2019-2020年高中物理 第七章 機(jī)械能守恒定律 第三節(jié) 功率教案 新人教版必修2.doc

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2019-2020年高中物理 第七章 機(jī)械能守恒定律 第三節(jié) 功率教案 新人教版必修2 課 時(shí)：二課時(shí) 教 師： 教學(xué)重點(diǎn) 理解功率的概念． 教學(xué)難點(diǎn) 理解功率與力、速度的關(guān)系，瞬時(shí)功率和平均功率的計(jì)算． 三維目標(biāo) 知識(shí)與技能 1．理解功率的概念． 2．知道功率的定義和定義式P＝，能夠用公式P＝解答有關(guān)的問(wèn)題． 3．知道公式P＝Fv的物理意義，能夠用公式P＝Fv解答有關(guān)的問(wèn)題． 4．區(qū)別理解額定功率、實(shí)際功率和最大功率． 過(guò)程與方法 1．通過(guò)實(shí)例體驗(yàn)功率概念的形成過(guò)程及功率的實(shí)際意義，理解功率概念． 2．從功率概念的定義，體會(huì)用比值方法建立物理概念的方法． 3．理解功率與力和速度的關(guān)系．會(huì)利用功率的兩個(gè)公式來(lái)解釋現(xiàn)象和進(jìn)行計(jì)算． 情感、態(tài)度與價(jià)值觀 1．通過(guò)功率概念建立的探究過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生敢于發(fā)表自己觀點(diǎn)，堅(jiān)持原則，善于合作的良好習(xí)慣． 2．通過(guò)對(duì)生活中機(jī)械的實(shí)際功率、額定功率的觀察和測(cè)量，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的思想． 導(dǎo)入新課 回憶日常生活中人們勞動(dòng)時(shí)的情景，并分組讓學(xué)生舉例，討論分析人和機(jī)械做功有什么區(qū)別? 教師歸納． 1．挖土機(jī)與人，要完成相同的挖土任務(wù)，人花的時(shí)間要長(zhǎng)得多． 2．建筑工地上要把磚塊或水泥等建筑材料搬到樓頂上，起重機(jī)和搬運(yùn)工相比，起重機(jī)要比工人快得多． 3．從水井里提水，使用抽水機(jī)比人工要快得多． 4．家住在高樓(如9層)，乘電梯比走路要快得多． 5．拖拉機(jī)耕地比牛耕地要快得多，等等． 列舉生產(chǎn)、生活中發(fā)生的事例，使學(xué)生體會(huì)功率與生活、生產(chǎn)息息相關(guān)，研究功率具有重要的現(xiàn)實(shí)意義．引出本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容——功率． 一、功率 思考，討論: 1、不同機(jī)械做相同的功，所用時(shí)間是否相同呢？哪一個(gè)做功更快呢？用什么樣的物理量來(lái)表示做功的快慢？它是如何定義的？ 2、功率的單位是什么？除了這個(gè)單位之外，你還知道哪些是功率的單位？功率是矢量還是標(biāo)量？ 3、在作用力方向和位移方向相同的情況下，如何用力和速度來(lái)表示功率？試推導(dǎo)其公式。 4、拓展：當(dāng)力F和位移s之間有一夾角α?xí)r，如何表示功率？試推導(dǎo)其公式。 5、什么是瞬時(shí)功率和平均功率？公式P =FV 表示的是平均功率還是瞬時(shí)功率？為什么？如果要用它來(lái)表示瞬時(shí)功率，F(xiàn) 和V 需要滿足什么條件？ 板書(shū)： 一、功率 （1）定義：功跟完成這些功所用時(shí)間的比值叫做功率. （2）定義式是P= （3）單位：瓦（W） 1瓦=1焦/秒 1W=1J/s 常用單位：千瓦(KW) 換算關(guān)系:1KW=1000W （4）物理意義：功率是表示做功快慢的物理量 1．一臺(tái)機(jī)器用2分鐘時(shí)間做了6104 J的功，這臺(tái)機(jī)器的功率是多少？ 2．關(guān)于功率，下列說(shuō)法中正確的是(　　)． A．功率是說(shuō)明做功多少的物理量 B．功率是說(shuō)明做功快慢的物理量 C．做功時(shí)間越長(zhǎng)，功率一定小 D．力做功越多，功率一定大 參考答案：1.500 W　2.B 關(guān)于定義式：P= a.它是普遍適用的，不論恒力做功還是變力做功，它都適用. b.它表示時(shí)間t內(nèi)的平均功率，只有當(dāng)物體勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，才等于瞬時(shí)功率. c.因?yàn)楣有正負(fù)之分，所以功率也有正負(fù)之分，功率的正負(fù)并不表示功率的大小. d.應(yīng)注意：P、W、t的同一性. 關(guān)于推廣式：P=FVcosα a.如果求平均功率時(shí)，式中v要用平均速度；求瞬時(shí)功率時(shí)，式中的v要用瞬時(shí)速率，必須注意F、α與P的同時(shí)性. b.當(dāng)F為合外力時(shí)，P為合外力做功的功率；當(dāng)F為某一外力時(shí)，P為該力做功的功率. c.在汽車(chē)等交通工具一類(lèi)問(wèn)題中，式中P為發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率，F(xiàn)為發(fā)動(dòng)機(jī)的牽引力，v為汽車(chē)的瞬時(shí)速度. 6、討論：P、F、V的關(guān)系 關(guān)于公式P=FV ①當(dāng)功率P一定時(shí)，牽引力F和v之間有什么關(guān)系？ ②當(dāng)速度v一定時(shí)，牽引力F和功率P之間關(guān)系如何？ ③當(dāng)牽引力F一定時(shí)，功率P和速度v之間有什么關(guān)系？ P一定時(shí)，力F與速度v成反比 v一定時(shí)，力F與功率P成正比 F一定時(shí)，功率P與速度v成正比 ［程序二］用多媒體展示下列關(guān)系： 據(jù)P=FV可得 7、在交通工具的功率一定的情況下，要獲得更大牽引力應(yīng)該如何控制速度？從控制變量角度看，用起重機(jī)吊裝同樣的工件，大型機(jī)（功率大的）和小型機(jī)，哪一個(gè)快？汽車(chē)上坡的時(shí)候要保持車(chē)速，應(yīng)該換檔還是應(yīng)該“加油”（專(zhuān)業(yè)用語(yǔ)，“增大油門(mén)” 的意思）？為什么？ 開(kāi)拓視野：認(rèn)識(shí)一些常見(jiàn)機(jī)械做功功率 ①汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)：5104～15104 W ②摩托車(chē)約2103 W ③噴氣客機(jī)約2108 W ④火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)約11013W ⑤人的平均功率約1102 W，優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員短時(shí)間內(nèi)的功率可達(dá)1 000 W ⑥人心臟跳動(dòng)的功率1.5 W左右 ⑦萬(wàn)噸巨輪106 W以上 ⑧藍(lán)鯨游動(dòng)的功率可達(dá)350 kW等等． 二、額定功率與實(shí)際功率 問(wèn)題1：人用力直接做功能否像汽車(chē)做功那樣快呢？汽車(chē)做功能否像飛機(jī)做功那樣快呢？人如果做功過(guò)快，會(huì)產(chǎn)生什么后果呢？汽車(chē)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生什么后果呢？ 問(wèn)題2：長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員能否用100米短跑的速度來(lái)完成5 000米的賽跑路程呢？為什么？ 提示：1.人做功過(guò)快，會(huì)引起疲勞，甚至受傷、生病等，汽車(chē)超負(fù)荷工作會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)熄火或燒毀． 問(wèn)題3： 什么叫額定功率？什么叫實(shí)際功率？ 2．奧運(yùn)比賽是一種挑戰(zhàn)運(yùn)動(dòng)極限的比賽，人與機(jī)器一樣，不能長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)動(dòng)，短跑運(yùn)動(dòng)員在100米賽跑中，時(shí)間不過(guò)是十幾秒，能以最大的速度跑完全程，此時(shí)運(yùn)動(dòng)員的輸出功率是正常運(yùn)動(dòng)時(shí)的數(shù)十倍．在5 000米的長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)中，運(yùn)動(dòng)員不可能長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)動(dòng)，因此長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員不可能一直保持百米賽跑那樣的速度． 總結(jié)： 1、額定功率：指機(jī)械在長(zhǎng)時(shí)間正常工作時(shí)的最大輸出功率，也是機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)銘牌上的標(biāo)稱(chēng)值，額定功率是動(dòng)力機(jī)械重要的性能指標(biāo)，一個(gè)動(dòng)力機(jī)械的額定功率是一定的。 2、實(shí)際功率：機(jī)械在運(yùn)行過(guò)程中的功率是實(shí)際輸出的功率。實(shí)際功率可以小于額定功率，可以等于其額定功率(稱(chēng)滿負(fù)荷運(yùn)行)，但不能大于額定功率，否則會(huì)損壞機(jī)械。 課外作業(yè)：很多機(jī)械的銘牌上都標(biāo)有這臺(tái)機(jī)器的額定功率，請(qǐng)同學(xué)將家里的電器設(shè)備上的額定功率都記錄下來(lái)，并計(jì)算家里的每部機(jī)器每天要做多少功？要消耗多少電能？哪一部機(jī)器最耗電？并與同桌進(jìn)行交流． 例1：某型號(hào)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率為60kW，在水平路面上行駛時(shí)受到的是1800N，求發(fā)動(dòng)機(jī)在額定功率下汽車(chē)勻速行駛時(shí)的速度。在同樣的阻力下，如果汽車(chē)勻速行駛時(shí)的速度只有54km/s，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的實(shí)際功率是多少？ 例2 如圖所示，位于水平面上的物體A的質(zhì)量m＝5 kg，在F＝10 N的水平拉力作用下從靜止開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng)，位移為s＝36 m時(shí)撤去拉力F.求：在下述兩種條件下，力F對(duì)物體做功的平均功率各是多大？(取g＝10 m/s2) (1)水平面光滑； (2)物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.15. 解析：方法一：可分為三個(gè)階段：第一步讓學(xué)生計(jì)算力F在36 m位移中所做的功，強(qiáng)調(diào)功只由F和s這兩個(gè)要素決定，與其他因素?zé)o關(guān)，因而兩種情況下力F做的功相同，均為W＝360 J； 第二步由同學(xué)計(jì)算這兩次做功所用的時(shí)間．用牛頓第二定律求出a1＝2 m/s2，a2＝0.5 m/s2；用s＝at2分別求出t1＝6 s，t2＝12 s. 第三步用功率的定義式即平均功率的計(jì)算公式求得P1＝60 W，P2＝30 W. 方法二：用公式v＝2as分別求出每次的末速度，再用公式＝vt/2求出每次的平均速度1和2，最后用P1＝F1和P2＝F2求最后結(jié)果，這是解決問(wèn)題的另一思路． 答案：(1)60 W　(2)30 W 質(zhì)量m＝3 kg的物體，在水平力F＝6 N的作用下，在光滑的水平面上從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間t＝3 s，求： (1)力F在t＝3 s內(nèi)對(duì)物體所做的功； (2)力F在t＝3 s內(nèi)對(duì)物體所做功的平均功率； (3)在3 s末力F對(duì)物體做功的瞬時(shí)功率． 解析：物體在水平力F的作用下，在光滑水平面上做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)牛頓第二定律可求出加速度a＝F/m＝2 m/s2 則物體在3 s末的速度v＝at＝6 m/s. 物體在3 s內(nèi)的位移s＝at2＝232 m＝9 m (1)力F做的功W＝Fs＝54 J (2)力F在3 s內(nèi)的平均功率P＝＝18 W (3)3 s末力F的瞬時(shí)功率P＝Fv＝36 W. 答案：(1)54 J　(2)18 W　(3)36 W 課堂小結(jié) 引導(dǎo)學(xué)生回顧本節(jié)主要內(nèi)容． 1．功率是表示物體做功快慢的物理量． 2．功率的單位有W、kW,1 kW＝1 000 W. 3．功率的求解公式有：P＝W/t、P＝Fv其中P＝W/t和P＝Fv可用來(lái)求解平均功率，而P＝Fv也可用來(lái)求解瞬時(shí)功率． 4．要會(huì)用P＝Fv分析汽車(chē)的兩種啟動(dòng)過(guò)程． 布置作業(yè) 1．教材“問(wèn)題與練習(xí)”第1、2題． 2．認(rèn)真觀察身邊的電器上的銘牌，記錄電器銘牌所標(biāo)的額定功率，并與同學(xué)交流． 3　功率 一、功率 1．定義：功和完成這些功所用時(shí)間的比值． 2．表達(dá)式：P＝，變形式：P＝Fv. 3．單位：W、kW. 二、額定功率與實(shí)際功率 1．額定功率：正常條件下可以長(zhǎng)時(shí)間工作的功率． 2．實(shí)際功率：機(jī)械實(shí)際輸出的功率． 三、功率與速度的關(guān)系 P＝Fv. 關(guān)于汽車(chē)的行駛問(wèn)題 (一)理論探索 1．汽車(chē)在水平路面上以恒定功率(P額)啟動(dòng)：設(shè)P＝12 W　f＝2 N　m＝2 kg 既然是小車(chē)啟動(dòng)，汽車(chē)速度應(yīng)從零開(kāi)始增大，在下表中再設(shè)定幾個(gè)汽車(chē)的速度數(shù)值，讓學(xué)生按照題意填寫(xiě)各個(gè)速度數(shù)值所對(duì)應(yīng)的功率、力、加速度數(shù)值大小. v/(ms－1) P/W F/N a/(ms－2) 1 2 5 6 由公式P＝Fv、F－f＝ma，學(xué)生憑自己的能力應(yīng)該能夠很快填好表格. v/(ms－1) P/W F/N a/(ms－2) 1 12 12 5 2 12 6 2 5 12 2.4 0.2 6 12 2 0 根據(jù)表格中數(shù)據(jù)的分析，請(qǐng)學(xué)生自己小結(jié)表格中數(shù)據(jù)所蘊(yùn)涵的物理意義．此時(shí)學(xué)生思維活躍，各抒己見(jiàn)，最后學(xué)生通過(guò)自己的探討得出如下幾點(diǎn)規(guī)律： (1)汽車(chē)以恒定功率(P額)啟動(dòng)，牽引力功率始終保持不變． (2)汽車(chē)速度不斷增大時(shí)牽引力不斷減?。? (3)汽車(chē)速度不斷增大時(shí)加速度不斷減小． (4)當(dāng)牽引力減小到跟摩擦力相等時(shí)加速度為零，即汽車(chē)不再加速，此時(shí)速度達(dá)到最大值． (5)P額＝Fv＝fvmax，vmax＝P額/f，即汽車(chē)速度最大值由汽車(chē)的恒定功率和水平路面摩擦力共同決定． (6)汽車(chē)先做加速度變小的變加速運(yùn)動(dòng)，后做勻速直線運(yùn)動(dòng)． 接著請(qǐng)學(xué)生根據(jù)剛才小結(jié)出的幾點(diǎn)規(guī)律定性地作出速度—時(shí)間圖象． （1）汽車(chē)以恒定功率啟動(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： 速度v↑ 此時(shí)v達(dá)到最大速度vm，→此后保持vm做勻速直線運(yùn)動(dòng). 練習(xí)1： 某排氣量為2.0L的汽車(chē)，發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率為80kW，汽車(chē)的質(zhì)量為2000kg，它在高速公路上運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力為車(chē)重的0.08倍，設(shè)汽車(chē)以額定功率運(yùn)動(dòng)，g取10m/s2。求： （1）汽車(chē)速度為10m/s時(shí)的加速度是多大？ （2）汽車(chē)的加速度為2m/s2的速度為多大？ （3）汽車(chē)所能達(dá)到的最大速度是多大？ 2．汽車(chē)在水平路面上以恒定加速度啟動(dòng)： 設(shè)定P額＝12 W　f＝2 N　m＝2 kg　a＝2 m/s2 再設(shè)定幾個(gè)汽車(chē)的速度數(shù)值，讓學(xué)生按照題意填寫(xiě)各個(gè)速度數(shù)值所對(duì)應(yīng)的功率、力、加速度數(shù)值大小. v/(ms－1) F/N P/W a/(ms－2) 1 1.5 2 3 6 由公式F－f＝ma、P＝Fv，學(xué)生憑自己的能力應(yīng)該能夠很快填好表格．但學(xué)生填寫(xiě)的表格可能有分歧，見(jiàn)表1和表2. v/(ms－1) F/N P/W a/(ms－2) 1 6 6 2 1.5 6 9 2 2 6 12 2 3 6 18 2 6 6 36 2 表1 v/(ms－1) F/N P/W a/(ms－2) 1 6 6 2 1.5 6 9 2 2 6 12 2 3 4 12 1 6 2 12 0 表2 此時(shí)可提醒學(xué)生注意額定功率，絕大多數(shù)學(xué)生都能理解表2才是正確的，符合實(shí)際情況的．接著請(qǐng)學(xué)生自己根據(jù)表2中數(shù)據(jù)的分析，小結(jié)表2中數(shù)據(jù)所蘊(yùn)涵的物理意義．經(jīng)過(guò)幾番爭(zhēng)論，最后學(xué)生通過(guò)自己的探討得出如下幾點(diǎn)規(guī)律： (1)汽車(chē)以恒定加速度啟動(dòng)，牽引力保持不變，汽車(chē)速度不斷增大，牽引力功率隨之增大． (2)當(dāng)汽車(chē)牽引力功率達(dá)到額定功率(P額)時(shí)，汽車(chē)速度達(dá)到恒定加速度階段的最大速度，但不是汽車(chē)整個(gè)加速過(guò)程的最大速度． (3)汽車(chē)牽引力功率將保持額定功率不變，進(jìn)入額定功率加速階段： ①當(dāng)汽車(chē)加速過(guò)程中牽引力功率達(dá)到額定功率(P額)時(shí)，牽引力功率不再增大，將保持額定功率不變繼續(xù)加速． ②汽車(chē)速度不斷增大時(shí)牽引力不斷減?。? ③汽車(chē)速度不斷增大時(shí)加速度不斷減小． ④當(dāng)牽引力減小到跟摩擦阻力相等時(shí)加速度為零，即汽車(chē)不再加速，此時(shí)速度達(dá)到整個(gè)加速過(guò)程的最大值． (4)汽車(chē)先做勻加速運(yùn)動(dòng)，后做加速度變小的變加速運(yùn)動(dòng)，最后做勻速直線運(yùn)動(dòng)． 接著請(qǐng)學(xué)生根據(jù)剛才小結(jié)出的幾點(diǎn)規(guī)律定性地作出速度—時(shí)間圖象． （1）當(dāng)汽車(chē)以恒定加速度啟動(dòng)后，過(guò)程變化情況如下： a恒定F牽 恒定v將繼續(xù)增大a↓此時(shí)v達(dá)到最大速度vm→以后汽車(chē)將保持以vm做勻速直線運(yùn)動(dòng). 練習(xí)2： 質(zhì)量是2000kg、額定功率為80kW的汽車(chē)，在平直公路上行駛中的最大速度為20m/s。若汽車(chē)從靜止開(kāi)始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，加速度大小為2m/s2，運(yùn)動(dòng)中的阻力不變。求： （1）汽車(chē)所受阻力的大小。 （2）汽車(chē)做勻加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。 （3）汽車(chē)勻加速時(shí)的末速度。 （4） 3s末汽車(chē)的瞬時(shí)功率。 （5）汽車(chē)在勻加速運(yùn)動(dòng)中牽引力所做的功。 (二)練習(xí)鞏固 1．一輛汽車(chē)始終以額定功率行駛，下列說(shuō)法正確的是(　　)． A．汽車(chē)的速度越大，所需的牽引力越大 B．汽車(chē)的速度與牽引力無(wú)關(guān) C．因?yàn)楣β什蛔?，所以速度和牽引力都不? D．速度最大時(shí)，牽引力一定最小 2．一艘輪船從港口出發(fā)，以恒定功率航行，若所遇到的阻力始終不變，則對(duì)輪船的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，下列判斷正確的是(　　)． A．始終做勻加速運(yùn)動(dòng) B．先做勻加速運(yùn)動(dòng)，后做勻速運(yùn)動(dòng) C．先做勻速運(yùn)動(dòng)，后做勻減速運(yùn)動(dòng) D．當(dāng)牽引力等于阻力時(shí)，航速最大 3．設(shè)汽車(chē)在啟動(dòng)初始階段為勻加速直線運(yùn)動(dòng)，并且所受阻力恒定不變，則在啟動(dòng)階段(　　)． A．汽車(chē)的速度增大，發(fā)動(dòng)機(jī)功率不變 B．汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)牽引力增大，功率增大 C．汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)牽引力不變，功率增大 D．汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)牽引力不變，功率不變 4．M＝2 t的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率為30 kW，在水平路面上行駛時(shí)，阻力為車(chē)重的0.1倍．求： (1)汽車(chē)以額定功率啟動(dòng)后能達(dá)到的最大速度為多少？ (2)當(dāng)汽車(chē)速度為10 m/s時(shí)，加速度為多大？ 5．上題中，若汽車(chē)從靜止開(kāi)始以0.5 m/s2勻加速運(yùn)動(dòng)，則 (1)啟動(dòng)后2 s末發(fā)動(dòng)機(jī)功率為多大？ (2)此勻加速運(yùn)動(dòng)最多能維持多長(zhǎng)時(shí)間？此后汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)情況如何？ 參考答案：1.D　2.D　3.C　4.(1)15 m/s　(2)0.5 m/s2　5.(1)3 kW　(2)20 s　此后汽車(chē)做功率恒定，加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，直至加速度為0，速度達(dá)到最大．