在某個(gè)瞬時(shí)做功快慢的物理量 如果時(shí)間 t 取得足夠小 公式 P Fvcos 中的 v 表示某一時(shí)刻的瞬時(shí)速度時(shí) P 表示該時(shí)刻的瞬時(shí)功 率 3 對(duì)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(jì)時(shí)開始到時(shí)刻 t 的平均功率 實(shí) 際上 這個(gè)關(guān)系式也反映了瞬時(shí)速度與瞬時(shí)功率的關(guān)系 你可以試著推導(dǎo)這個(gè)結(jié)論 要注意下面兩點(diǎn) 1 如果 t 時(shí)間內(nèi)做的功是 W 那么當(dāng) t 很短時(shí) 表示的就是瞬時(shí)功率 Wt 2 如果力的大小是 F 在上述 t 時(shí)間內(nèi) 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(jī)械 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率 P 一定時(shí) 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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)通過 變速箱中的齒輪傳遞到車輪上 轉(zhuǎn)速比可以通過變速桿來改變 發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率不能無限制地增大 所 以汽車上坡時(shí) 司機(jī)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(shí)就可以使用高速擋 在發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)功率一定時(shí) 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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的原因 當(dāng)功率 P 一定時(shí) F 與 v 成反比 即做功的力越大 其速度就越小 當(dāng)交通工具的功率一定時(shí) 要增大牽引力 就要減小速度 所以汽車上坡時(shí) 司機(jī)用換檔的辦法減小 速度來得到較大的牽引力 起重機(jī)吊起同一物體時(shí)以不同的速度勻速上升 輸出的功率不等 速度越大 起重機(jī)輸出的功率越大 四 交通工具的兩種起動(dòng)過程 汽車 輪船等交通工具在起動(dòng)過程中 有兩種典型的起動(dòng)過程 用 CAI 課件模擬汽車的兩種起動(dòng)過程 FF1 FN G 1 以恒定功率起動(dòng) 汽車在水平方向受到兩個(gè)力的作用 牽引力 F 和摩擦力 F1 汽車起動(dòng)后先做變加速運(yùn)動(dòng) 最后做勻速 直線運(yùn)動(dòng) 變化情況如下 P 恒定 v 較小時(shí) F F1 v F P Fv a F F1 m a 0 時(shí) vmax a 的變加速直線運(yùn)動(dòng) 勻速直線運(yùn)動(dòng) 汽車以恒定功率起動(dòng)時(shí)的速度圖象如下圖 問題討論 阻力與速度有關(guān) 比如 F1 kv 或 F1 kv2等 上面討論的問題有何變化 交通工具達(dá)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(dá)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(yùn)動(dòng)所能維持的時(shí)間應(yīng)該從開始到汽車達(dá)到額定功率的時(shí)候 設(shè)汽 車做勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)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(dāng)汽車的功率增大到額定功率時(shí) 汽車做勻加速過程結(jié)束 設(shè)這時(shí)汽車的速度為 v m 據(jù)功率公式 P Fv 得 8 m smvF 額牽 設(shè)汽車能維持勻加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為 t0 則 v m at0 得 t0 v m a 16s 鞏固練習(xí) 1 一個(gè)質(zhì)量是 1 0kg 的物體 從地面上方 20m 高處開始做自由落體運(yùn)動(dòng) 第 1s 時(shí)間內(nèi)下落的位移是 多少 5m g 取 10m s2 這 1s 內(nèi)重力對(duì)物體做多少功 W 1 50J 第 2s 時(shí)間內(nèi)物體下落的位移是多少 15m 這 1s 內(nèi)重力對(duì)物體做多少功 W 2 150J 前 1s 和后 1s 重力對(duì)物體做功的功率各是多大 v vm O t P1 50W P 2 150W 這 2s 時(shí)間內(nèi)重力對(duì)物體做功的功率是多大 P 100W 應(yīng)用公式 P Fv 計(jì)算的物體做自由落體運(yùn)動(dòng)中下落 1s 末和 2s 末的瞬時(shí)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(jié)果啟發(fā)學(xué)生思考瞬時(shí)功率的物理意義 最后指出 此題中是重力對(duì)物體做功 使重力勢(shì)能 逐漸向動(dòng)能轉(zhuǎn)化 隨著時(shí)間的延續(xù) 重力勢(shì)能向動(dòng)能轉(zhuǎn)化逐漸加快 2 在傾角為 的斜面上 有一質(zhì)量為 m 的物體沿斜面下滑 當(dāng)物體的速度大小為 v 時(shí) 重力的瞬時(shí) 功率為多大 P mgvsin 3 作平拋運(yùn)動(dòng)的物體 質(zhì)量為 m 某時(shí)刻的速度為 v 與水平方向的夾角為 此時(shí)重力的瞬時(shí)功率 為多大 P mgvsin 課堂練習(xí) 下列關(guān)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(shí)間內(nèi)做功的平均功率 C 據(jù)公式 P Fv 可知 汽車的運(yùn)動(dòng)速率增大 牽引力一定減小 D 據(jù)公 P Fvcos 若知道運(yùn)動(dòng)物體在某一時(shí)刻的速度大小 該時(shí)刻作用力 F 的大小以及二者之間 的夾角 便可求出該時(shí)間內(nèi)力 F 做功的功率 汽車在水平面上運(yùn)動(dòng) 下列說法中正確的是 BCD A 汽車啟動(dòng)后以額定功率行駛 在速度未達(dá)到最大速度以前 加速度是不斷增大的 B 汽車啟動(dòng)后以額定功率行駛 在速度未達(dá)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(jī)以速度 v 水平勻速飛行時(shí) 發(fā)動(dòng)機(jī)的功率為 P 若飛機(jī)所受的空氣阻力與飛行速度的平方成正 比 那么當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率增為 4P 時(shí) 飛機(jī)勻速飛行的速度將增為 D A B C D v2v32v2v34 物體 A B 質(zhì)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(duì) A 做功較多 做功的平均功率也較大 B 力 F 對(duì) B 做功較多 做功的平均功率也較大 C 力 F 對(duì) A B 做的功和做功的平均功率都相同 D 力 F 對(duì) A B 做功相等 但對(duì) A 做功的平均功率較大 做一做 你家里可能有洗衣機(jī) 理發(fā)用的吹風(fēng)機(jī) 還可能有吸塵器 電動(dòng)剃須刀 附近的機(jī)井上面有水泵 拖 拉機(jī) 汽車上面有發(fā)動(dòng)機(jī) 小工廠里面有電動(dòng)機(jī) 調(diào)查你周圍的各種機(jī)械的功率 機(jī)械的功率與它們的體積有沒有關(guān)系 與它們的耗電量 耗油量 有 沒有關(guān)系 如果能夠見到的機(jī)械很少 你還有別的辦法 可以收集各種說明書 也可以從報(bào)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(jié) 通過本節(jié)課的學(xué)習(xí) 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(gè)計(jì)算公式 定義 式 P 和瞬時(shí)功率的公式 P Fv 公式 P 中的 t 趨近于零時(shí) P 即為瞬時(shí)功率 不過此公式主要用Wt Wt 來計(jì)算平均功率 公式 P Fv 中 當(dāng) v 為瞬時(shí)速度時(shí) P 即為瞬時(shí)功率 當(dāng) v 用平均速度 時(shí) 也可以計(jì)v 算平均功率 當(dāng)然要注意 v 所對(duì)應(yīng)的時(shí)間段 要會(huì)用 P Fv 分析汽車的兩種起動(dòng)過程 要能夠計(jì)算相關(guān)的 問題 布置作業(yè) 教材第 63 頁(yè) 問題與練習(xí) 板書設(shè)計(jì) 2 功率 一 功率 1 物理意義 功率是描述力對(duì)物體做功快慢的物理量 2 定義 功 W 跟完成這些功所用時(shí)間 t 的比值叫做功率 power 3 公式 P 量度式 1 Wt 4 單位 在國(guó)際單位制中 功率的單位是瓦特 watt 簡(jiǎn)稱瓦 符號(hào)是 W 1W 1J s 1kg m 2 s3 5 功率是標(biāo)量 二 額定功率和實(shí)際功率 三 功率與速度 1 功率的另一表達(dá)式 P Fvcos F vcos Fcos v 2 2 平均功率和瞬時(shí)功率 平均功率 描述力在一段時(shí)間內(nèi)做功的快慢 瞬時(shí)功率 瞬時(shí)功率是表示力在某個(gè)瞬時(shí)做功快慢的物理量 3 對(duì)公式 P Fv 的討論 當(dāng)功率 P 一定時(shí) F 與 v 成反比 即做功的力越大 其速度就越小 當(dāng)速度 v 一定時(shí) P 與 F 成正比 即做功的力越大 它的功率就越大 當(dāng)力 F 一定時(shí) 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(dòng)過程 1 以恒定功率起動(dòng) P 恒定 v 較小時(shí) F F1 v F P Fv a F F1 m a 0 時(shí) vmax a 的變加速直線運(yùn)動(dòng) 勻速直線運(yùn)動(dòng) 汽車以恒定功率起動(dòng)時(shí)的速度圖象 v vm O t 2 以恒定加速度起動(dòng) a 恒定 F 恒定 v P P P 額 ma F1 vmax F a a 0 時(shí) vmax 勻加速直線運(yùn)動(dòng) 變加速直線運(yùn)動(dòng) 勻速直線運(yùn)動(dòng) 以恒定加速度起動(dòng)的速度圖象 本案例的教學(xué)設(shè)計(jì)體現(xiàn)了物理知識(shí)源于生活 又應(yīng)用于生活 功率 與生活 生產(chǎn)聯(lián)系密切 在引 入功率 額定功率 實(shí)際功率等概念時(shí) 都注意通過生產(chǎn) 生活的具體實(shí)例引入 使原本枯燥無味的概念 教學(xué)變得生動(dòng)和有趣 學(xué)生易于認(rèn)識(shí)和理解 功率 概念 有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情 在知識(shí)形成過程 中 注重引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)思維方法 體會(huì)比值法在定義 功率 概念的作用 提高學(xué)生的應(yīng)用科學(xué)思維 方法解決問題的能力 通過設(shè)計(jì)測(cè)定人在某種運(yùn)動(dòng)中做功功率實(shí)驗(yàn) 來達(dá)到內(nèi)化和強(qiáng)化物理概念和物理規(guī) 律的理解 實(shí)現(xiàn)知識(shí)由理論向?qū)嵺`的轉(zhuǎn)化 加強(qiáng)物理與生活 生產(chǎn)和科技的聯(lián)系 在 功率 的整個(gè)教學(xué)過程中 始終關(guān)注 生活與物理 物理與社會(huì) 的關(guān)系 培養(yǎng)學(xué)生關(guān)注物理學(xué) 的技術(shù)應(yīng)用 形成將物理知識(shí)應(yīng)用于生活和生產(chǎn)實(shí)踐的意識(shí) 較好地體現(xiàn)了在知識(shí)與技能 過程與方法 情感態(tài)度與價(jià)值觀上對(duì)學(xué)生進(jìn)行教育的課程理念 v vm O t v m t0 教學(xué)反思