高中物理必修2《功率》教案
教學(xué)目標(biāo)
1、知識(shí)與技能
(1)理解功率的定義及額定功率與實(shí)際功率的定義;
(2)P=w/t，P=Fv的運(yùn)用。
2、過程與方法
(1)P=w/t通常指平均功率，為瞬時(shí)功率;
(2)P=Fv，分析汽車的啟動(dòng)，注意知識(shí)的遷移。
3、情感、態(tài)度與價(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)重難點(diǎn)
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。
教學(xué)工具
多媒體、板書
教學(xué)過程
一、功率、額定功率、實(shí)際功率
1.基本知識(shí)
(1)物理意義：功率是表示做功快慢的物理量.
(2)定義：功W跟完成這些功所用時(shí)間t的比值叫做功率.
(3)定義式：P=
(4)單位：在國際單位制中，功率的單位是瓦特，簡(jiǎn)稱瓦，符號(hào)是W.
1 W=1 J/s,1 kW=103 W.
(5)功率有平均功率和瞬時(shí)功率之分，用公式
計(jì)算的一般是一段時(shí)間內(nèi)的平均功率.
(6)額定功率
指電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等動(dòng)力機(jī)械在額定轉(zhuǎn)速下可以長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)的輸出功率.
(7)實(shí)際功率
指電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等動(dòng)力機(jī)械工作時(shí)實(shí)際消耗的功率.
實(shí)際功率往往小于額定功率，但在特殊情況下，如汽車越過障礙時(shí)，可以使實(shí)際功率在短時(shí)間內(nèi)大于額定功率.
2.思考判斷
(1)各種機(jī)械銘牌上所標(biāo)功率一般是指額定功率.(√)
(2)某機(jī)械工作時(shí)的實(shí)際功率一定比額定功率小.(×)
(3)機(jī)械可以在實(shí)際功率等于額定功率的情況下長(zhǎng)時(shí)間工作.(√)
探究交流
去過泰山的同學(xué)會(huì)遇到挑山工，假設(shè)挑山工和纜車將相同的貨物運(yùn)至山頂，兩者對(duì)貨物做的功相同嗎?做功的功率相同嗎?
【提示】 兩者對(duì)貨物做的功都等于克服重力做的功，由于將相同的貨物運(yùn)往相同高度的山頂，因此兩者做相同的功，而用纜車運(yùn)送貨物所用時(shí)間遠(yuǎn)小于挑山工的用時(shí)，根據(jù)功率定義知纜車的做功功率遠(yuǎn)大于挑山工的做功功率.
二、功率與速度
1.基本知識(shí)
(1)功率與速度的關(guān)系式
P=Fv(F與v方向相同).
(2)推導(dǎo)
(3)應(yīng)用
由功率速度關(guān)系式知，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.
2.思考判斷
(1)物體的速度為v，則重力的功率一定是mgv.(×)
(2)汽車的速度越大，牽引力的功率也越大.(×)
(3)汽車以恒定功率啟動(dòng)時(shí)，加速度減小.(√)
探究交流
在越野比賽中，汽車爬坡時(shí)，常常換用低速擋，這是為什么?
【提示】 由P=Fv可知，汽車在上坡時(shí)需要更大的牽引力，而發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率是一定的，換用低速擋的目的是減小速度，進(jìn)而增大牽引力.
【問題導(dǎo)思】
1.什么是平均功率和瞬時(shí)功率?
2.如何求平均功率和瞬時(shí)功率?
3.P=Fv中的三個(gè)物理量有什么制約關(guān)系?
1.平均功率
平均功率表示在一段時(shí)間內(nèi)做功的平均快慢.平均功率與某一段時(shí)間(或過程)相關(guān)，計(jì)算時(shí)應(yīng)明確是哪個(gè)力在哪段時(shí)間(或過程)內(nèi)做功的功率.
2.瞬時(shí)功率
P=Fv·cos α(α表示力F的方向與速度v的方向間的夾角)，它表示力在一段極短時(shí)間內(nèi)做功的快慢程度.瞬時(shí)功率與某一時(shí)刻(或狀態(tài))相關(guān)，計(jì)算時(shí)應(yīng)明確是哪個(gè)力在哪個(gè)時(shí)刻(或狀態(tài))做功的功率.
也可用于計(jì)算瞬時(shí)功率，此時(shí)時(shí)間極短，t→0，但在中學(xué)階段較少用到.
3.P=Fv中三個(gè)量的制約關(guān)系
誤區(qū)警示
1.求平均功率時(shí)必須說明是哪段時(shí)間或哪一個(gè)過程的平均功率.可由
或P=F計(jì)算.
2.公式P=Fv僅適用于F與v方向相同的情況，若F與v方向不同，則用P=Fvcos α來計(jì)算功率，其中α是F與v的夾角.
例：如圖所示，質(zhì)量為m=2 kg的木塊在傾角θ=37°的斜面上由靜止開始下滑，木塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5，已知：sin 37°=0.6，cos 37°=0.8，g取10 m/s2，求：
(1)前2 s內(nèi)重力做的功.
(2)前2 s內(nèi)重力的平均功率.
(3)2 s末重力的瞬時(shí)功率.
【審題指導(dǎo)】 解答本題應(yīng)注意下列問題：
(1)前2 s內(nèi)重力方向上物體的位移.
(2)前2 s內(nèi)物體的平均速度.
(3)2 s末物體的速度.
(4)重力和速度的夾角.
【答案】 (1)48 J(2)24 W (3)48 W
規(guī)律總結(jié)：求解功率時(shí)應(yīng)該注意的問題
1.首先要明確是求哪個(gè)力的功率，是某個(gè)力的功率，還是物體所受合力的功率，汽車的功率是指汽車牽引力的功率，起重機(jī)的功率是指起重機(jī)鋼絲繩拉力的功率.
2.若求瞬時(shí)功率，需明確是哪一時(shí)刻或哪一位置，再確定該時(shí)刻或該位置的速度，應(yīng)用公式P=Fv，如果F、v不同向，則投影到相同方向再計(jì)算.
四、機(jī)動(dòng)車的兩種啟動(dòng)方式
【問題導(dǎo)思】
1.如何分析機(jī)車恒定功率啟動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)?
2.機(jī)車以恒定加速度啟動(dòng)時(shí)，功率怎么變化?
3.如何用圖象描述兩種啟動(dòng)過程?
1.分析機(jī)車以恒定功率啟動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過程
2.分析機(jī)車以恒定加速度啟動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過程
汽車先以恒定的加速度啟動(dòng)，達(dá)到額定功率P額后再以恒定功率運(yùn)動(dòng)，因此啟動(dòng)過程分為兩個(gè)階段：
誤區(qū)警示
1.在P=Fv中因?yàn)镻為機(jī)車牽引力的功率，所以對(duì)應(yīng)的F是牽引力，并非合力.
例：在水平路面上運(yùn)動(dòng)的汽車的額定功率為100 kW，質(zhì)量為10 t，設(shè)阻力恒定，且為車重的0.1倍(g取10 m/s2).
(1)求汽車在運(yùn)動(dòng)過程中所能達(dá)到的最大速度.
(2)若汽車以0.5 m/s2的加速度從靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，這一過程能維持多長(zhǎng)時(shí)間?
(3)若汽車以額定功率不變從靜止啟動(dòng)后，當(dāng)汽車的加速度為2 m/s2時(shí)，速度多大?
【審題指導(dǎo)】 解答該題應(yīng)注意以下問題：
(1)汽車達(dá)到最大速度時(shí)牽引力等于阻力.
(2)勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)牽引力恒定，且可用牛頓定律求出.
(3)勻加速運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)汽車達(dá)到額定功率.
【答案】 (1)10 m/s(2)13.4 s(3)3.3 m/s
規(guī)律總結(jié)：機(jī)車啟動(dòng)問題的求法
1.機(jī)車的最大速度vm的求法：機(jī)車達(dá)到勻速前進(jìn)時(shí)速度最大，此時(shí)牽引力F等于阻力Ff，故
五、功率問題的實(shí)際應(yīng)用
例：跳繩是一種健身運(yùn)動(dòng)，設(shè)某運(yùn)動(dòng)員的質(zhì)量為50 kg，他每分鐘跳180個(gè)，假定在每次跳躍中，腳與地面的接觸時(shí)間占跳躍一次所需時(shí)間的2/5，則該運(yùn)動(dòng)員跳繩時(shí)克服重力做功的平均功率是多少?(g取10 m/s2)
【答案】 75 W
規(guī)律總結(jié)：求解本題的關(guān)鍵是求平均功率的時(shí)間應(yīng)是跳躍一次時(shí)間T，而非上升過程所用時(shí)間2(t)，即要明確求的是哪段時(shí)間內(nèi)的平均功率.
課后小結(jié)
板書
第三節(jié) 功 率
1、功率
在物理學(xué)中，一個(gè)力所做的功W跟完成這些功所用時(shí)間t的比值w/t，叫做功率。用p表示
P = w / t
功率的單位( J/s)或 瓦特，符號(hào)是W。1 kW=1 000W，另外還有一個(gè)應(yīng)該淘汰的常用單位：馬力，1馬力=735 W。
(1)p=w/t指平均功率。
(2)用這個(gè)公式也可以表示瞬時(shí)功率，當(dāng)△t→0。時(shí)，即表示瞬時(shí)功率。
(3)功率是描述力對(duì)物體做功快慢的物理量。
2、對(duì)額定功率和實(shí)際功率的學(xué)習(xí)
(1)額定功率：指機(jī)器正常工作時(shí)的最大輸出功率，也就是機(jī)器銘牌上的標(biāo)稱值。
(2)實(shí)際功率：指機(jī)器工作中實(shí)際輸出的功率。
3、功率與速度
根據(jù)公式P = F v
(1)當(dāng)功率P一定時(shí)，F(xiàn)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。
(2)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。汽車從平路到上坡時(shí)，若要保持速率不變，必須加大油門，增大發(fā)動(dòng)機(jī)功率來得到較大的牽引力。
(3)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。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。
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教學(xué)目標(biāo)
1、知識(shí)與技能
(1)理解功率的定義及額定功率與實(shí)際功率的定義;
(2)P=w/t，P=Fv的運(yùn)用。
2、過程與方法
(1)P=w/t通常指平均功率，為瞬時(shí)功率;
(2)P=Fv，分析汽車的啟動(dòng)，注意知識(shí)的遷移。
3、情感、態(tài)度與價(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)重難點(diǎn)
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。
教學(xué)工具
多媒體、板書
教學(xué)過程
一、功率、額定功率、實(shí)際功率
1.基本知識(shí)
(1)物理意義：功率是表示做功快慢的物理量.
(2)定義：功W跟完成這些功所用時(shí)間t的比值叫做功率.
(3)定義式：P=
(4)單位：在國際單位制中，功率的單位是瓦特，簡(jiǎn)稱瓦，符號(hào)是W.
1 W=1 J/s,1 kW=103 W.
(5)功率有平均功率和瞬時(shí)功率之分，用公式
計(jì)算的一般是一段時(shí)間內(nèi)的平均功率.
(6)額定功率
指電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等動(dòng)力機(jī)械在額定轉(zhuǎn)速下可以長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)的輸出功率.
(7)實(shí)際功率
指電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等動(dòng)力機(jī)械工作時(shí)實(shí)際消耗的功率.
實(shí)際功率往往小于額定功率，但在特殊情況下，如汽車越過障礙時(shí)，可以使實(shí)際功率在短時(shí)間內(nèi)大于額定功率.
2.思考判斷
(1)各種機(jī)械銘牌上所標(biāo)功率一般是指額定功率.(√)
(2)某機(jī)械工作時(shí)的實(shí)際功率一定比額定功率小.(×)
(3)機(jī)械可以在實(shí)際功率等于額定功率的情況下長(zhǎng)時(shí)間工作.(√)
探究交流
去過泰山的同學(xué)會(huì)遇到挑山工，假設(shè)挑山工和纜車將相同的貨物運(yùn)至山頂，兩者對(duì)貨物做的功相同嗎?做功的功率相同嗎?
【提示】 兩者對(duì)貨物做的功都等于克服重力做的功，由于將相同的貨物運(yùn)往相同高度的山頂，因此兩者做相同的功，而用纜車運(yùn)送貨物所用時(shí)間遠(yuǎn)小于挑山工的用時(shí)，根據(jù)功率定義知纜車的做功功率遠(yuǎn)大于挑山工的做功功率.
二、功率與速度
1.基本知識(shí)
(1)功率與速度的關(guān)系式
P=Fv(F與v方向相同).
(2)推導(dǎo)
(3)應(yīng)用
由功率速度關(guān)系式知，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.
2.思考判斷
(1)物體的速度為v，則重力的功率一定是mgv.(×)
(2)汽車的速度越大，牽引力的功率也越大.(×)
(3)汽車以恒定功率啟動(dòng)時(shí)，加速度減小.(√)
探究交流
在越野比賽中，汽車爬坡時(shí)，常常換用低速擋，這是為什么?
【提示】 由P=Fv可知，汽車在上坡時(shí)需要更大的牽引力，而發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率是一定的，換用低速擋的目的是減小速度，進(jìn)而增大牽引力.
【問題導(dǎo)思】
1.什么是平均功率和瞬時(shí)功率?
2.如何求平均功率和瞬時(shí)功率?
3.P=Fv中的三個(gè)物理量有什么制約關(guān)系?
1.平均功率
平均功率表示在一段時(shí)間內(nèi)做功的平均快慢.平均功率與某一段時(shí)間(或過程)相關(guān)，計(jì)算時(shí)應(yīng)明確是哪個(gè)力在哪段時(shí)間(或過程)內(nèi)做功的功率.
2.瞬時(shí)功率
P=Fv·cos α(α表示力F的方向與速度v的方向間的夾角)，它表示力在一段極短時(shí)間內(nèi)做功的快慢程度.瞬時(shí)功率與某一時(shí)刻(或狀態(tài))相關(guān)，計(jì)算時(shí)應(yīng)明確是哪個(gè)力在哪個(gè)時(shí)刻(或狀態(tài))做功的功率.
也可用于計(jì)算瞬時(shí)功率，此時(shí)時(shí)間極短，t→0，但在中學(xué)階段較少用到.
3.P=Fv中三個(gè)量的制約關(guān)系
誤區(qū)警示
1.求平均功率時(shí)必須說明是哪段時(shí)間或哪一個(gè)過程的平均功率.可由
或P=F計(jì)算.
2.公式P=Fv僅適用于F與v方向相同的情況，若F與v方向不同，則用P=Fvcos α來計(jì)算功率，其中α是F與v的夾角.
例：如圖所示，質(zhì)量為m=2 kg的木塊在傾角θ=37°的斜面上由靜止開始下滑，木塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5，已知：sin 37°=0.6，cos 37°=0.8，g取10 m/s2，求：
(1)前2 s內(nèi)重力做的功.
(2)前2 s內(nèi)重力的平均功率.
(3)2 s末重力的瞬時(shí)功率.
【審題指導(dǎo)】 解答本題應(yīng)注意下列問題：
(1)前2 s內(nèi)重力方向上物體的位移.
(2)前2 s內(nèi)物體的平均速度.
(3)2 s末物體的速度.
(4)重力和速度的夾角.
【答案】 (1)48 J(2)24 W (3)48 W
規(guī)律總結(jié)：求解功率時(shí)應(yīng)該注意的問題
1.首先要明確是求哪個(gè)力的功率，是某個(gè)力的功率，還是物體所受合力的功率，汽車的功率是指汽車牽引力的功率，起重機(jī)的功率是指起重機(jī)鋼絲繩拉力的功率.
2.若求瞬時(shí)功率，需明確是哪一時(shí)刻或哪一位置，再確定該時(shí)刻或該位置的速度，應(yīng)用公式P=Fv，如果F、v不同向，則投影到相同方向再計(jì)算.
四、機(jī)動(dòng)車的兩種啟動(dòng)方式
【問題導(dǎo)思】
1.如何分析機(jī)車恒定功率啟動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)?
2.機(jī)車以恒定加速度啟動(dòng)時(shí)，功率怎么變化?
3.如何用圖象描述兩種啟動(dòng)過程?
1.分析機(jī)車以恒定功率啟動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過程
2.分析機(jī)車以恒定加速度啟動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過程
汽車先以恒定的加速度啟動(dòng)，達(dá)到額定功率P額后再以恒定功率運(yùn)動(dòng)，因此啟動(dòng)過程分為兩個(gè)階段：
誤區(qū)警示
1.在P=Fv中因?yàn)镻為機(jī)車牽引力的功率，所以對(duì)應(yīng)的F是牽引力，并非合力.
例：在水平路面上運(yùn)動(dòng)的汽車的額定功率為100 kW，質(zhì)量為10 t，設(shè)阻力恒定，且為車重的0.1倍(g取10 m/s2).
(1)求汽車在運(yùn)動(dòng)過程中所能達(dá)到的最大速度.
(2)若汽車以0.5 m/s2的加速度從靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，這一過程能維持多長(zhǎng)時(shí)間?
(3)若汽車以額定功率不變從靜止啟動(dòng)后，當(dāng)汽車的加速度為2 m/s2時(shí)，速度多大?
【審題指導(dǎo)】 解答該題應(yīng)注意以下問題：
(1)汽車達(dá)到最大速度時(shí)牽引力等于阻力.
(2)勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)牽引力恒定，且可用牛頓定律求出.
(3)勻加速運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)汽車達(dá)到額定功率.
【答案】 (1)10 m/s(2)13.4 s(3)3.3 m/s
規(guī)律總結(jié)：機(jī)車啟動(dòng)問題的求法
1.機(jī)車的最大速度vm的求法：機(jī)車達(dá)到勻速前進(jìn)時(shí)速度最大，此時(shí)牽引力F等于阻力Ff，故
五、功率問題的實(shí)際應(yīng)用
例：跳繩是一種健身運(yùn)動(dòng)，設(shè)某運(yùn)動(dòng)員的質(zhì)量為50 kg，他每分鐘跳180個(gè)，假定在每次跳躍中，腳與地面的接觸時(shí)間占跳躍一次所需時(shí)間的2/5，則該運(yùn)動(dòng)員跳繩時(shí)克服重力做功的平均功率是多少?(g取10 m/s2)
【答案】 75 W
規(guī)律總結(jié)：求解本題的關(guān)鍵是求平均功率的時(shí)間應(yīng)是跳躍一次時(shí)間T，而非上升過程所用時(shí)間2(t)，即要明確求的是哪段時(shí)間內(nèi)的平均功率.
課后小結(jié)
板書
第三節(jié) 功 率
1、功率
在物理學(xué)中，一個(gè)力所做的功W跟完成這些功所用時(shí)間t的比值w/t，叫做功率。用p表示
P = w / t
功率的單位( J/s)或 瓦特，符號(hào)是W。1 kW=1 000W，另外還有一個(gè)應(yīng)該淘汰的常用單位：馬力，1馬力=735 W。
(1)p=w/t指平均功率。
(2)用這個(gè)公式也可以表示瞬時(shí)功率，當(dāng)△t→0。時(shí)，即表示瞬時(shí)功率。
(3)功率是描述力對(duì)物體做功快慢的物理量。
2、對(duì)額定功率和實(shí)際功率的學(xué)習(xí)
(1)額定功率：指機(jī)器正常工作時(shí)的最大輸出功率，也就是機(jī)器銘牌上的標(biāo)稱值。
(2)實(shí)際功率：指機(jī)器工作中實(shí)際輸出的功率。
3、功率與速度
根據(jù)公式P = F v
(1)當(dāng)功率P一定時(shí)，F(xiàn)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。
(2)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。汽車從平路到上坡時(shí)，若要保持速率不變，必須加大油門，增大發(fā)動(dòng)機(jī)功率來得到較大的牽引力。
(3)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。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。
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