【同步備課】2020年高中物理教學(xué)設(shè)計(新人教必修二)7.3《功率》5

第3節(jié)功率．一、功率師：還是剛才這兩臺起重機，它們對物體做功的不同之處在哪里，請大家指出來．生(同時回答)：它們做功的快慢不同．師：怎樣比較它們做功的快慢呢?生：它們完成這些功所用的時間不同，第一臺起重機做功所用時間長，我們說它做功慢；其次臺起重機做同樣的功，所用的時間短，我們說它做功快．師：這樣爭辯的前提條件是什么?生：它們做的功相同，在做功大小相同的條件下比較所用的時間，時間越短，做功越快．師：還有沒有其他的比較方法?生：假如時間相同，可以比較做功的多少．在相同的時間內(nèi)做功越多．做功越快．師：做功快慢的比較有兩種方式：一是比較完成相同的功所用的時間；另一是比較在相同的時間內(nèi)完成的功．假如時間不同，力對物體做的功也不同，那么怎樣比較力做功的快慢?生：我們可以用力對物體做的功和物體所用時間的比值來表示．師：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，則P＝w/t．那么功率的物理意義是什么?生：功率是描述力對物體做功快慢的物理量．師：上式是功率的定義式，也是功率的量度式，P與w、t間無比例關(guān)系，做功的快慢由做功的物體本身打算．依據(jù)這一公式求出的是平均功率，同時這個公式變形后給我們供應(yīng)了一種求功的方法：W＝pt．依據(jù)公式，功率的單位是什么?生1：由功率的定義式可知，功率的單位由功和時間的單位打算，功率的單位應(yīng)當(dāng)是J／s．生2：我記得學(xué)校所學(xué)的功的單位是瓦特，符號是W．師：這兩種表示方法是等效的，以后我們就用瓦特作為功率的單位，符號是w．除了瓦特這個單位之外，功率還有一些常用單位，例如千瓦(kW)，它和W之間的換算關(guān)系是1kW＝1000W．另外還有一個應(yīng)當(dāng)淘汰的常用單位馬力，1馬力＝735W．師：功率的這種定義方法叫做什么定義方法?生：比值定義法．師：我們以前學(xué)過的哪一個物理量也是用這種方法來進行定義的?生l：這樣定義的物理量格外多，例如密度的定義是質(zhì)量和體積的比值，壓強的定義是壓力和面積的比值，電阻的定義是電壓和電流的比值等等．生2：高中物理中的速度的定義是位移和時間的比值，加速度是速度變化量和時間的比值．師：某一個物理量與時間的比值叫做這個物理量的變化率，速度是位移的變化率，加速度是速度的變化率，功率應(yīng)當(dāng)叫做功的變化率．你還能不能舉出這樣的例子?生：一天內(nèi)溫度在不同時段變化的快慢是不一樣的，我們就可以用溫度的變化率來表示溫度變化的快慢．師：剛才這位同學(xué)舉的例子很好，期望同學(xué)們認真觀看，找出更多的這種表示的例子．師：公式p＝w/t是平均功率還是瞬時功率?生1：p＝w/t指平均功率．生2：我覺得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．師(微笑鼓舞)：這位同學(xué)補充得格外好．我們在什么地方也學(xué)過這種方法?生：在對速度進行定義時我們也用了這種方法，速度的定義式是v＝x／t，這個公式即可以表示平均速度，也可以表示瞬時速度，方法是當(dāng)△t→0時，公式表示的速度就是瞬時速度．師：這種方法叫做極限的方法，我們在今后學(xué)習(xí)中有很多地方要用到這種方法，期望大家認真體會．師：下面大家閱讀教材7頁“額定功率和實際功率”一段，提出問題，你對“額定功率和實際功率”是怎樣理解的?同學(xué)閱讀課本相關(guān)內(nèi)容，思考并回答老師的提問．把一枚硬幣放在書的封面上，打開書的封面形成一個斜面，并使硬幣開頭下滑，如圖5．3—1所示．認真分析一下，在下滑的過程中硬幣共受到幾個力的作用?哪些力做正功?哪些力做負功?哪些力沒有做功?假如使斜面的傾角增大，狀況會有什么變化?傾角增大時，功率是否也增大?二、額定功率和實際功率生：實際功率：指機器工作中實際輸出的功率．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．師：額定功率和實際功率的關(guān)系是什么?生：機器不肯定都在額定功率下工作．實際功率總是小于或等于額定功率．實際功率假如大于額定功率簡潔將機器損壞．師：那么在機車啟動和運行過程中，發(fā)動機的功率是指的牽引力的功率還是合外力的功率?生：應(yīng)當(dāng)是指的牽引力的功率，由于發(fā)動機是供應(yīng)牽引力的．師：在功的公式中功與力和位移有關(guān)，功率的定義式中功率與功和時間有關(guān)，那么功率和速度又有什么關(guān)系呢?大家通過幾個相關(guān)的公式來推導(dǎo)一下．三、功率和速度(同學(xué)思考老師提出的問題，推導(dǎo)功率與速度的關(guān)系式)生：依據(jù)功的計算式w＝FLcosa和功率的計算公式P＝w/t，可以得到P＝FLcosa/t，而L／t=v，所以P＝Fvcosa.師：a指的是什么?什么時候a＝0?生：a指的是受力方向和速度方向的夾角，當(dāng)力的方向和速度方向在一條直線上時，a＝0．師：我們把這個公式簡化一下，當(dāng)a＝o時P＝Fv，那么這個公式是表示的平均速度還是瞬時速度呢?生：公式p＝Fv中若v表示在時間t內(nèi)的平均速度，p就表示力F在這段時間t內(nèi)的平均功率；假如時間t取得足夠小，公式P＝Fv中的v表示某一時刻的瞬時速度時，P表示該時刻的瞬時功率．問題：汽車等交通工具在啟動和行駛過程中，其牽引力和行駛速度是怎樣變化的？請同學(xué)們閱讀教材相關(guān)內(nèi)容，用自己的話加以解釋。依據(jù)公式P=Fv：①當(dāng)功率P肯定時，F(xiàn)與v成反比，即做功的力越大，其速度就越小。當(dāng)交通工具的功率肯定時，要增大牽引力，就要減小速度。所以汽車上坡時，司機用換檔的方法減小速度來得到較大的牽引力。②當(dāng)速度v肯定時，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，必需加大油門，增大發(fā)動機功率來得到較大的牽引力。③當(dāng)力F肯定時，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。有同學(xué)認為：依據(jù)p＝Fv。，機械的功率p肯定，F(xiàn)與v成反比，那么，當(dāng)v趨于零時，F(xiàn)將趨于無窮大；當(dāng)F趨于零時，v趨于無窮大．因此，哪怕功率較小的機械，也可能獲得很大的牽引力或很大的運動速度．你對此有何看法?同學(xué)們開放爭辯，發(fā)表各自的觀點．本節(jié)敘述功率的概念、功率公式的應(yīng)用．功率的概念、功率的物理意義是本節(jié)的重點內(nèi)容，假猶如學(xué)能懂得做功快慢表示的是能量轉(zhuǎn)化的快慢，自然能感悟出功率實際上是描述能量轉(zhuǎn)化快慢的物理量．要使同學(xué)精確?????地理解公式p＝Fv的意義，要通過例題的教學(xué)，使同學(xué)會應(yīng)用基本公式進行計算，對平均功率和瞬時功率有所理解．瞬時功率的概念同學(xué)較難理解，這是難點．同學(xué)往往認為，在某瞬時物體沒有位移就沒有做功問題，更談不上功率了．假猶如學(xué)沒有生疏到功率是描述能量轉(zhuǎn)化快慢的物理量，這個難點就不易突破，因此，在前面講清楚功率的物理意義很有必要，它是理解瞬時功率概念和物理意義的基礎(chǔ)．關(guān)于發(fā)動機的額定功率與汽車的最大速率之間的關(guān)系，最好接受課后專題講座的形式進行，以便通過分析汽車由開動到勻速行駛的物理過程，使同學(xué)養(yǎng)成分析物理過程的習(xí)慣，避開簡潔地套用公式．這里可以增加一節(jié)習(xí)題課，對前三節(jié)也就是第一單元進行復(fù)習(xí)，總結(jié)這幾節(jié)的規(guī)律．關(guān)于功率的計算［例1］質(zhì)量m=3kg的物體，在水平力F=6Ｎ的作用下，在光滑水平面上從靜止開頭運動，運動時間t=3（1）力F在t=3s內(nèi)對物體所做的功。（2）力F在t=3s內(nèi)對物體所做功的平均功率。（3）在3s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，依據(jù)牛頓其次定律，可求出加速度a=EQ\F(F,m)=2m/s2，則：物體在3s末的速度v=at=6ｍ/s 物體在3s內(nèi)的位移s=at2=9m（1）力F做的功W=Fs=6×9J=54J（2）力F在3s內(nèi)的平均功率P=EQ\F(W,t)=18W（或W=18W）（3）3s末力F的瞬時功率P=Fv=6×6W=36W關(guān)于機車的啟動問題［例2］汽車發(fā)動機的額定功率為60kW，汽車質(zhì)量為5t，汽車在水平路面上行駛時，阻力是車重的0.1倍，g取10ｍ/s2，問：①汽車保持額定功率從靜止起動后能達到的最大速度是多少?②若汽車保持0.5ｍ/s2的加速度做勻加速運動，這一過程能維持多長時間?解析：①當(dāng)牽引力F大小等于阻力f時，汽車的加速度a=０，速度達到最大值vm，據(jù)公式Ｐ=Fv，可得出汽車最大速度vmP額=Fv=fvm12m/s②汽車做勻加速運動所能維持的時間應(yīng)當(dāng)從開頭到汽車達到額定功率的時候，設(shè)汽車做勻加速運動時的牽引力為F牽，阻力為f，據(jù)牛頓其次定律，有F牽=f＋ma=0.1mg＋ma=7500Ｎ當(dāng)汽車的功率增大到額定功率時，汽車做勻加速過程結(jié)束，設(shè)這時汽車的速度為v′m，據(jù)功率公式P=Fv得：8m/s設(shè)汽車能維持勻加速運動的時間為t0，則：vm′=at0得：t0=vm′/a=16s_學(xué)生活動作業(yè)教材第10頁“問題與練習(xí)”．