物理疑難教學(xué)問(wèn)題創(chuàng)新解決方案

1、巧用自制教具“功率綜合實(shí)驗(yàn)儀”，精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，有效突破教學(xué)難點(diǎn) 物理疑難教學(xué)問(wèn)題創(chuàng)新解決方案 廣東東莞 劉志敏課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)“功率”的要求是：理解功率。關(guān)心生活和生產(chǎn)中常見(jiàn)機(jī)械功率的大小及其意義。的確“功率”在生活和生產(chǎn)中有著極其廣泛的應(yīng)用，雖然在初中已經(jīng)學(xué)過(guò)，但高中教材對(duì)功率的更廣泛意義、瞬時(shí)功率等方面進(jìn)行了拓展和加深。功率表示做功的快慢，而做功是能量轉(zhuǎn)化的量度，所以功率更廣泛的實(shí)際意義是能量轉(zhuǎn)化快慢的量度，因此，功率是反映所有做功物體做功性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。這樣，功率就不僅僅局限在力學(xué)中，它像能量一樣，滲透到了物理學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，乃至于成為物理學(xué)與其它學(xué)科對(duì)話的一條管道。因此，“功率”是高中物理

2、非常重要的教學(xué)內(nèi)容。 為突破“功率”教學(xué)的一些難點(diǎn)問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑、驗(yàn)證意識(shí)和實(shí)驗(yàn)探究能力，我們自制了“功率綜合實(shí)驗(yàn)儀”，巧妙設(shè)計(jì)了以下實(shí)驗(yàn)。分別控制做功和做功時(shí)間相同 實(shí)驗(yàn)一：1號(hào)起重機(jī)和2號(hào)起重機(jī)做功快慢的兩次對(duì)比實(shí)驗(yàn)。幫助學(xué)生形成感性認(rèn)識(shí)，為建立功率的概念做好鋪墊。實(shí)驗(yàn)二：定性探究“功率一定時(shí)，速度小，牽引力就大。” 高速檔不能提起的重物低速檔能提起1號(hào)起重機(jī)是一臺(tái)同步電機(jī)，正常工作時(shí)轉(zhuǎn)速是恒定的，最大輸出功率也是一定的，在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸上套了大小不同的三個(gè)輪，根據(jù)v=2Rn，當(dāng)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，大輪轉(zhuǎn)動(dòng)半徑大，線速度也大，相當(dāng)于高速檔，小輪轉(zhuǎn)動(dòng)半徑小，線速度也小，相當(dāng)于低速檔。有一大瓶

3、礦泉水，先套在大輪邊緣上來(lái)拉拉看，發(fā)現(xiàn)拉不動(dòng)，牽引力不夠。再套在小輪邊緣上來(lái)拉拉看，果真拉了起來(lái)！這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象很好地說(shuō)明了低速檔產(chǎn)生的最大牽引力比高速檔大！遷移到汽車(chē)爬坡時(shí)的換擋的問(wèn)題，就不難理解為什么爬陡坡時(shí)要用低速檔了。實(shí)驗(yàn)三：定量探究“功率一定時(shí)，牽引力與速度成反比?！睆腜=Fv這個(gè)公式可以看出,當(dāng)功率一定時(shí)，牽引力F和速度v成反比。是不是真的牽引力F和速度v會(huì)成反比呢？還是用這臺(tái)電動(dòng)機(jī)來(lái)進(jìn)行定量探究：這臺(tái)電動(dòng)機(jī)銘牌上標(biāo)示額定轉(zhuǎn)速是5r/min，而可以測(cè)出這三個(gè)輪的半徑分別是：2.5cm，3.9cm，和4.7cm，根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)的線速度公式v=2Rn，可以算出三個(gè)輪正常工作時(shí)的線速度分別是

4、：1.31×10-2m/s，2.04×10-2m/s和2.46×10-2m/s 。將這些數(shù)據(jù)記錄在EXCEL表格中。 F與v的乘積與額度功率比較怎么保證功率P一定呢？因?yàn)槠鹬貦C(jī)工作時(shí)最大輸出功率是一定的，所以三個(gè)輪邊產(chǎn)生最大拉力時(shí)輸出功率就是最大輸出功率，是相同的?，F(xiàn)在分別來(lái)測(cè)三個(gè)輪邊產(chǎn)生的最大拉力（能拉起的最重重物的重力），并記錄在實(shí)驗(yàn)表格中。發(fā)現(xiàn)F與v的乘積在誤差范圍內(nèi)相等！說(shuō)明的確當(dāng)功率一定時(shí)，牽引力F和速度v成反比。 P、F、v三者關(guān)系的深入領(lǐng)悟顯然是高中“功率”教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。 而對(duì)功率的導(dǎo)出式P=Fv學(xué)生缺乏感性認(rèn)識(shí)，難以深入領(lǐng)悟。下面，我通過(guò)一個(gè)原

5、創(chuàng)實(shí)驗(yàn)對(duì)這一重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行有效突破。（以下是實(shí)驗(yàn)二和實(shí)驗(yàn)三對(duì)應(yīng)的教學(xué)片段）同學(xué)們，P=Fv（板書(shū)）在生產(chǎn)和生活中有廣泛的應(yīng)用！我們來(lái)分析這樣一個(gè)問(wèn)題（展示圖片）：一輛汽車(chē)要上一條很長(zhǎng)、很陡的坡，你認(rèn)為要用高速檔還是低速檔呢？我們來(lái)分析一下：汽車(chē)上陡坡時(shí)需要大的牽引力，而汽車(chē)所能輸出的最大功率P是一個(gè)定值，要獲得大的牽引力F（板書(shū)），速度就要小，所以要用低速檔。那么是不是真的速度小了牽引力就會(huì)大呢？實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)真理的標(biāo)準(zhǔn)。老師這里有一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，這是一臺(tái)同步電機(jī)，正常工作時(shí)轉(zhuǎn)速是恒定的，最大輸出功率也是一定的，現(xiàn)在我在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸上套了大小不同的三個(gè)輪，根據(jù)v=2Rn，(副板書(shū))，當(dāng)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)

6、時(shí)，大輪轉(zhuǎn)動(dòng)半徑大，線速度也大，相當(dāng)于高速檔，小輪轉(zhuǎn)動(dòng)半徑小，線速度也小，相當(dāng)于低速檔。那么是不是小輪上產(chǎn)生的牽引力真的會(huì)大些呢？這里有一大瓶礦泉水，先套在大輪邊緣上來(lái)拉拉看，發(fā)現(xiàn)拉不動(dòng)，牽引力不夠。再套在小輪邊緣上來(lái)拉拉看，果真拉了起來(lái)！也就是說(shuō)，低速檔產(chǎn)生的最大牽引力果真比高速檔大！遷移到汽車(chē)爬坡時(shí)的換擋的問(wèn)題，就不難理解為什么爬陡坡時(shí)要用低速檔了。我們?cè)賮?lái)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)P=Fv，從這個(gè)公式我們可以看出,當(dāng)功率一定時(shí)，牽引力F和速度v成反比。是不是真的會(huì)成反比呢？現(xiàn)在我們還是用這臺(tái)電動(dòng)機(jī)來(lái)進(jìn)行定量探究：（板書(shū)）這臺(tái)電動(dòng)機(jī)銘牌上標(biāo)示額定轉(zhuǎn)速是5r/min，而我已經(jīng)測(cè)出這三個(gè)輪的半徑分別是：這些值

7、，根據(jù)v=2Rn，可以算出三個(gè)輪正常工作時(shí)的線速度分別是：這些值。將這些數(shù)據(jù)記錄在EXCEL表格中。 P、F、v三者關(guān)系探究實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表次數(shù)R/mv /m/sFFv123怎么保證功率P一定呢？因?yàn)槠鹬貦C(jī)工作時(shí)最大輸出功率是一定的，那么三個(gè)輪邊產(chǎn)生最大拉力時(shí)電機(jī)的輸出功率就是最大輸出功率，是一定值！現(xiàn)在我們分別來(lái)測(cè)三個(gè)輪邊產(chǎn)生的最大拉力（能拉起重物的最大重力），并記錄在實(shí)驗(yàn)表格中。我們先來(lái)測(cè)一下大輪邊緣所能產(chǎn)生的最大拉力，剛才我們看到大輪拉不動(dòng)這么重的水，現(xiàn)在我倒掉一點(diǎn)，好了，看看這會(huì)兒能不能拉動(dòng)，開(kāi)啟電機(jī)（讓它順時(shí)針轉(zhuǎn)），拉起來(lái)啦！注意觀察結(jié)點(diǎn)，唉伊，結(jié)點(diǎn)觸碰輪邊重物就開(kāi)始掉下！此時(shí)，重物的

8、重量等于大輪邊緣所能產(chǎn)生的最大拉力，同學(xué)們思考一下這是為什么？我先來(lái)測(cè)一下這個(gè)重量，1.15千克力，我們記在EXCEL表格中，它會(huì)自動(dòng)算出對(duì)應(yīng)的拉力?，F(xiàn)在我們來(lái)測(cè)中輪邊緣所能產(chǎn)生的最大拉力，當(dāng)然會(huì)更大些，我加些水，好了，開(kāi)啟電機(jī)（讓它順時(shí)針轉(zhuǎn)）。我們還是要看這個(gè)結(jié)點(diǎn)，唉伊，結(jié)點(diǎn)一觸碰輪邊重物就掉下來(lái)，說(shuō)明這就是我們要的最大重量，因?yàn)樗|碰輪邊后半徑略有增大，線速度略有增大，所能產(chǎn)生的最大拉力就略有減小，重物就恰好掉落！測(cè)一下這個(gè)重量，1.38千克力，我們記下了。最后我們來(lái)測(cè)小輪邊緣所能產(chǎn)生的最大拉力，當(dāng)然會(huì)更大，我再加些水，好了，開(kāi)啟電機(jī)（讓它順時(shí)針轉(zhuǎn)），還是注意觀察結(jié)點(diǎn)，唉伊，結(jié)點(diǎn)觸碰輪邊重

9、物還沒(méi)掉下來(lái)，看來(lái)我們還要加點(diǎn)水（用注射器加）。好了，再開(kāi)啟電機(jī)（讓它順時(shí)針轉(zhuǎn)），觀察結(jié)點(diǎn)，唉伊，掉下來(lái)了！這就是我們要的最大重量，測(cè)一下這個(gè)重量，2.13千克力，我們記下了。好了，實(shí)驗(yàn)做完了！從以上數(shù)據(jù)怎么判斷F與v是否成反比呢？我們來(lái)看F與v的乘積，發(fā)現(xiàn)它們?cè)趯?shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)相等，大約是。！說(shuō)明的確當(dāng)功率一定時(shí)，牽引力F和速度v成反比。那么，F(xiàn)與v的乘積是不是會(huì)等于這臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定功率呢？我們來(lái)看一下這臺(tái)電動(dòng)機(jī)銘牌上的額定功率，發(fā)現(xiàn)居然不相等，而是大于額定功率！這是為什么呢？ 我們帶著這個(gè)疑問(wèn)進(jìn)入下一階段的學(xué)習(xí)！額定功率與實(shí)際功率可以先讓學(xué)生認(rèn)識(shí)什么是額定功率，什么是實(shí)際功率。再讓學(xué)生

10、閱讀這段教材（截取教材畫(huà)面），了解額定功率跟實(shí)際功率的關(guān)系。此時(shí)可以揭秘，原來(lái)剛才我們算出的Fv不是額定功率，而是實(shí)際功率，在特殊情況下，實(shí)際功率是可以大于額定功率的，剛才實(shí)驗(yàn)時(shí)是讓電機(jī)滿負(fù)荷拉起重物，顯然屬于特殊情況，所以實(shí)際功率Fv才大于額定功率。實(shí)驗(yàn)四：演示100W的燈泡比25W的燈泡要“暗”的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（串聯(lián)時(shí)）。引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，讓學(xué)生對(duì)額定功率和實(shí)際功率的區(qū)別產(chǎn)生深刻映像！原來(lái)額定功率大的，實(shí)際功率不一定大！實(shí)驗(yàn)五：演示100W的燈泡正常工作時(shí)比25W的燈泡要“亮”。燈泡“亮”即能量轉(zhuǎn)化“快”能量轉(zhuǎn)化的快慢不易察覺(jué)，而燈泡“亮”就是能量轉(zhuǎn)化快！讓學(xué)生通過(guò)燈泡的亮度來(lái)感受功率的大小的確與能量轉(zhuǎn)化的快慢有關(guān)，從而讓學(xué)生理解功率是能量轉(zhuǎn)化快慢的量度。 “待機(jī)功率”是指用電器停止工作但由于沒(méi)有斷開(kāi)電源所消耗的功率。如果我們沒(méi)有養(yǎng)成良好的停機(jī)斷電的習(xí)慣，會(huì)不知不覺(jué)造成能源的浪費(fèi)！下圖為課外興趣小組的同學(xué)測(cè)得的洗衣機(jī)的待機(jī)功率約為0.002kW，則一部洗衣機(jī)由于待機(jī)一天要消耗0