2019-2020年高中物理 功率教案 新人教版必修2.doc
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2019-2020年高中物理 功率教案 新人教版必修2.doc
2019-2020年高中物理 功率教案 新人教版必修2
一、教學目標
1.理解功率的概念:
(1)知道功率是表示做功快慢的物理量。
(2)知道功率的定義和定義式P=W/t;知道在國際單位制中,功率的單位是瓦特(W)。
(3)知道公式P=Fv的物理意義。
2.掌握功率的計算:
(1)能夠用公式P=W/t解答有關的問題。 (2)能夠用公式P=Fv解答有關的問題。
二、重點、難點分析
1.功率的概念、功率的物理意義是本節(jié)的重點內容,如果學生能懂得做功快慢表示的是能量轉化的快慢,自然能感悟出功率實際上是描述能量轉化快慢的物理量。
2.瞬時功率的概念學生較難理解,這是難點。學生往往認為,在某瞬時物體沒有位移就沒有做功問題,更談不上功率了。如果學生沒有認識到功率是描述能量轉化快慢的物理量,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。
三、主要教學過程
(一)引入課題
首先以提問方式復習上一節(jié)所學習的主要內容,重點是功的概念和功的物理意義。
然后提出力對物體做功的實際問題中,有做功快慢之分,物理學中又是如何來描述的?這節(jié)課我們就來研究這個問題。
(二)教學過程設計
1.功率
初中同學們學習過功率的有關知識,都知道功率是用來描述力做功快慢的物理量。我們一起討論一些問題。
力F1對甲物體做功為W1,所用時間為t1;力F2對乙物體做功為W2,所用時間為t2,在下列條件下,哪個力做功快?
A.W1=W2,t1>t2;
B.W1=W2,t1<t2;
C.W1>W(wǎng)2,t1=t2;
D.W1<W2,t1=t2。
上述條件下,哪個力做功快的問題學生都能作出判斷,其實都是根據(jù)W/t這一比值進行分析判斷的。讓學生把這個意思說出來,然后總結并板書如下:
功率是描述做功快慢的物理量。
功和完成這些功所用的時間之比,叫做功率。如果用W表示功,t
明確告訴學生上式即為功率的定義式,然后說明P的單位,W用J、t用s作單位,P的單位為J/s,稱為瓦特,符號為W。最后分析并說明功率是標量。
接下來著重說明,功率的大小與單位時間內力所做的功為等值。
至此,再將功的定義式與速度v的定義式作類比,使學生理解,雖然研究的是不同性質的問題,但是研究方法是相同的(同時也為后面講瞬時功率做了些準備)。然后提出問題,與學生一起討論功率的物理意義。
上一節(jié)我們講了功的概念、功的公式之后,經(jīng)過分析和討論,對功的物理意義已有所了解。誰能復述一下?
在學生說出做功過程是能量轉化過程之后,立即啟發(fā):那么做功快慢恰能表明能量轉化的快慢嗎?因此,應該將功率理解為是描述做功過程中能量轉化快慢的物理量,并將這一認識進行板書。
2.平均功率與瞬時功率
舉例一個質量是1.0kg的物體,從地面上方20m高處開始做自由落體運動,第1s時間內下落的位移是多少?(與學生一塊算出是5m,g取10m/s2)這1s內重力對物體做多少功?(與學生一起算出W1=50J)第2s時間內物體下落的位移是多少?(15m)這1s內重力對物體做多少功?(W2=150J)前1s和后1s重力對物體做功的功率各是多大?(P1=50W,P2=150W)這2s時間內重力對物體做功的功率是多大?(P=100W)
指出即使是同一個力對物體做功,在不同時間內做功的功率也可能是有變化的。因而,用P=W/t求得的功率只能反映t時間內做功的快慢,只具有平均的意義。板書如下:
(1)平均功率
(2)瞬時功率
為了比較細致地表示出每時每刻的做功快慢,引入了瞬時功率的概念,即瞬時功率是表示某個瞬時做功快慢的物理量。
提出瞬時功率如何計算的問題后,作如下推導:
一段較短時間內的平均功率可以寫成如下公式(P=ΔW/Δt),而Δ
P=Fv此為瞬時功率計算公式
討論:
①如果作用于物體上的力F為恒力,且物體以速度v勻速運動,則力對物體做功的功率保持不變。此情況下,任意一段時間內的平均功率與任一瞬時的瞬時功率都是相同的。
②很多動力機器通常有一個額定功率,且通常使其在額定功率狀態(tài)工作(如汽車),根據(jù)P=Fv可知:
當路面阻力較小時,牽引力F也小,v可以大,即汽車可以跑得快些;
當路面阻力較大,或爬坡時,需要比較大的牽引力,v必須小。這就是爬坡時汽車換低速擋的道理。
③如果動力機器原來在遠小于額定功率的條件下工作,例如汽車剛剛起動后的一段時間內,速度逐漸增大過程中,牽引力仍可增大,即F和v可以同時增大,但是這一情況應以二者乘積等于額定功率為限度,即當Fv=P額。以后,這種情況不可能實現(xiàn)。
應用公式P=Fv計算m=1kg的物體做自由落體運動中下落1s末和2s末的瞬時功率。
由v1=10m/s按公式求得P1=100J;由v2=20m/s按公式求得P2=200J。
根據(jù)上述結果啟發(fā)學生思考瞬時功率的物理意義。最后指出,此題中是重力對物體做功,使重力勢能逐漸向動能轉化。隨著時間的延續(xù),重力勢能向動能轉化加快。
3.例題講解
例1.如圖1所示,位于水平面上的物體A的質量m=5kg,在F=10N的水平拉力作用下從靜止開始向右運動,位移為s=36m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=10m/s2)
(1)設水平面光滑;
(2)設物體與水平面間的動摩擦因數(shù)μ=0.15。
解答過程可分為三個階段:①讓學生計算力F在36m位移中所做的功,強調功只由F和s這兩個要素決定,與其它因素無關,因而兩種情況下力F做的功相同,均為W=360J。②由同學計算這兩次做功所用
分別求出t1=6s,t2=12s。③用功率的定義式即平均功率的計算公式求得P1=60W,P2=30W。
如果有的同學用公式vt2=2αs分別求出每次的末速度,再用公式
例2.如圖2所示,位于水平面上的物體A,在斜向上的恒定拉力作用下,正以v=2m/s的速度向右做勻速直線運動。已知F的大小為100N,方向與速度v的夾角為37,求:
(1)拉力F對物體做功的功率是多大?
(2)物體向右運動10s的過程中,拉力F對它做多少功?(sin37=0.6,cos37=0.8)
通過此例題的解答,讓學生掌握功率的計算公式P=Fvcosα,并提醒學生,不要認為F與v總是在同一直線上;并且知道,在功率已知的條件下,可以用W=Pt計算一段時間內力所做的功。第(1)問的結果為P=160W;第(2)問的結果為W=1600J。
例3.課本p.113上的例題,先讓學生自己看。讓學生注意船速增大的物理過程分析,然后結合圖3再做講解。指明船在額定功率條件下行駛,牽引力F與速度v的乘積為一定值,在圖中為雙曲線,設阻力f正比v,則這兩條線的交點P的橫坐標值即為最大速度vm。
(三)課堂小結
1.我們講了功率概念之后,得到了兩個公式,定義式P=W/t和瞬時功率的公式P=Fv。
2.公式P=W/t中的t趨近于零時,P即為瞬時功率。不過此公式主要用來計算平均功率。公式P=Fv中,當v為瞬時速度時,P即為瞬
應的時間段。
五、說明
1.將功率理解為表示能量轉化快慢的物理量具有普遍意義。如一臺電動機的額定功率是10kW,表明它每秒鐘可以將10kJ的電能轉化為機械能,不管它是否工作。因而機器的功率實際上可以表示它進行能量轉化的能力大小。
2.力可以做負功,自然也有負功率。學生不問到時可以不講。課本上也沒講。重要的不是功率的正負問題,而是要結合實際問題說清楚能量轉化的方向和快慢。例如,一物體沿粗糙水平面向前滑動,根據(jù)P=fv可知其機械能向內能轉化,轉化的快慢與速度v成正比,這就表達清楚了,沒有強調負功率的必要。