高中物理必修2《功率》教案
教學(xué)目標(biāo)
1、知識與技能
(1)理解功率的定義及額定功率與實際功率的定義;
(2)P=w/t，P=Fv的運用。
2、過程與方法
(1)P=w/t通常指平均功率，為瞬時功率;
(2)P=Fv，分析汽車的啟動，注意知識的遷移。
3、情感、態(tài)度與價值觀：感知功率在生活中的實際應(yīng)用，提高學(xué)習(xí)物理科學(xué)的價值觀。
教學(xué)重難點
教學(xué)重點：理解功率的概念，并靈活應(yīng)用功率的計算公式計算平均功率和瞬時功率。
教學(xué)難點：正確區(qū)分平均功率和瞬時功率所表示的物理意義，并能夠利用相關(guān)公式計算平均功率和瞬時功率。
教學(xué)工具
多媒體、板書
教學(xué)過程
一、功率、額定功率、實際功率
1.基本知識
(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，簡稱瓦，符號是W.
1 W=1 J/s,1 kW=103 W.
(5)功率有平均功率和瞬時功率之分，用公式
計算的一般是一段時間內(nèi)的平均功率.
(6)額定功率
指電動機、內(nèi)燃機等動力機械在額定轉(zhuǎn)速下可以長時間工作時的輸出功率.
(7)實際功率
指電動機、內(nèi)燃機等動力機械工作時實際消耗的功率.
實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，可以使實際功率在短時間內(nèi)大于額定功率.
2.思考判斷
(1)各種機械銘牌上所標(biāo)功率一般是指額定功率.(√)
(2)某機械工作時的實際功率一定比額定功率小.(×)
(3)機械可以在實際功率等于額定功率的情況下長時間工作.(√)
探究交流
去過泰山的同學(xué)會遇到挑山工，假設(shè)挑山工和纜車將相同的貨物運至山頂，兩者對貨物做的功相同嗎?做功的功率相同嗎?
【提示】 兩者對貨物做的功都等于克服重力做的功，由于將相同的貨物運往相同高度的山頂，因此兩者做相同的功，而用纜車運送貨物所用時間遠(yuǎn)小于挑山工的用時，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
(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械，當(dāng)發(fā)動機的功率P一定時，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時，加速度減小.(√)
探究交流
在越野比賽中，汽車爬坡時，常常換用低速擋，這是為什么?
【提示】 由P=Fv可知，汽車在上坡時需要更大的牽引力，而發(fā)動機的額定功率是一定的，換用低速擋的目的是減小速度，進而增大牽引力.
【問題導(dǎo)思】
1.什么是平均功率和瞬時功率?
2.如何求平均功率和瞬時功率?
3.P=Fv中的三個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間內(nèi)做功的平均快慢.平均功率與某一段時間(或過程)相關(guān)，計算時應(yīng)明確是哪個力在哪段時間(或過程)內(nèi)做功的功率.
2.瞬時功率
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間內(nèi)做功的快慢程度.瞬時功率與某一時刻(或狀態(tài))相關(guān)，計算時應(yīng)明確是哪個力在哪個時刻(或狀態(tài))做功的功率.
也可用于計算瞬時功率，此時時間極短，t→0，但在中學(xué)階段較少用到.
3.P=Fv中三個量的制約關(guān)系
誤區(qū)警示
1.求平均功率時必須說明是哪段時間或哪一個過程的平均功率.可由
或P=F計算.
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)：求解功率時應(yīng)該注意的問題
1.首先要明確是求哪個力的功率，是某個力的功率，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，起重機的功率是指起重機鋼絲繩拉力的功率.
2.若求瞬時功率，需明確是哪一時刻或哪一位置，再確定該時刻或該位置的速度，應(yīng)用公式P=Fv，如果F、v不同向，則投影到相同方向再計算.
四、機動車的兩種啟動方式
【問題導(dǎo)思】
1.如何分析機車恒定功率啟動時的運動性質(zhì)?
2.機車以恒定加速度啟動時，功率怎么變化?
3.如何用圖象描述兩種啟動過程?
1.分析機車以恒定功率啟動的運動過程
2.分析機車以恒定加速度啟動的運動過程
汽車先以恒定的加速度啟動，達(dá)到額定功率P額后再以恒定功率運動，因此啟動過程分為兩個階段：
誤區(qū)警示
1.在P=Fv中因為P為機車牽引力的功率，所以對應(yīng)的F是牽引力，并非合力.
例：在水平路面上運動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)求汽車在運動過程中所能達(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動，這一過程能維持多長時間?
(3)若汽車以額定功率不變從靜止啟動后，當(dāng)汽車的加速度為2 m/s2時，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)到最大速度時牽引力等于阻力.
(2)勻加速運動時牽引力恒定，且可用牛頓定律求出.
(3)勻加速運動結(jié)束時汽車達(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)：機車啟動問題的求法
1.機車的最大速度vm的求法：機車達(dá)到勻速前進時速度最大，此時牽引力F等于阻力Ff，故
五、功率問題的實際應(yīng)用
例：跳繩是一種健身運動，設(shè)某運動員的質(zhì)量為50 kg，他每分鐘跳180個，假定在每次跳躍中，腳與地面的接觸時間占跳躍一次所需時間的2/5，則該運動員跳繩時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間應(yīng)是跳躍一次時間T，而非上升過程所用時間2(t)，即要明確求的是哪段時間內(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，一個力所做的功W跟完成這些功所用時間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，符號是W。1 kW=1 000W，另外還有一個應(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)用這個公式也可以表示瞬時功率，當(dāng)△t→0。時，即表示瞬時功率。
(3)功率是描述力對物體做功快慢的物理量。
2、對額定功率和實際功率的學(xué)習(xí)
(1)額定功率：指機器正常工作時的最大輸出功率，也就是機器銘牌上的標(biāo)稱值。
(2)實際功率：指機器工作中實際輸出的功率。
3、功率與速度
根據(jù)公式P = F v
(1)當(dāng)功率P一定時，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，要增大牽引力，就要減小速度。所以汽車上坡時，司機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，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，若要保持速率不變，必須加大油門，增大發(fā)動機功率來得到較大的牽引力。
(3)當(dāng)力F一定時，功率P與速度v成正比，即速度越大，功率越大。起重機吊起同一物體時以不同的速度勻速上升，輸出的功率不等，速度越大，起重機輸出的功率越大。
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教學(xué)目標(biāo)
1、知識與技能
(1)理解功率的定義及額定功率與實際功率的定義;
(2)P=w/t，P=Fv的運用。
2、過程與方法
(1)P=w/t通常指平均功率，為瞬時功率;
(2)P=Fv，分析汽車的啟動，注意知識的遷移。
3、情感、態(tài)度與價值觀：感知功率在生活中的實際應(yīng)用，提高學(xué)習(xí)物理科學(xué)的價值觀。
教學(xué)重難點
教學(xué)重點：理解功率的概念，并靈活應(yīng)用功率的計算公式計算平均功率和瞬時功率。
教學(xué)難點：正確區(qū)分平均功率和瞬時功率所表示的物理意義，并能夠利用相關(guān)公式計算平均功率和瞬時功率。
教學(xué)工具
多媒體、板書
教學(xué)過程
一、功率、額定功率、實際功率
1.基本知識
(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，簡稱瓦，符號是W.
1 W=1 J/s,1 kW=103 W.
(5)功率有平均功率和瞬時功率之分，用公式
計算的一般是一段時間內(nèi)的平均功率.
(6)額定功率
指電動機、內(nèi)燃機等動力機械在額定轉(zhuǎn)速下可以長時間工作時的輸出功率.
(7)實際功率
指電動機、內(nèi)燃機等動力機械工作時實際消耗的功率.
實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，可以使實際功率在短時間內(nèi)大于額定功率.
2.思考判斷
(1)各種機械銘牌上所標(biāo)功率一般是指額定功率.(√)
(2)某機械工作時的實際功率一定比額定功率小.(×)
(3)機械可以在實際功率等于額定功率的情況下長時間工作.(√)
探究交流
去過泰山的同學(xué)會遇到挑山工，假設(shè)挑山工和纜車將相同的貨物運至山頂，兩者對貨物做的功相同嗎?做功的功率相同嗎?
【提示】 兩者對貨物做的功都等于克服重力做的功，由于將相同的貨物運往相同高度的山頂，因此兩者做相同的功，而用纜車運送貨物所用時間遠(yuǎn)小于挑山工的用時，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
(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械，當(dāng)發(fā)動機的功率P一定時，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時，加速度減小.(√)
探究交流
在越野比賽中，汽車爬坡時，常常換用低速擋，這是為什么?
【提示】 由P=Fv可知，汽車在上坡時需要更大的牽引力，而發(fā)動機的額定功率是一定的，換用低速擋的目的是減小速度，進而增大牽引力.
【問題導(dǎo)思】
1.什么是平均功率和瞬時功率?
2.如何求平均功率和瞬時功率?
3.P=Fv中的三個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間內(nèi)做功的平均快慢.平均功率與某一段時間(或過程)相關(guān)，計算時應(yīng)明確是哪個力在哪段時間(或過程)內(nèi)做功的功率.
2.瞬時功率
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間內(nèi)做功的快慢程度.瞬時功率與某一時刻(或狀態(tài))相關(guān)，計算時應(yīng)明確是哪個力在哪個時刻(或狀態(tài))做功的功率.
也可用于計算瞬時功率，此時時間極短，t→0，但在中學(xué)階段較少用到.
3.P=Fv中三個量的制約關(guān)系
誤區(qū)警示
1.求平均功率時必須說明是哪段時間或哪一個過程的平均功率.可由
或P=F計算.
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)：求解功率時應(yīng)該注意的問題
1.首先要明確是求哪個力的功率，是某個力的功率，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，起重機的功率是指起重機鋼絲繩拉力的功率.
2.若求瞬時功率，需明確是哪一時刻或哪一位置，再確定該時刻或該位置的速度，應(yīng)用公式P=Fv，如果F、v不同向，則投影到相同方向再計算.
四、機動車的兩種啟動方式
【問題導(dǎo)思】
1.如何分析機車恒定功率啟動時的運動性質(zhì)?
2.機車以恒定加速度啟動時，功率怎么變化?
3.如何用圖象描述兩種啟動過程?
1.分析機車以恒定功率啟動的運動過程
2.分析機車以恒定加速度啟動的運動過程
汽車先以恒定的加速度啟動，達(dá)到額定功率P額后再以恒定功率運動，因此啟動過程分為兩個階段：
誤區(qū)警示
1.在P=Fv中因為P為機車牽引力的功率，所以對應(yīng)的F是牽引力，并非合力.
例：在水平路面上運動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)求汽車在運動過程中所能達(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動，這一過程能維持多長時間?
(3)若汽車以額定功率不變從靜止啟動后，當(dāng)汽車的加速度為2 m/s2時，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)到最大速度時牽引力等于阻力.
(2)勻加速運動時牽引力恒定，且可用牛頓定律求出.
(3)勻加速運動結(jié)束時汽車達(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)：機車啟動問題的求法
1.機車的最大速度vm的求法：機車達(dá)到勻速前進時速度最大，此時牽引力F等于阻力Ff，故
五、功率問題的實際應(yīng)用
例：跳繩是一種健身運動，設(shè)某運動員的質(zhì)量為50 kg，他每分鐘跳180個，假定在每次跳躍中，腳與地面的接觸時間占跳躍一次所需時間的2/5，則該運動員跳繩時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間應(yīng)是跳躍一次時間T，而非上升過程所用時間2(t)，即要明確求的是哪段時間內(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，一個力所做的功W跟完成這些功所用時間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，符號是W。1 kW=1 000W，另外還有一個應(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)用這個公式也可以表示瞬時功率，當(dāng)△t→0。時，即表示瞬時功率。
(3)功率是描述力對物體做功快慢的物理量。
2、對額定功率和實際功率的學(xué)習(xí)
(1)額定功率：指機器正常工作時的最大輸出功率，也就是機器銘牌上的標(biāo)稱值。
(2)實際功率：指機器工作中實際輸出的功率。
3、功率與速度
根據(jù)公式P = F v
(1)當(dāng)功率P一定時，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，要增大牽引力，就要減小速度。所以汽車上坡時，司機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，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，若要保持速率不變，必須加大油門，增大發(fā)動機功率來得到較大的牽引力。
(3)當(dāng)力F一定時，功率P與速度v成正比，即速度越大，功率越大。起重機吊起同一物體時以不同的速度勻速上升，輸出的功率不等，速度越大，起重機輸出的功率越大。
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