2018年高中物理必修二教案：7.3 功率

7.3 功率教学目标一、知识与技能1.理解功率的概念。2.知道功率的定义和定义式P=，能够用公式P=解答有关的问题。3.知道公式P=Fv的物理意义，能够用公式P=Fv解答有关的问题。4.区别理解额定功率、实际功率和最大功率。二、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，理解功率概念。2.从功率概念的定义，体会用比值方法建立物理概念的方法。3.理解功率与力和速度的关系，会利用功率的两个公式来解释现象和进行计算。三、情感态度与价值观1.通过功率概念建立的探究过程，培养学生敢于发表自己观点，坚持原则，善于合作的良好习惯。2.通过对生活中机械的实际功率、额定功率的观察和测量，培养学生学以致用的思想。教学重点理解功率的概念。教学难点 理解功率与力、速度的关系，瞬时功率和平均功率的计算。教学过程一、引入课题提出问题： 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。（引发学生思考，让学生从身边生活寻找做功事例，并思考机械与人或畜力做功的差异。） 教师指出：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。（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”概念打下良好的基础。）二、教学过程（一）功率教师：请同学们看教材P60-61功率部分内容，归纳总结功率的知识提纲，并思考如下问题：在某高楼建筑中需要搬运一批砖头到一高层上，在搬运砖头过程中，起重机和搬运工人的生产记录情况如下表所示。数量时间小时对象1234561224起重机200040006000800010000120002400036000建筑工人400800120016002000240048009600备注一块基砖重约为20N，楼层距地面高10m试分析和比较起重机和工人在搬砖过程中所做功及其做功快慢情况教师：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。（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。） 预测：学生可能有以下回答：（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”。说明：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的概念。教师板书：1定义：功W与完成这些功所用时间t的比值叫做功率。2定义式：P=W/t3物理意义：表示物体做功快慢的物理量。4单位：教师请一位同学正确地说出定义式中各个字母所表示的物理量及其单位。国际单位：瓦特（w），常用单位：千瓦（kw）或焦耳/秒（J/s）W功单位：焦耳（J）做功所用时间单位：秒（s）换算关系：kw = 1000 w w=J/s说明：用已知物理量的比值定义新的物理量，是建立物理概念常用的方法。使用该方法能够进一步揭示和表述被探究对象的某些物理性质及变化规律，像我们已经研究过的速度、加速度等物理量就是用这种方法来定义的。5. 功率是标量，功率表示做功过程中能量转化的快慢。6. 额定功率和实际功率额定功率：指机械在长时间正常工作时的最大输出功率，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。实际功率：机械在运行过程中的功率是实际功率，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，否则会损坏机械。（二）功率与速度思考与讨论：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：学生会回答：（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。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。正确的回答应是（1）。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，如汽车在上坡和下坡时功率、速度和牵引力会怎样变化？接着，教师引导学生思考：如何计算牵引力的功率？（让学生根据所学知识和功率定义式进行推演，培养良好的科学思维能力和思维习惯。）提出问题：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？注意引发学生思考解决问题的思路，应用功和功率的定义式进行分析和推导： P=W/t， P=F l /t， W=Fl，v= l /t。课堂分析结果：P=Fv即力F的功率等于力F和物体运动速度v的乘积。注意：这里的F是速度v方向上的作用力。分析讨论：由vl /t求出的是物体在时间 t内的平均速度，代入公式P=Fv求出的功率是F在时间t内的平均功率；如果t取得足够小，则v表示瞬时速度，此时由P=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。（1） 总结平均功率P=Fv（v是平均速度）。    瞬时功率P=Fv（v 是瞬时速度）。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。交流讨论问题：由PW/t得出的是瞬时功率还是平均功率？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，故由其求出的功率是平均功率。（2）额定功率与实际功率的认识问：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？解析：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。问：奥运长跑运动员能否用 100 m短跑的速度来完成5000 m的赛跑路程呢？为什么？解析：奥运比赛是一种挑战运动极限的比赛，人与机器一样，不能长时间超负荷运动。短跑运动员在100 m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5 000 m的长跑运动中，运动员不可能长时间超负荷运动，所以长跑运动员不可能一直保持百米赛跑那样的速度。说明：此问题目的在于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。额定功率：指动力机械在长时间正常工作时的最大输出功率，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。实际功率：机械在运行过程中的功率是实际功率，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，否则会损坏机械。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，并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？请与同学进行交流。（3）汽车发动机的功率一定时，牵引力与速度的关系当汽车输出功率一定时，根据公式P=Fv可知，物体的运动速度与牵引力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。思考：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？学生可能回答：加大油门，汽车可顺利到达坡顶。汽车要换挡，才能顺利驶到坡顶。师生共同分析：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。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，速度减少了，牵引力加大了；只要牵引力足够，汽车便可顺利上坡。 思考：汽车等交通工具，如何才能获得更大的行驶速度？      对于汽车或机车等交通工具，从静止开始启动的过程中，发动机的输出功率、牵引力和速度的关系满足公式PF·v ，在P、F、v 三个物理量中，若保持一个量不变，当另一个量变化时，第三个量也随之变化。关于汽车的启动过程是一个较为复杂的物理过程，下面我们就两种常见的启动过程分析如下：汽车（或机车）以恒定的功率启动和行驶的过程（请把握教材的难度和课标的难度）：汽车牵引功率保持恒定时，由P=Fv可知，牵引力大小与速度成反比。结合牛顿第二定律FFf ma可知，汽车以恒定功率启动的过程，随着汽车速度v的逐渐增大，汽车的加速度逐渐减小，直至加速度等于0，最后汽车做匀速运动。机车以恒定的牵引力启动的过程：机车做的是加速度a（FFf）/m的匀加速直线运动，汽车的输出功率P随汽车速度增大而增大，直至汽车输出功率等于额定功率，匀加速过程结束。接着汽车保持功率不变，汽车通过减少牵引力，进一步提高速度，直到加速度a0，最后做匀速运动行驶。例 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mg·gt=10×10×3=300W。三、课堂小结1我们讲了功率概念之后，得到了两个公式，定义式P=Wt和瞬时功率的公式P=F·v。2公式P=Wt中的t趋近于零时，P即为瞬时功率。不过此公式主要用来计算平均功率。公式P=Fv中，当v为瞬时速度时，P即为瞬时功率。四、课堂练习1.关于功率概念，下列说法中正确的是（ ）。A力对物体做的功越多，力做功的功率越大B功率是描述物体做功快慢的物理量C从公式P=Fv可知道汽车的发动机功率一定时，牵引力与运动速度成反比D当轮船航行时，如果牵引力与阻力相等时合外力为零，此时发动机的实际功率为零2.A、B两物体质量分别为m和2m，A静止于光滑水平面上，B静止于粗糙水平面上，用相同水平力分别推A和B，使它们前进相同位移，下面说法正确的是（ ）。A.两次推力做功一样多B.第二次推力做功多一些C.两次推力做功的功率一样大D.第一次推力做功的功率小一些3.汽车以恒定功率P由静止出发，沿平直路面行驶，最大速度为v，则下列判断正确的是（ ）。A.汽车先做匀加速运动，最后做匀速运动B.汽车先做加速度越来越大的加速运动，最后做匀速运动C.汽车先做加速度越来越小的加速运动，最后做匀速运动D.汽车先做加速运动，再做减速运动，最后做匀速运动4.物体所受到的合外力为一恒力，由静止开始运动，该力的作用时间越长，则（ ）。A.物体的瞬时速度越大B.物体的瞬时加速度越大C.在单位时间内对物体所做的功越多D.该力的瞬时功率越