2022年高中物理 第七章 機械能守恒定律 第三節(jié) 功率教案 新人教版必修2課 時：二課時 教 師： 教學重點理解功率的概念教學難點理解功率與力、速度的關系，瞬時功率和平均功率的計算三維目標知識與技能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解答有關的問題3知道公式PFv的物理意義，能夠用公式PFv解答有關的問題4區(qū)別理解額定功率、實際功率和最大功率過程與方法1通過實例體驗功率概念的形成過程及功率的實際意義，理解功率概念2從功率概念的定義，體會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系會利用功率的兩個公式來解釋現象和進行計算情感、態(tài)度與價值觀1通過功率概念建立的探究過程，培養(yǎng)學生敢于發(fā)表自己觀點，堅持原則，善于合作的良好習慣2通過對生活中機械的實際功率、額定功率的觀察和測量，培養(yǎng)學生學以致用的思想導入新課回憶日常生活中人們勞動時的情景，并分組讓學生舉例，討論分析人和機械做功有什么區(qū)別? 教師歸納1挖土機與人，要完成相同的挖土任務，人花的時間要長得多2建筑工地上要把磚塊或水泥等建筑材料搬到樓頂上，起重機和搬運工相比，起重機要比工人快得多3從水井里提水，使用抽水機比人工要快得多4家住在高樓(如9層)，乘電梯比走路要快得多5拖拉機耕地比牛耕地要快得多，等等列舉生產、生活中發(fā)生的事例，使學生體會功率與生活、生產息息相關，研究功率具有重要的現實意義引出本節(jié)課的學習內容功率一、功率思考，討論:1、不同機械做相同的功，所用時間是否相同呢？哪一個做功更快呢？用什么樣的物理量來表示做功的快慢？它是如何定義的？2、功率的單位是什么？除了這個單位之外，你還知道哪些是功率的單位？功率是矢量還是標量？ 3、在作用力方向和位移方向相同的情況下，如何用力和速度來表示功率？試推導其公式。 4、拓展：當力F和位移s之間有一夾角時，如何表示功率？試推導其公式。 5、什么是瞬時功率和平均功率？公式P =FV 表示的是平均功率還是瞬時功率？為什么？如果要用它來表示瞬時功率，F 和V 需要滿足什么條件？ 板書：一、功率（1）定義：功跟完成這些功所用時間的比值叫做功率.（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) 換算關系:1KW=1000W（4）物理意義：功率是表示做功快慢的物理量1一臺機器用2分鐘時間做了6×104 J的功，這臺機器的功率是多少？2關于功率，下列說法中正確的是()A功率是說明做功多少的物理量 B功率是說明做功快慢的物理量C做功時間越長，功率一定小 D力做功越多，功率一定大參考答案：1.500 W2.B關于定義式：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.它表示時間t內的平均功率，只有當物體勻速運動時，才等于瞬時功率.c.因為功W有正負之分，所以功率也有正負之分，功率的正負并不表示功率的大小.d.應注意：P、W、t的同一性.關于推廣式：P=FVcosa.如果求平均功率時，式中v要用平均速度；求瞬時功率時，式中的v要用瞬時速率，必須注意F、與P的同時性.b.當F為合外力時，P為合外力做功的功率；當F為某一外力時，P為該力做功的功率.c.在汽車等交通工具一類問題中，式中P為發(fā)動機的實際功率，F為發(fā)動機的牽引力，v為汽車的瞬時速度.6、討論：P、F、V的關系關于公式P=FV當功率P一定時，牽引力F和v之間有什么關系？當速度v一定時，牽引力F和功率P之間關系如何？當牽引力F一定時，功率P和速度v之間有什么關系？P一定時，力F與速度v成反比v一定時，力F與功率P成正比F一定時，功率P與速度v成正比程序二用多媒體展示下列關系：據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該如何控制速度？從控制變量角度看，用起重機吊裝同樣的工件，大型機（功率大的）和小型機，哪一個快？汽車上坡的時候要保持車速，應該換檔還是應該“加油”（專業(yè)用語，“增大油門” 的意思）？為什么？開拓視野：認識一些常見機械做功功率汽車發(fā)動機：5×10415×104 W摩托車約2×103 W噴氣客機約2×108 W火箭的發(fā)動機約1×1013W人的平均功率約1×102 W，優(yōu)秀運動員短時間內的功率可達1 000 W人心臟跳動的功率1.5 W左右萬噸巨輪106 W以上藍鯨游動的功率可達350 kW等等二、額定功率與實際功率問題1：人用力直接做功能否像汽車做功那樣快呢？汽車做功能否像飛機做功那樣快呢？人如果做功過快，會產生什么后果呢？汽車超負荷運轉會產生什么后果呢？問題2：長跑運動員能否用100米短跑的速度來完成5 000米的賽跑路程呢？為什么？提示：1.人做功過快，會引起疲勞，甚至受傷、生病等，汽車超負荷工作會造成發(fā)動機熄火或燒毀問題3： 什么叫額定功率？什么叫實際功率？ 2奧運比賽是一種挑戰(zhàn)運動極限的比賽，人與機器一樣，不能長時間超負荷運動，短跑運動員在100米賽跑中，時間不過是十幾秒，能以最大的速度跑完全程，此時運動員的輸出功率是正常運動時的數十倍在5 000米的長跑運動中，運動員不可能長時間超負荷運動，因此長跑運動員不可能一直保持百米賽跑那樣的速度總結： 1、額定功率：指機械在長時間正常工作時的最大輸出功率，也是機械發(fā)動機銘牌上的標稱值，額定功率是動力機械重要的性能指標，一個動力機械的額定功率是一定的。 2、實際功率：機械在運行過程中的功率是實際輸出的功率。實際功率可以小于額定功率，可以等于其額定功率(稱滿負荷運行)，但不能大于額定功率，否則會損壞機械。 課外作業(yè)：很多機械的銘牌上都標有這臺機器的額定功率，請同學將家里的電器設備上的額定功率都記錄下來，并計算家里的每部機器每天要做多少功？要消耗多少電能？哪一部機器最耗電？并與同桌進行交流例1：某型號汽車發(fā)動機的額定功率為60kW，在水平路面上行駛時受到的是1800N，求發(fā)動機在額定功率下汽車勻速行駛時的速度。在同樣的阻力下，如果汽車勻速行駛時的速度只有54km/s，發(fā)動機輸出的實際功率是多少？ 例2 如圖所示，位于水平面上的物體A的質量m5 kg，在F10 N的水平拉力作用下從靜止開始向右運動，位移為s36 m時撤去拉力F.求：在下述兩種條件下，力F對物體做功的平均功率各是多大？(取g10 m/s2)(1)水平面光滑；(2)物體與水平面間的動摩擦因數0.15.解析：方法一：可分為三個階段：第一步讓學生計算力F在36 m位移中所做的功，強調功只由F和s這兩個要素決定，與其他因素無關，因而兩種情況下力F做的功相同，均為W360 J；第二步由同學計算這兩次做功所用的時間用牛頓第二定律求出a12 m/s2，a20.5 m/s2；用sat2分別求出t16 s，t212 s.第三步用功率的定義式即平均功率的計算公式求得P160 W，P230 W.方法二：用公式v2as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P1F1和P2F2求最后結果，這是解決問題的另一思路答案：(1)60 W(2)30 W質量m3 kg的物體，在水平力F6 N的作用下，在光滑的水平面上從靜止開始運動，運動時間t3 s，求：(1)力F在t3 s內對物體所做的功；(2)力F在t3 s內對物體所做功的平均功率；(3)在3 s末力F對物體做功的瞬時功率解析：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動，根據牛頓第二定律可求出加速度aF/m2 m/s2則物體在3 s末的速度vat6 m/s.物體在3 s內的位移sat2×2×32 m9 m(1)力F做的功WFs54 J(2)力F在3 s內的平均功率P18 W(3)3 s末力F的瞬時功率PFv36 W.答案：(1)54 J(2)18 W(3)36 W課堂小結引導學生回顧本節(jié)主要內容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 kW1 000 W.3功率的求解公式有：PW/t、PFv其中PW/t和PFv可用來求解平均功率，而PFv也可用來求解瞬時功率4要會用PFv分析汽車的兩種啟動過程布置作業(yè)1教材“問題與練習”第1、2題2認真觀察身邊的電器上的銘牌，記錄電器銘牌所標的額定功率，并與同學交流3功率一、功率1定義：功和完成這些功所用時間的比值2表達式：P，變形式：PFv.3單位：W、kW.二、額定功率與實際功率1額定功率：正常條件下可以長時間工作的功率2實際功率：機械實際輸出的功率三、功率與速度的關系PFv.關于汽車的行駛問題 (一)理論探索1汽車在水平路面上以恒定功率(P額)啟動：設P12 Wf2 Nm2 kg既然是小車啟動，汽車速度應從零開始增大，在下表中再設定幾個汽車的速度數值，讓學生按照題意填寫各個速度數值所對應的功率、力、加速度數值大小.v/(m·s1)P/WF/Na/(m·s2)1256由公式PFv、Ffma，學生憑自己的能力應該能夠很快填好表格.v/(m·s1)P/WF/Na/(m·s2)112125212625122.40.261220根據表格中數據的分析，請學生自己小結表格中數據所蘊涵的物理意義此時學生思維活躍，各抒己見，最后學生通過自己的探討得出如下幾點規(guī)律：(1)汽車以恒定功率(P額)啟動，牽引力功率始終保持不變(2)汽車速度不斷增大時牽引力不斷減小(3)汽車速度不斷增大時加速度不斷減小(4)當牽引力減小到跟摩擦力相等時加速度為零，即汽車不再加速，此時速度達到最大值(5)P額Fvfvmax，vmaxP額/f，即汽車速度最大值由汽車的恒定功率和水平路面摩擦力共同決定(6)汽車先做加速度變小的變加速運動，后做勻速直線運動接著請學生根據剛才小結出的幾點規(guī)律定性地作出速度時間圖象（1）汽車以恒定功率啟動后先做變加速運動，最后做勻速直線運動，變化情況如下：速度v此時v達到最大速度vm，此后保持vm做勻速直線運動.練習1：某排氣量為2.0L的汽車，發(fā)動機的額定功率為80kW，汽車的質量為2000kg，它在高速公路上運動時受到的阻力為車重的0.08倍，設汽車以額定功率運動，g取10m/s2。求：（1）汽車速度為10m/s時的加速度是多大？（2）汽車的加速度為2m/s2的速度為多大？（3）汽車所能達到的最大速度是多大？2汽車在水平路面上以恒定加速度啟動：設定P額12 Wf2 Nm2 kga2 m/s2再設定幾個汽車的速度數值，讓學生按照題意填寫各個速度數值所對應的功率、力、加速度數值大小.v/(m·s1)F/NP/Wa/(m·s2)11.5236由公式Ffma、PFv，學生憑自己的能力應該能夠很快填好表格但學生填寫的表格可能有分歧，見表1和表2.v/(m·s1)F/NP/Wa/(m·s2)16621.5692261223618266362表1v/(m·s1)F/NP/Wa/(m·s2)16621.5692261223412162120表2此時可提醒學生注意額定功率，絕大多數學生都能理解表2才是正確的，符合實際情況的接著請學生自己根據表2中數據的分析，小結表2中數據所蘊涵的物理意義經過幾番爭論，最后學生通過自己的探討得出如下幾點規(guī)律：(1)汽車以恒定加速度啟動，牽引力保持不變，汽車速度不斷增大，牽引力功率隨之增大(2)當汽車牽引力功率達到額定功率(P額)時，汽車速度達到恒定加速度階段的最大速度，但不是汽車整個加速過程的最大速度(3)汽車牽引力功率將保持額定功率不變，進入額定功率加速階段：當汽車加速過程中牽引力功率達到額定功率(P額)時，牽引力功率不再增大，將保持額定功率不變繼續(xù)加速汽車速度不斷增大時牽引力不斷減小汽車速度不斷增大時加速度不斷減小當牽引力減小到跟摩擦阻力相等時加速度為零，即汽車不再加速，此時速度達到整個加速過程的最大值(4)汽車先做勻加速運動，后做加速度變小的變加速運動，最后做勻速直線運動接著請學生根據剛才小結出的幾點規(guī)律定性地作出速度時間圖象（1）當汽車以恒定加速度啟動后，過程變化情況如下：a恒定F牽 恒定v將繼續(xù)增大a此時v達到最大速度vm以后汽車將保持以vm做勻速直線運動.練習2：質量是2000kg、額定功率為80kW的汽車，在平直公路上行駛中的最大速度為20m/s。若汽車從靜止開始做勻加速直線運動，加速度大小為2m/s2，運動中的阻力不變。求：（1）汽車所受阻力的大小。（2）汽車做勻加速運動的時間。（3）汽車勻加速時的末速度。（4） 3s末汽車的瞬時功率。（5）汽車在勻加速運動中牽引力所做的功。 (二)練習鞏固1一輛汽車始終以額定功率行駛，下列說法正確的是()A汽車的速度越大，所需的牽引力越大 B汽車的速度與牽引力無關C因為功率不變，所以速度和牽引力都不變D速度最大時，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，則對輪船的運動過程，下列判斷正確的是()A始終做勻加速運動 B先做勻加速運動，后做勻速運動C先做勻速運動，后做勻減速運動 D當牽引力等于阻力時，航速最大3設汽車在啟動初始階段為勻加速直線運動，并且所受阻力恒定不變，則在啟動階段()A汽車的速度增大，發(fā)動機功率不變 B汽車發(fā)動機牽引力增大，功率增大C汽車發(fā)動機牽引力不變，功率增大 D汽車發(fā)動機牽引力不變，功率不變4M2 t的汽車發(fā)動機的額定功率為30 kW，在水平路面上行駛時，阻力為車重的0.1倍求：(1)汽車以額定功率啟動后能達到的最大速度為多少？(2)當汽車速度為10 m/s時，加速度為多大？5上題中，若汽車從靜止開始以0.5 m/s2勻加速運動，則(1)啟動后2 s末發(fā)動機功率為多大？(2)此勻加速運動最多能維持多長時間？此后汽車的運動情況如何？參考答案：1.D2.D3.C4.(1)15 m/s(2)0.5 m/s25.(1)3 kW(2)20 s此后汽車做功率恒定，加速度減小的加速運動，直至加速度為0，速度達到最大