2024-2025學(xué)年新教材高中物理第八章機(jī)械能守恒定律1功與功率教案新人教版必修2

PAGE13-功與功率教學(xué)目標(biāo)核心素養(yǎng)物理觀念：理解功的定義及做功的必要因素，理解求功公式中各物理量的含義；物理觀念：理解功率的定義及功率的計(jì)算，理解求公式中各物理量的含義；科學(xué)思維：會(huì)推導(dǎo)功和功率的計(jì)算公式，理解推導(dǎo)論證過(guò)程；科學(xué)探究：通過(guò)演示和事例，學(xué)會(huì)探究功的來(lái)歷，培育學(xué)習(xí)愛(ài)好。教學(xué)重點(diǎn)1.功率概念、物理意義的理解；2.的理解及功率的計(jì)算3.機(jī)車啟動(dòng)的兩種類型功率的相關(guān)問(wèn)題教學(xué)難點(diǎn)1.平均功率和瞬時(shí)功率的理解與計(jì)算2.機(jī)車啟動(dòng)兩種類型的相關(guān)問(wèn)題3.瞬時(shí)功率和瞬時(shí)加速度的求解高考考點(diǎn)課型新授教具教法教學(xué)過(guò)程教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動(dòng)預(yù)設(shè)學(xué)生活動(dòng)預(yù)設(shè)復(fù)習(xí)：1．怎樣計(jì)算功（），影響做功的因素有哪些。2．正負(fù)功的理解3．依據(jù)現(xiàn)有學(xué)問(wèn)如何計(jì)算變力做功。問(wèn)題引入：1．起重機(jī)在1min內(nèi)將1T的物體勻速提升10m2．起重機(jī)在2min內(nèi)將1T的物體勻速提升10m3．起重機(jī)在2min內(nèi)將1T 的物體提升5m①三臺(tái)起重機(jī)各做了多少功？②誰(shuí)做的功快？①W相同，可用時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)判定②t相同，可用做功的多少來(lái)判定③若t、W均不同，怎樣比較呢？學(xué)生思索回答學(xué)生計(jì)算得出，描述物體做功快慢的三種方法。教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動(dòng)預(yù)設(shè)學(xué)生活動(dòng)預(yù)設(shè)引入描述物體做功快慢的物理量——功率一、功率1．物理意義：描述物體做功快慢的物理量。2．定義：一個(gè)力做的功W跟完成這些功所用時(shí)間之比稱為功率，符號(hào)“P”表示。3．定義式：①4．單位：“瓦特”，簡(jiǎn)稱“瓦”由定義式分析單位間的關(guān)系：1W=1J/s常用單位：KW1KW=1000W例1：關(guān)于功率的概念，以下說(shuō)法正確的是（）A．功率大說(shuō)明物體做功多B．功率小的說(shuō)明物體做功少C．機(jī)器做功越多，其功率越大D．機(jī)器做功越快，功率越大二、平均功率和瞬時(shí)功率P表示力F在時(shí)間t內(nèi)做功的平均值，并不能精確描述在某一時(shí)刻物體做功的快慢，所以一般稱為平均功率。1．平均功率：描述物體（力）在一段時(shí)間內(nèi)做功的平均快慢。為精確描述，可由①式變形得②2．瞬時(shí)功率：表示物體（力）在某時(shí)刻做功的快慢對(duì)②式的說(shuō)明：當(dāng)v為平均值時(shí)，P為平均功率；當(dāng)v為瞬時(shí)值時(shí)，P為瞬時(shí)功率例1．關(guān)于功率的概念，以下說(shuō)法正確的是（）A．功率大說(shuō)明物體做功多B．功率小的說(shuō)明物體做功少C．機(jī)器做功越多，其功率越大D．機(jī)器做功越快，功率越大例2．在光滑水平面上，一個(gè)物體在水平恒力F作用下從靜止起先加速運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間t，末速度為v.求：①在t時(shí)間內(nèi)力F的功率；②在t時(shí)刻力F的功率.強(qiáng)調(diào)：功率表示的是物體做功的快慢，而不是做功的多少，功率大，做功不肯定多，反之亦然.引導(dǎo)學(xué)生分析表達(dá)式，引入平均功率和瞬時(shí)功率教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動(dòng)預(yù)設(shè)學(xué)生活動(dòng)預(yù)設(shè)解：①設(shè)物體在是時(shí)間t內(nèi)發(fā)生的位移為l，力F的功率為。物體在t時(shí)間內(nèi)的位移做的功在t時(shí)間內(nèi)力F的功率為②t時(shí)刻的功率為瞬時(shí)功率理解：①既適用于勻速運(yùn)動(dòng)，也適用于變速運(yùn)動(dòng)。②求解功率時(shí)要明確是某個(gè)力的功率還是合力的功率；平均功率與一段時(shí)間或位移相對(duì)應(yīng)，求平均功率需明確是哪段時(shí)間內(nèi)的平均功率，選擇合適的計(jì)算公式；瞬時(shí)功率與某一時(shí)刻或位置相對(duì)應(yīng)，求瞬時(shí)功率需明確是哪一時(shí)刻或哪一位置，選擇合適計(jì)算公式。③P是衡量機(jī)器性能的重要指標(biāo)，若是汽車的功率，表達(dá)式中的F指的是機(jī)車的牽引力；若是起重機(jī)的功率，F(xiàn)指的是起重機(jī)鋼絲繩的拉力。④對(duì)表達(dá)式中各量的關(guān)系：當(dāng)P肯定時(shí)，；當(dāng)v肯定時(shí)，；當(dāng)F肯定時(shí)，例．汽車上坡時(shí)，司機(jī)一般都將變速擋位換到低速擋位上，這樣做主要是為了（C）A.節(jié)約燃料B.使汽車獲得較大的功率C.使汽車獲得較大的牽引力D.避開(kāi)因車速過(guò)大而發(fā)生危急練1：某人用同一水平力F先后兩次拉同一物體，第一次使此物體從靜止起先在光滑水平面上前進(jìn)l距離，其次次使此物體從靜止起先在粗糙水平面上前進(jìn)l距離.若先后兩次拉力做的功分別為W1和W2，拉力做功的平均功率分別為P1和P2，則(B)學(xué)生完成，相互訂正，老師點(diǎn)評(píng)反饋。學(xué)生要體會(huì)三者間的確定關(guān)系，不要混淆。完成教材P77思索與探討教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動(dòng)預(yù)設(shè)學(xué)生活動(dòng)預(yù)設(shè)A.W1＝W2，P1＝P2B.W1＝W2，P1＞P2C.W1＞W(wǎng)2，P1＞P2D.W1＞W(wǎng)2，P1＝P22.關(guān)于功率公式和P=Fv的說(shuō)法正確的是（D）A．由知，只要知道W和t就可求出任一時(shí)刻的功率.B．由P=Fv只能求某一時(shí)刻的瞬時(shí)功率C．由P=Fv可知，汽車的功率和它的速度成正比D．由P=Fv可知，當(dāng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)功率肯定時(shí)，牽引力與速度成反比3．起重機(jī)的鋼繩吊著物體由靜止起先豎直向上運(yùn)動(dòng)，先以加速度a（a＜g）加速運(yùn)動(dòng)再勻速運(yùn)動(dòng)，最終減速運(yùn)動(dòng)到靜止，則關(guān)于各段運(yùn)動(dòng)中繩的拉力的平均功率，下列說(shuō)法中正確的是（BC）A.第一段平均功率最大B.其次段平均功率最大C.第三段平均功率最小D.第一段平均功率最小4．飛行員進(jìn)行素養(yǎng)訓(xùn)練時(shí)，抓住秋千桿由水平狀態(tài)起先下擺，到達(dá)豎直狀態(tài)的過(guò)程，如圖11所示，飛行員受重力的瞬時(shí)功率改變狀況是(C)A.始終增大 B.始終減小C.先增大后減小 D.先減小后增大5．在F＝6N的水平力作用下，質(zhì)量m＝3kg的物體在光滑水平面上由靜止起先運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間t＝3s.求：①力F在前3s內(nèi)對(duì)物體做的功；②力F在前3s內(nèi)對(duì)物體做功的平均功率；③在3s末力F對(duì)物體做功的瞬時(shí)功率.解①設(shè)物體的加速度為a，由得：加速度則物體在3s末的速度物體在3s內(nèi)的位移教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動(dòng)預(yù)設(shè)學(xué)生活動(dòng)預(yù)設(shè)力F在前3s內(nèi)對(duì)物體做的功.②力F在前3s內(nèi)的平均功率③3s末力F的瞬時(shí)功率例2．一起重機(jī)吊起一質(zhì)量m=2kg的貨物，使其從靜止起先豎直勻加速上升，經(jīng)2s貨物的速度達(dá)到5m/s，則起重機(jī)在這2s起吊貨物的平均功率是多大？（g=10m/s2）解：2s內(nèi)物體的位移設(shè)牽引力F，上升的加速度為a，由得a=2.5m/s2由牛頓其次定律得：平均功率法2：2s內(nèi)起重機(jī)做功平均功率練．如圖示，質(zhì)量為m＝2kg的木塊在傾角θ＝37°足夠長(zhǎng)的斜面上由靜止起先下滑，木塊求：①前2s內(nèi)重力做的功；②前2s內(nèi)重力的平均功率；③2s末重力的瞬時(shí)功率.解析①設(shè)木塊下滑的加速度為a，由牛頓其次定律得：代入數(shù)據(jù)得前2s內(nèi)木塊的位移重力在前2s內(nèi)做的功②重力在前2s內(nèi)的平均功率為；教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動(dòng)預(yù)設(shè)學(xué)生活動(dòng)預(yù)設(shè)③木塊在2s末的速度2s末重力的瞬時(shí)功率為三、額定功率與實(shí)際功率1．額定功率：指電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等動(dòng)力機(jī)械在長(zhǎng)時(shí)間正常工作時(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：指電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等動(dòng)力機(jī)械在工作中實(shí)際輸出的功率。3．關(guān)系實(shí)際功率不肯定總等于額定功率，通常狀況下實(shí)際功率都比額定功率小，但在須要時(shí)，實(shí)際功率可以短時(shí)間內(nèi)大于額定功率。例．列車提速的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題是提高機(jī)車發(fā)動(dòng)機(jī)的功率.已知?jiǎng)蛩龠\(yùn)動(dòng)時(shí)，列車所受阻力與速度的平方成正比，即Ff＝kv2.設(shè)提速前勻速運(yùn)動(dòng)速度為180km/h，提速后勻速運(yùn)動(dòng)速度為240km/h，則提速前與提速后機(jī)車發(fā)動(dòng)機(jī)的功率之比為(C)A.eq\f(3,4)B.eq\f(9,16)C.eq\f(27,64)D.eq\f(81,256)四、機(jī)車啟動(dòng)問(wèn)題機(jī)車啟動(dòng)方式有兩種，一是以恒定功率啟動(dòng)，二是以恒定加速度啟動(dòng)。1.恒定功率啟動(dòng)⑴由靜止啟動(dòng)，運(yùn)動(dòng)中各量（牽引力F，加速度a，速度v）改變狀況因v↑，由當(dāng)時(shí)，。v達(dá)到最大值vm，保持vm做勻速直線運(yùn)動(dòng)加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)勻速直線運(yùn)動(dòng)結(jié)合理論探討汽車爬坡的方法（增大功率；換抵抗）教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動(dòng)預(yù)設(shè)學(xué)生活動(dòng)預(yù)設(shè)⑵v-t圖象和P-t圖象ttvvm0t0ABtP0⑶留意事項(xiàng)①公式中的F指的是機(jī)車的牽引力，不是機(jī)車受到的合外力。②機(jī)車以額定功率勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)速度最大，此時(shí)牽引力F等于阻力f，故得求解最大速度的方法為：③只有機(jī)車在水平路面上勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，牽引力F才等于它受到的阻力f。例1．質(zhì)量為2t的汽車，發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率為30kW，在水平路面上能以15m/s的最大速度勻速行駛，則汽車在該水平路面行駛時(shí)所受的阻力為(A)A.2×103N B.3×103NC.5×103ND.6×103N練1．質(zhì)量為m的汽車行駛在平直馬路上，在運(yùn)動(dòng)中所受阻力不變，當(dāng)汽車的加速度為a，速度為v時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率為P1；當(dāng)功率為P2時(shí)，汽車行駛的最大速度為（B）A．B．C．D．練2．如圖所示，為轎車中的手動(dòng)變速桿，若保持發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率不變，將變速桿推至不同擋位，可獲得不同的運(yùn)行速度，從“1”～“5”擋速度增大，R是倒車擋.某型號(hào)轎車發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率為60kW，在水平路面上行駛的最大速度可達(dá)180km/h.假設(shè)該轎車在水平路面上行駛時(shí)所受阻力恒定，則該轎車(AC)A.以最大牽引力爬坡，變速桿應(yīng)推至“1”擋結(jié)合圖像分析各量的改變狀況，利與理解。教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動(dòng)預(yù)設(shè)學(xué)生活動(dòng)預(yù)設(shè)B.以最大牽引力爬坡，變速桿應(yīng)推至“5”擋C.以額定功率在水平路面上以最大速度勻速行駛時(shí)，其牽引力為1200ND.以54km/h的速度在水平路面上勻速行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率為60kW例2．質(zhì)量為m的汽車，啟動(dòng)后沿平直路面行駛，若發(fā)動(dòng)機(jī)的功率恒為P，且行駛過(guò)程中受到的摩擦阻力恒定，汽車速度能夠達(dá)到的最大值為v，那么當(dāng)汽車的車速為v/4時(shí)，汽車的瞬時(shí)加速度的大小為多少？解：設(shè)阻力為f，車速為v/4時(shí)牽引力F，由題意得：①②由牛頓其次定律得：帶入數(shù)據(jù)得：總結(jié)瞬時(shí)加速度的求法：先依據(jù)求出牽引力，再依據(jù)牛頓其次定律得加速度練1．一汽車以額定功率P0=100kW起動(dòng)，質(zhì)量為m=1.0×104kg，設(shè)阻力恒為車重的0.1倍，取g=10m/s2.求：⑴汽車所能達(dá)到的最大速度vm解：設(shè)汽車受到的阻力為由得：⑵當(dāng)速度v=1m/s時(shí)，汽車的加速度為多少？解：設(shè)速度v=1m/s時(shí)牽引力為F1，加速度為a0由得：1.0×105N由牛頓其次定律：明確瞬時(shí)加速度的求解方法。教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動(dòng)預(yù)設(shè)學(xué)生活動(dòng)預(yù)設(shè)得：代入數(shù)據(jù)得a0=9m/s2⑶當(dāng)加速度a=4m/s2時(shí)，汽車的速度為多少？設(shè)此時(shí)牽引力為F2，由牛頓其次定律得：代入數(shù)據(jù)得：F1=5.0×104N⑷若從起先起動(dòng)經(jīng)過(guò)時(shí)間t=20s、通過(guò)的位移x=150m時(shí)達(dá)到最大速度，則這一過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)的牽引力做功多少？解：設(shè)做功為W，（動(dòng)能定理或功能關(guān)系）2.0×106W練2．一輛汽車沿一略微傾斜的坡路運(yùn)動(dòng)，若保持發(fā)動(dòng)機(jī)的功率不變，它能以v1的速度勻速上坡，能以v2的速度勻速下坡．求它在相同粗糙程度的水平路面上勻速運(yùn)動(dòng)的速度。解：設(shè)上坡時(shí)的牽引力為F1，重力沿斜面對(duì)下的分力F，摩擦力為f，則有：

下坡時(shí)的牽引力為F2，則有：由以上兩式得阻力，因?yàn)樯舷缕聲r(shí)坡度特別小，所以上下坡的摩擦力和相同粗糙程度的水平面上的摩擦力相同，則當(dāng)在水平路面上勻速行駛時(shí)，摩擦力等于牽引力，設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)功率為P，水平路面上勻速行駛的速度為v3，得：上坡時(shí)有：下坡時(shí)有：聯(lián)立以上三式得：2．恒定加速度啟動(dòng)（起先功率P0＜P額）⑴運(yùn)動(dòng)中各量（功率P、牽引力F、加速度a、速度v）改變狀況：學(xué)生練習(xí)本上完成，投影展示反饋教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動(dòng)預(yù)設(shè)學(xué)生活動(dòng)預(yù)設(shè)a=，得v↑P↑=Fv↑P=P額，速度v1，a≠0v↑Fx=P額/v↑a=0時(shí)，F(xiàn)=f，v達(dá)到vm此后保持vm勻速運(yùn)動(dòng)勻加速直線運(yùn)動(dòng)加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)勻速直線運(yùn)動(dòng)⑵v-t圖象和P-t圖像ttvvm0t2t1v1ABCtP0結(jié)合運(yùn)動(dòng)特征，做出三個(gè)過(guò)程，留意強(qiáng)調(diào)勻加速過(guò)程中的最大速度和運(yùn)動(dòng)中的最大速度的區(qū)分。說(shuō)明：對(duì)于同一輛機(jī)車，以兩種不同的方式在同一種路面上啟動(dòng)，最終達(dá)到的速度是相同的例1．假設(shè)列車從靜止起先做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)500m的路程后，速度達(dá)到360km/h.整列列車的質(zhì)量為1×105kg，假如不計(jì)阻力，在勻加速階段，牽引力的最大功率是(B)A.4.67×106kW B.1×105kWC.1×108kW D.4.67×109kWPF例2．一輛汽車在平直馬路上運(yùn)行，起動(dòng)階段轎車牽引力保持不變，而后以額定功率接著行駛，經(jīng)過(guò)肯定時(shí)間，其速度由零增大到最大值vm，若所受阻力恒為f.則關(guān)于轎車的速度v、牽引力F、功率P的圖象正確的是（BCDPF練1.如圖所示是汽車在平直馬路上起動(dòng)的速度－時(shí)間圖象，從t1時(shí)刻起汽車的功率保持不變，由圖象可知（）A.0～t1時(shí)間內(nèi)，汽車的牽引力增大，加速度增大，功率不變B.0～t1時(shí)間內(nèi)，汽車的牽引力不變，加速度不變，功率增大練1.如圖所示是汽車在平直馬路上起動(dòng)的速度－時(shí)間圖象，從t1時(shí)刻起汽車的功率保持不變，由圖象可知（BC）向?qū)W生明確：機(jī)車以恒定加速度啟動(dòng)時(shí)，勻加速結(jié)束時(shí)的速度沒(méi)有達(dá)到最終勻速時(shí)的速度vm。教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動(dòng)預(yù)設(shè)學(xué)生活動(dòng)預(yù)設(shè)A.0～t1時(shí)間內(nèi)，汽車的牽引力增大，加速度增大，功率不變B.0～t1時(shí)間內(nèi)，汽車的牽引力不