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2022年高中物理 7.3 功率教学设计 新人教版必修2课题7.3 功 率课程目标知识与技能1知道功率的物理意义、定义式、单位2理解功率的导出式P=Fv的物理意义,并掌握其用法,会利用功率的两个公式来解释现象和进行计算。3理解平均功率和瞬时功率,了解平均功率、瞬时功率、额过程与方法1通过实例体验功率概念的形成过程及功率的实际意义,通过功率的定义过程,体会应用比值方法建立物理概念的方法。2学会求解各种不同的功率。3运用功率的不同表达式分析和解决动力机械的运动问题。情感态度与价值观1使学生养成具体问题具体分析和严密思维的习惯。2提高学生理论联系实际、解决实际问题的能力。3培养学生敢于发表自己观点、善于合作的良好习惯。教学重点1理解功率的概念。2知道功率的种类及其计算。教学难点1功率的表达式P=Fv的物理意义和运用。2瞬时功率和平均功率的计算。教学过程二次备课新课导入 教师:人们在生产、生活和工作中使用了大量的机械来做功,这与人力直接做功或畜力做功,在完成功的快慢方面有何不同?请举例说明。预测学生所举事例可能有:1、人上高楼(如8层楼)时,乘电梯比走路要快得多; 2、拖拉机耕地比牛耕地要快得多; 3、挖土机与人,要完成相同的挖土任务,人花的时间要长得多;4、从水井里提水,使用抽水机比人工要快得多;5、功是能量转化的量度,人们十分关注做功的多少。然而不同的机械或人,其做功的快慢是不同的。教师:在建筑工地上分别采用以下三种方式,把1t的货物从地面运到三楼,方式一:搬运工分批搬运,需时间3h方式二:用一台起重机提升,需时1min 方式三:用另一台起重机提升,需时30 s上述三种情况下,把货物由地面运到三楼时,请思考以下问题:1、用不同的方式,对货物所做的功是否相同?2、所用时间不同,三种方式中做功的快慢是否相同?结论:对重物所做的功相同,但所用时间不同,说明做功快慢不同。说明:通过引导学生分析有关事例,形成初步共识:人们选用机械来做功时,不仅要考虑做功多少,还要考虑机械做功的快慢。如挖掘机做功比人快;大卡车比拖拉机做功快;拖拉机耕地比牛耕地要快;起重吊车比搬运工人做功快;抽水机比辘轳提水快,等等。研究做功的快慢有着重要的实际意义。通过实际问题让学生感性地认识做功的快慢。教师:不同的机器或物体做功有快有慢,如何来衡量做功的快慢呢?请同学们思考并提出解决方案。预测学生可能有以下认识:1、选择相同时间,比较做功多少,做功多的,做功就快;2、选择做相同的功,比较做功的时间长短,时间长的,做功就慢;3、类比“速度”的定义方法,用做功和完成这些功所花的时间的比值来定义“功率”;4、说明:对学生提出的各种方案可能有问题或不完整,教师应鼓励学生在交流中补充完善自己的认识。教学中注意引导学生类比如“速度”、“加速度”概念的定义方法,体会比值法定义功率概念。新课推进5. 功率是标量,功率表示做功过程中能量转化的快慢。(板书)6. 讨论与交流:小实验:把一段粉笔放在书的封面上,打开书的封面形成一个斜面,并使粉笔开始下滑。请同学仔细分析一下,在下滑的过程中粉笔共受到几个力的作用?哪些力做正功?哪些力做负功?哪些力不做功?如果斜面的倾角增大,情况会有什么变化?倾角增大时,功率是否也增大?提示:(1)比较不同倾角时的功率,应注意粉笔开始下滑处的高度应相同。讨论功率时须指明哪个力的功率。(2)实验的分析讨论,要注意所分析的是某个力的平均功率。注意引导学生进行受力分析、做功分析,可利用功率的定义式,在理论上进行推演,使思维更加严密。7. 一些常见机械做功功率(1)汽车发动机5104 W15104 W (2)摩托车约2103 W(3)喷气客机约2108 W (4)人心脏跳动的功率1.5W左右(5)火箭的发动机约11013 W (6)万吨巨轮106W以上(7)蓝鲸游动的功率可达350kW (8)人的平均功率约1102 W(9)优秀运动员短时间内的功率可达1000W二、功率P与力F、速度v的关系 (板书)1. 功率与力、速度的关系推导 (板书)教师:一部汽车载重时和空车时,在公路上以相同的速度行驶,试讨论这两种情况下汽车的输出功率是否相同?为什么?预测学生的回答可能有:(1)载重汽车与地摩擦力较大,牵引力也大,由于行驶速度一样,故相同时间内,载重车的牵引力做功较多,所以载重汽车的输出功率较大;(2)载重汽车行驶得比空车慢,因此功率较小;(3)载重汽车比空车费力,因此载重车的输出功率较空车时要大些;(4)说明:上述分析讨论的目的是启发学生思考功率与力和速度有何关系。学生分析可能会出现片面和不完整回答,教师要参加到学生的讨论分析中,帮助、启发和引导学生形成正确的认识。得出正确的答案(1)。接着,教师引导学生思考,如何计算牵引力的功率。教师:某汽车在平直公路上做匀速直线运动,已知其牵引力大小为F,运行速度为v,试求此时汽车牵引力F的功率为多少?2.公式:P=Fv (F与位移s或v同方向)(板书)即力F的功率等于力F和物体运动速度v的乘积.。注意F是速度v方向上的作用力。分析讨论:由v = s / t求出的是物体在时间内的平均速度,代入公式P=F v求出的功率是F在时间内的平均功率;如果取得足够小,则v表示瞬时速度,此时由Fv求得的功率就是F在该时刻的瞬时功率。即当v为平均速度时,求得的功率就是平均功率,v为瞬时速度时,求得的功率就是瞬时功率。总结:说明:如果物体做匀速直线运动,由于瞬时速度与平均速度相等,故此时平均功率等于瞬时功率。教师:汽车以额定功率在平直公路行驶时,若前方遇到了一段较陡的上坡路段,汽车司机要做好什么调整,才能确保汽车驶到坡顶?为什么? 预测学生的回答可能有:(1)加大油门,汽车可顺利行驶到达坡顶。(2)汽车要换档,才能顺利行驶到达坡顶。(3)师生共同分析:(1) 根据P=Fv知,汽车以额定功率行驶,因遇上坡路段,汽车所需的牵引力增大了,若要保持行驶速度不变,这是不可能的;加大油门,只会增加发动机的输出功率(超过额定功率),发动机将因超负荷而过热损坏。(2) 这是一种正确的操作方式,当司机将发动机的速度档位调低后,速度减小了,牵引力加大了,只要牵引力足够,汽车便可顺利上坡。教师根据课堂需要还可以提出一些问题让学生进一步讨论,如:(1)汽车上坡的时候,司机常用换挡的方法来减小速度,为什么?(2)汽车上坡时,要保持速度不变,应如何做?(3)起重机在竖直方向匀速吊起某一重物时,为什么发动机的输出功率越大,起吊速度就越大?思考:汽车等交通工具,如何才能获得更大的行驶速度?教师:由P = W / t求出的是瞬时功率还是平均功率?学生小组讨论后得出:由公式P = W / t求出的功率,反映了该力在t时间内做功的平均快慢,故由公式P = W / t求出的功率是平均功率。教师:人力直接做功能否像汽车做功那样快呢?汽车做功能否像飞机做功那样快呢?人如果做功过快,会产生什么后果呢?汽车超负荷运转会产生什么后果呢?(人做功过快,会引起疲劳、甚至受伤、生病等,汽车超负荷工作会造成发动机熄火或烧毁。)教师:奥运长跑运动员能否用100m短跑的速度来完成5000m的赛跑路程呢?为什么?(奥运比赛是一种挑战运动局限的比赛,人与机器一样,不能长时间超负荷运动,短跑运动员在100m赛跑中,时间不过是十几秒,能以最大的速度跑完全程,此时运动员的输出功率是正常时的数十倍。在5000m的长跑运动中,运动员不可能长时间超负荷运动,因此长跑运动员不可能一直保持百米赛跑那样的速度。)说明:让学生通过思考自己身边所熟悉的问题,认识额定功率和实际功率的概念以及概念的意义。教师:你对“额定功率和实际功率以及平均功率和瞬时功率”是怎样理解的? 额定功率:指动力机械在长时间正常工作时最大输出功率。也是机械发动机铭牌上的标称值。额定功率是动力机械重要的性能指标,一个动力机械的额定功率是一定的,机器不一定都在额定功率下工作。实际功率:机械在运行过程中实际输出的功率是实际功率。实际功率可以小于额定功率,可以等于其额定功率(称满负荷运行),但不能大于额定功率,否则容易将机械损坏。机车启动过程中,发动机的功率指牵引力的功率而不是合外力或阻力的功率。 平均功率:物体在一段时间内做功功率的平均值叫平均功率。通常用定义式P=W/t描述,只有当物体匀速运动时,才等于瞬时功率。瞬时功率:物体在某一时刻的功率叫做瞬时功率。通常用P=Fv表示,必须注意F、v与P的同时性。很多机械的铭牌上都标有这台机器的额定功率,请同学将家里的电器设备上的额定功率都记录下来,计算家里的每部机器每天要做多少功?要消耗多少电能?哪一部机器最耗电?并与同学进行交流。教师:(课件展示)(1)当牵引力F一定时,功率P和速度v之间有什么关系? (2)当速度v一定时,牵引力F和功率P之间关系如何?(3)当输出功率P一定时,牵引力F和速度v之间有什么关系?根据公式P =F v可知,物体的运动速度v与牵引力F成反比,如果汽车需要较大的牵引力,就必须减小运动速度。课件展示下列关系:F一定时,Pv (板书)据P=Fv可得 v一定时,PF (板书)P一定时,F (板书)3.推广式:P=Fvcos (为力F与瞬时速度v方向间的夹角)说明:(1)当F为合外力时,P为合外力做功的功率;当F为某一外力时,P为该力做功的功率;(2)在汽车等交通工具一类问题中,式中P为发动机的实际功率,F为发动机的牵引力,v为汽车的瞬时速度。二、例题讲解1、功率的计算例1、从空中以40m/s的初速度沿着水平方向抛出一个重为10N的物体,不计空气阻力,取g=10m/s2,求(1)在抛出后3s内重力的功率。(2)在抛出后3s时重力的功率(设3s时未落地)。解析 (1)3s内的功率是指平均功率,3s内重力做功,故。(2) 3s时的功率是指瞬时功率,应用求解,结合平抛知识得mggt=10103=300W。例2、 一个质量为m的物体,从高度为h,长度为L的光滑斜面顶端由静止开始下滑,求物体到达斜面底端时重力做功的功率?解析: 本题所求重力做功的功率,应为瞬时功率 P=mgv cos,而速度v是沿着斜面向下的。如图2-3-1,设斜面的倾角为 ,根据 而(90),所以 点评:本题主要考查对瞬时功率的计算,要求同学们对三角关系理解通彻,并且灵活运用公式.2-3-1(引发学生思考,让学生从身边生活寻找做功快慢的事例,并思考机械与人或畜力做功快慢的差异。)(列举生产、生活中发生的事例,使学生体会功率与生活、生产息息相关,无处不在,研究功率具有重要的现实意义,并引导学生注意观察身边物理现象,体会到物理知识就在我们身边,感悟物理规律研究的价值,激起学生的求知欲。)(分析一些生产事例、工作场面,或展示一些做功快慢不同的图片。有条件的情况下还可通过多媒体手段更生动地展示这些画面和情景,使学生对做功快慢的情形有更为形象和具体的认识,从而为建立正确的“功率”概念打下良好基础。)(引导学生思考:如何比较物体做功快慢?讨论中注意培养学生的发散思维能力和批判思维能力。)(
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