2019-2020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.doc

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2019-2020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(xué)重點 理解功率的概念． 教學(xué)難點 理解功率與力、速度的關(guān)系，瞬時功率和平均功率的計算． 三維目標(biāo) 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(guān)的問題． 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(guān)系．會利用功率的兩個公式來解釋現(xiàn)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(xué)生敢于發(fā)表自己觀點，堅持原則，善于合作的良好習(xí)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(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時的情景，并分組讓學(xué)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(wù)，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(chǎn)、生活中發(fā)生的事例，使學(xué)生體會功率與生活、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(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(xiàn) 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(guān)系:1KW=1000W （4）物理意義：功率是表示做功快慢的物理量 1．一臺機器用2分鐘時間做了6104 J的功，這臺機器的功率是多少？ 2．關(guān)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 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.它表示時間t內(nèi)的平均功率，只有當(dāng)物體勻速運動時，才等于瞬時功率. c.因為功W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，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、α與P的同時性. b.當(dāng)F為合外力時，P為合外力做功的功率；當(dāng)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(xiàn)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(guān)系 關(guān)于公式P=FV ①當(dāng)功率P一定時，牽引力F和v之間有什么關(guān)系？ ②當(dāng)速度v一定時，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，功率P和速度v之間有什么關(guān)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(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(yīng)該換檔還是應(yīng)該“加油”（專業(yè)用語，“增大油門” 的意思）？為什么？ 開拓視野：認(rèn)識一些常見機械做功功率 ①汽車發(fā)動機：5104～15104 W ②摩托車約2103 W ③噴氣客機約2108 W ④火箭的發(fā)動機約11013W ⑤人的平均功率約1102 W，優(yōu)秀運動員短時間內(nèi)的功率可達1 000 W ⑥人心臟跳動的功率1.5 W左右 ⑦萬噸巨輪106 W以上 ⑧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(chǎn)生什么后果呢？汽車超負(fù)荷運轉(zhuǎn)會產(chǎn)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(fù)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(fù)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(shù)十倍．在5 000米的長跑運動中，運動員不可能長時間超負(fù)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(jié)： 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(biāo)稱值，額定功率是動力機械重要的性能指標(biāo)，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(fù)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(biāo)有這臺機器的額定功率，請同學(xué)將家里的電器設(shè)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(zhì)量m＝5 kg，在F＝10 N的水平拉力作用下從靜止開始向右運動，位移為s＝36 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g＝10 m/s2) (1)水平面光滑； (2)物體與水平面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.15. 解析：方法一：可分為三個階段：第一步讓學(xué)生計算力F在36 m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)計算這兩次做功所用的時間．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始運動，運動時間t＝3 s，求： (1)力F在t＝3 s內(nèi)對物體所做的功； (2)力F在t＝3 s內(nèi)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(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可用來求解平均功率，而P＝Fv也可用來求解瞬時功率． 4．要會用P＝Fv分析汽車的兩種啟動過程． 布置作業(yè) 1．教材“問題與練習(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間的比值． 2．表達式：P＝，變形式：P＝Fv. 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(guān)系 P＝Fv. 關(guān)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(shè)P＝12 W　f＝2 N　m＝2 kg 既然是小車啟動，汽車速度應(yīng)從零開始增大，在下表中再設(shè)定幾個汽車的速度數(shù)值，讓學(xué)生按照題意填寫各個速度數(shù)值所對應(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，請學(xué)生自己小結(jié)表格中數(shù)據(jù)所蘊涵的物理意義．此時學(xué)生思維活躍，各抒己見，最后學(xué)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?。? (3)汽車速度不斷增大時加速度不斷減?。? (4)當(dāng)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＝Fv＝fvmax，vmax＝P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(xué)生根據(jù)剛才小結(jié)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(xí)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(zhì)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(shè)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(shè)定P額＝12 W　f＝2 N　m＝2 kg　a＝2 m/s2 再設(shè)定幾個汽車的速度數(shù)值，讓學(xué)生按照題意填寫各個速度數(shù)值所對應(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)生填寫的表格可能有分歧，見表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，符合實際情況的．接著請學(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)所蘊涵的物理意義．經(jīng)過幾番爭論，最后學(xué)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(dāng)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： ①當(dāng)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． ②汽車速度不斷增大時牽引力不斷減?。? ③汽車速度不斷增大時加速度不斷減?。? ④當(dāng)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(xué)生根據(jù)剛才小結(jié)出的幾點規(guī)律定性地作出速度—時間圖象． （1）當(dāng)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(xí)2： 質(zhì)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(xí)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(guān) 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(dāng)牽引力等于阻力時，航速最大 3．設(shè)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 4．M＝2 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(dāng)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.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．