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2019-2020年高中物理 功率教案 新人教版必修2 一、教學目標 1．理解功率的概念： (1)知道功率是表示做功快慢的物理量。 (2)知道功率的定義和定義式P＝W/t；知道在國際單位制中，功率的單位是瓦特(W)。 (3)知道公式P＝Fv的物理意義。 2．掌握功率的計算： (1)能夠用公式P＝W/t解答有關的問題。 (2)能夠用公式P＝Fv解答有關的問題。 二、重點、難點分析 1．功率的概念、功率的物理意義是本節(jié)的重點內(nèi)容，如果學生能懂得做功快慢表示的是能量轉化的快慢，自然能感悟出功率實際上是描述能量轉化快慢的物理量。 2．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。 三、主要教學過程 (一)引入課題 首先以提問方式復習上一節(jié)所學習的主要內(nèi)容，重點是功的概念和功的物理意義。 然后提出力對物體做功的實際問題中，有做功快慢之分，物理學中又是如何來描述的？這節(jié)課我們就來研究這個問題。 (二)教學過程設計 1．功率 初中同學們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。我們一起討論一些問題。 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，哪個力做功快？ A．W1＝W2，t1＞t2； B．W1＝W2，t1＜t2； C．W1＞W(wǎng)2，t1＝t2； D．W1＜W2，t1＝t2。 上述條件下，哪個力做功快的問題學生都能作出判斷，其實都是根據(jù)W/t這一比值進行分析判斷的。讓學生把這個意思說出來，然后總結并板書如下： 功率是描述做功快慢的物理量。 功和完成這些功所用的時間之比，叫做功率。如果用W表示功，t 明確告訴學生上式即為功率的定義式，然后說明P的單位，W用J、t用s作單位，P的單位為J/s，稱為瓦特，符號為W。最后分析并說明功率是標量。 接下來著重說明，功率的大小與單位時間內(nèi)力所做的功為等值。 至此，再將功的定義式與速度v的定義式作類比，使學生理解，雖然研究的是不同性質(zhì)的問題，但是研究方法是相同的(同時也為后面講瞬時功率做了些準備)。然后提出問題，與學生一起討論功率的物理意義。 上一節(jié)我們講了功的概念、功的公式之后，經(jīng)過分析和討論，對功的物理意義已有所了解。誰能復述一下？ 在學生說出做功過程是能量轉化過程之后，立即啟發(fā)：那么做功快慢恰能表明能量轉化的快慢嗎？因此，應該將功率理解為是描述做功過程中能量轉化快慢的物理量，并將這一認識進行板書。 2．平均功率與瞬時功率 舉例一個質(zhì)量是1.0kg的物體，從地面上方20m高處開始做自由落體運動，第1s時間內(nèi)下落的位移是多少？(與學生一塊算出是5m，g取10m/s2)這1s內(nèi)重力對物體做多少功？(與學生一起算出W1＝50J)第2s時間內(nèi)物體下落的位移是多少？(15m)這1s內(nèi)重力對物體做多少功？(W2＝150J)前1s和后1s重力對物體做功的功率各是多大？(P1＝50W，P2＝150W)這2s時間內(nèi)重力對物體做功的功率是多大？(P＝100W) 指出即使是同一個力對物體做功，在不同時間內(nèi)做功的功率也可能是有變化的。因而，用P＝W/t求得的功率只能反映t時間內(nèi)做功的快慢，只具有平均的意義。板書如下： (1)平均功率 (2)瞬時功率 為了比較細致地表示出每時每刻的做功快慢，引入了瞬時功率的概念，即瞬時功率是表示某個瞬時做功快慢的物理量。 提出瞬時功率如何計算的問題后，作如下推導： 一段較短時間內(nèi)的平均功率可以寫成如下公式(P＝ΔW/Δt)，而Δ P＝Fv此為瞬時功率計算公式 討論： ①如果作用于物體上的力F為恒力，且物體以速度v勻速運動，則力對物體做功的功率保持不變。此情況下，任意一段時間內(nèi)的平均功率與任一瞬時的瞬時功率都是相同的。 ②很多動力機器通常有一個額定功率，且通常使其在額定功率狀態(tài)工作(如汽車)，根據(jù)P＝Fv可知： 當路面阻力較小時，牽引力F也小，v可以大，即汽車可以跑得快些； 當路面阻力較大，或爬坡時，需要比較大的牽引力，v必須小。這就是爬坡時汽車換低速擋的道理。 ③如果動力機器原來在遠小于額定功率的條件下工作，例如汽車剛剛起動后的一段時間內(nèi)，速度逐漸增大過程中，牽引力仍可增大，即F和v可以同時增大，但是這一情況應以二者乘積等于額定功率為限度，即當Fv=P額。以后，這種情況不可能實現(xiàn)。 應用公式P＝Fv計算m＝1kg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＝100J；由v2＝20m/s按公式求得P2＝200J。 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加快。 3．例題講解 例1．如圖1所示，位于水平面上的物體A的質(zhì)量m＝5kg，在F＝10N的水平拉力作用下從靜止開始向右運動，位移為s＝36m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g＝10m/s2) (1)設水平面光滑； (2)設物體與水平面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.15。 解答過程可分為三個階段：①讓學生計算力F在36m位移中所做的功，強調(diào)功只由F和s這兩個要素決定，與其它因素無關，因而兩種情況下力F做的功相同，均為W＝360J。②由同學計算這兩次做功所用 分別求出t1＝6s，t2＝12s。③用功率的定義式即平均功率的計算公式求得P1＝60W，P2＝30W。 如果有的同學用公式vt2=2αs分別求出每次的末速度，再用公式 例2．如圖2所示，位于水平面上的物體A，在斜向上的恒定拉力作用下，正以v＝2m/s的速度向右做勻速直線運動。已知F的大小為100N，方向與速度v的夾角為37，求： (1)拉力F對物體做功的功率是多大？ (2)物體向右運動10s的過程中，拉力F對它做多少功？(sin37＝0.6，cos37＝0.8) 通過此例題的解答，讓學生掌握功率的計算公式P＝Fvcosα，并提醒學生，不要認為F與v總是在同一直線上；并且知道，在功率已知的條件下，可以用W＝Pt計算一段時間內(nèi)力所做的功。第(1)問的結果為P＝160W；第(2)問的結果為W＝1600J。 例3．課本p．113上的例題，先讓學生自己看。讓學生注意船速增大的物理過程分析，然后結合圖3再做講解。指明船在額定功率條件下行駛，牽引力F與速度v的乘積為一定值，在圖中為雙曲線，設阻力f正比v，則這兩條線的交點P的橫坐標值即為最大速度vm。 (三)課堂小結 1．我們講了功率概念之后，得到了兩個公式，定義式P＝W/t和瞬時功率的公式P＝Fv。 2．公式P＝W/t中的t趨近于零時，P即為瞬時功率。不過此公式主要用來計算平均功率。公式P＝Fv中，當v為瞬時速度時，P即為瞬 應的時間段。 五、說明 1．將功率理解為表示能量轉化快慢的物理量具有普遍意義。如一臺電動機的額定功率是10kW，表明它每秒鐘可以將10kJ的電能轉化為機械能，不管它是否工作。因而機器的功率實際上可以表示它進行能量轉化的能力大小。 2．力可以做負功，自然也有負功率。學生不問到時可以不講。課本上也沒講。重要的不是功率的正負問題，而是要結合實際問題說清楚能量轉化的方向和快慢。例如，一物體沿粗糙水平面向前滑動，根據(jù)P＝fv可知其機械能向內(nèi)能轉化，轉化的快慢與速度v成正比，這就表達清楚了，沒有強調(diào)負功率的必要。