必修二7.3功率(教学设计).doc

安陆第二高级中学 孟静静必修二 7.3功率教学设计作 者： 孟静静工作单位：安陆市第二高级中学7.3功率教学设计一、课前部分【设计思想】:1.教材分析：功率是反映力做功快慢的物理量。功率的概念广泛应用与人们的日常生活和科技之中。学生在初中已经学过功率的概念，引入这一概念并不困难。教科书在本节中首先通过两台起重机做功相同，时间不同，引出功率的概念和定义式，并通过对动力机械的分析，讨论了额定功率和实际功率，最后，根据对物体做功的公式和运动学公式导出功率与速度的关系。2.学情分析：初中时学生已经学过功率的初步知识，前面一节学习了功的概念，为本节的教学奠定了一定的基础。在此基础上，进一步区分额定功率和实际功率，了解平均功率、瞬时功率。3.设计思路：本节讲述功率的概念，功率公式的应用。功率的概念、功率的物理意义是本节的重点内容，通过类比的方法，比较速度是描述位移变化快慢的物理量，来对功率进行理解。如果学生能懂得做功快慢表示的是能量转化的快慢，自然能感悟出功率实际上是描述能量转化快慢的物理量。要使学生确切地理解公式P=Fv的意义，要通过例题的教学，使学生会应用基本公式进行计算，对平均功率和瞬时功率有所理解。瞬时功率的概念学生较难理解，这是难点。学生往往认为，在某瞬时物体没有位移就没有做功问题，更谈不上功率了。如果学生没有认识到功率是描述能量转化快慢的物理量，这个难点就不易突破，因此，在前面讲清楚功率的物理意义很有必要，它是理解瞬时功率概念和物理意义的基础。关于发动机的额定功率与汽车的最大速率之间的关系，采用公式分析加图像表述的形式进行，以便通过分析汽车由开动到匀速行驶的物理过程，使学生养成分析物理过程的习惯，避免简单地套用公式。【教学目标】: 知识与技能1. 理解功率的的概念。2. 知道功率的定义和定义式p=Wt，能够用公式 p=Wt解答有关的问题。3. 正确理解公式P=Fv的意义，区别什么是瞬时功率，什么是平均功率，并能用来解释现象和进行计算。4. 能用公式P=Fv讨论汽车等交通工具的启动问题。过程与方法1. 通过实例体验功率概念的形成过程及功率的实际意义，理解功率概念。2. 从功率概念的定义，体会用比值方法建立物理概念的方法。3. 理解功率与力和速度的关系。会利用功率的两个公式来解释现象和进行计算。情感态度与价值观1. 通过功率概念建立的探究过程，培养学生敢于发表自己的观点，坚持原则，善于合作的良好习惯。2. 通过对生活中机械的实际功率、额定功率的观察和测量，培养学生积极思考并学以致用的思想。【学习重难点】: 1. 功率的概念和计算公式。2. P=Fv及其应用。【学习方法】:类比学习、图像分析。【课时安排】:2课时。二、课堂部分教学过程【认知与探究】：教学环节教学内容师生互动设计意图导入复习：功的表达式：W=Fscos有没有一种物理量可以描述做功的快慢呢？教师：人们在生产、生活和工作中使用了大量的机械来做功，这与人力直接做功或畜力做功，在完成功的快慢方面有何不同？请举例说明。学生所举事例可能有： 1.人上高楼(如8层楼)时，乘电梯比走路要快得多； 2.拖拉机耕地比牛耕地要快得多； 3.挖土机与人，要完成相同的挖土任务，人花的时间要长得多； 4.从水井里提水，使用抽水机比人工要快得多引发学生思考，让学生从身边生活寻找做功快慢的事例，并思考机械与人或畜力做功快慢的差异。列举生产、生活中发生的事例，使学生体会功率与生活、生产息息相关，无处不在，研究功率具有重要的现实意义，并引导学生注意观察身边物理现象，体会到物理知识就在我们身边，感悟物理规律研究的价值，激起学生的求知欲。通过具体事例以及类比法找出表示做功快慢的通用表示，引入功率的概念下表是三台起重机在工作时的有关数据记录起重机编号被吊物重匀速上升速度所用时间做功A2103N4m/s4s3.2104JB4103N3m/s4s4.8104JC1.6104N2m/s1s3.2104J比较三个起重机做工的快慢？比较A和B：它们做功时间相等，WAWB ，B做功比A快。比较A和C：它们做功相等， tAtB ，C做功比A快。教师：功是能量转化的量度，人们十分关注做功的多少。不同的机器或物体做功有快有慢，如何来衡量做功的快慢呢？请同学们思考并提出解决方案。学生可能有以下认识： 1.选择相同时间，比较做功多少，做功多的，做功就快； 2.选择做相同的功，比较做功的时间长短，时间长的，做功就慢； 3.类比“速度”的定义方法，用做功和完成这些功所花的时间的比值来定义“功率”。引导学生思考：如何比较物体做功快慢？讨论中注意培养学生的发散思维能力和批判思维能力。对学生提出的各种方案可能有问题或不完整，教师应鼓励学生在交流中补充完善自己的认识。教学中注意引导学生类比如“速度”、“加速度”概念的定义方法，体会比值法定义功率概念。（一）功率P的有关内容1.功率的定义：功跟完成这些功所用时间的比值，叫做功率功率是表示物体做功快慢的物理量的物理量，功率是标量，在国际单位制中功率的单位是瓦特。2.功率的定义式：p=Wt3.物理意义：表示物体做功快慢的物理量。4.单位：国际单位：瓦特(w)，常用单位：千瓦(kw)讨论与交流： 小实验：把一段粉笔放在书的封面上，打开书的封面形成一个斜面，并使粉笔开始下滑。请同学仔细分析一下，在下滑的过程中粉笔共受到几个力的作用？哪些力做正功？哪些力做负功？哪些力不做功？如果斜面的倾角增大，情况会有什么变化？倾角增大时，功率是否也增大？说明：用已知物理量的比值定义新的物理量，是建立物理概念常用的方法。使用该方法能够进一步揭示和表述被探究对象的某些物理性质及变化规律，像我们已经研究过的速度、加速度等物理量就是用这种方法来定义的。（二）、额定功率和实际功率1额定功率：指动力机器长时间正常工作时的最大输出功率，也就是机器铭牌上的标称值。额定功率是动力机器的重要性能指标，一个动力机器的额定功率是一定的。2实际功率：指机器工作时实际输出的功率。动力机器不一定在额定功率下工作，机器长期正常工作时的实际功率总是小于或等于额定功率。实际功率不应大于额定功率。实际功率长时间大于额定功率时会缩短机器使用寿命甚至会损坏机器(短时间内实际功率略大于额定功率是可以的。教师：人力直接做功能否像汽车做功那样快呢？汽车做功能否像飞机做功那样快呢？人如果做功过快，会产生什么后果呢？汽车超负荷运转会产生什么后果呢？教师：奥运长跑运动员能否用100m短跑的速度来完成5000m的赛跑路程呢？为什么？让学生通过思考自己身边所熟悉的问题，认识额定功率和实际功率的概念以及概念的意义。（三）、功率与速度：P=Fvcos1表达式推导：P=Wt=Flcost=Fvcos2式中F是对物体做功的力，v是物体的运动速度，是F和速度v之间的夹角。3在F和v同向时=0，表达式为：P=Fv。4.P=W/t是功率的定义式，它普遍适用，不管是恒力做功，还是变力做功，不管是机械功还是电功等它都适用。但由它求得的一般是平均功率。公式P=Fvcos，式中为F与 v 的夹角。v为物体的对地速度。当v为平均速度时，求得的功率为平均功率，当v为瞬时速度时，求得的功率为瞬时功率。教师：一部汽车载重时和空车时，在公路上以相同的速度行驶，试讨论这两种情况下汽车的输出功率是否相同？为什么？学生的回答可能有：载重汽车与地摩擦力较大，牵引力也大，由于行驶速度一样，故相同时间内，载重车的牵引力做功较多，所以载重汽车的输出功率较大；载重汽车行驶得比空车慢，因此功率较小；载重汽车比空车费力，因此载重车的输出功率较空车时要大些。上述分析讨论的目的是启发学生思考功率与力和速度有何关系。学生分析可能会出现片面和不完整回答，教师要参加到学生的讨论分析中，帮助、启发和引导学生形成正确的认识。得出正确的答案。接着，教师引导学生思考，如何计算牵引力的功率。(让学生根据所学知识和功率定义式进行推演，培养良好的科学思维能力和思维习惯)（四)、力的平均功率和瞬时功率1平均功率 （1）描述力在一段时间内做功的快慢。（2）计算公式： P=W/t P=Fvcos =0时， P=Fv 注意：应用式计算时注意：力F必须是恒力，v为一段时间t内的平均速度。（3）平均功率对应于一段时间或一个过程，并且同一物体在不同时间段内的平均功率一般不相同，因此说平均功率时一定要说明是哪一段时间内的平均功率。2瞬时功率 （1）力在某一时刻的功率，对应于物体运动的某一时刻或某一位置。 （2）计算公式：P=Fvcos P=Fv (F与v同向时)式中v表示某一时刻的瞬时速度。教师引导学生阅读课本56页做一做。分析讨论：由v=s/t求出的是物体在时间内的平均速度，代入公式P=Fv求出的功率是F在时间t内的平均功率；如果t取得足够小，则v表示瞬时速度，此时由PFv求得的功率就是F在该时刻的瞬时功率。即当v为平均速度时，求得的功率就是平均功率，v为瞬时速度时，求得的功率就是瞬时功率。总结：v是平均速度 ，P是平均功率 (F为恒力，且F与 同向)。v是瞬时速度，P是瞬时功率。说明：如果物体做匀速直线运动，由于瞬时速度与平均速度相等，故此时平均功率等于瞬时功率。（五）、对公式P=Fv的讨论1此公式的意义是：当力F与物体运动(瞬时)速度v方向一致时，力的实际瞬时功率就等于力F和运动速度v的乘积，对于机车(汽车、火车等交通工具或动力装置)，牵引力F与物体运动速度v一般方向一致，可用公式P=Fv计算实际瞬时功率(称牵引力的功率、发动机的输出功率)，特别注意：F为机车的牵引力，并非机车所受的合力。2当P一定时，F1/v，即做功的力越大，其速度就越小，如：汽车在发动机功率一定时上斜坡，司机用换挡的办法(变速调节装置)减小速度以获得较大的牵引力满足上坡的需要。3当速度v保持一定时，PF，即做功的力越大，它的功率也越大。如：汽车从平路到上坡，若要保持速度不变，必须加大油门(控制燃油混合气体流量多少的装置)，增大发动机功率以得到较大的牵引力。4当力F一定时，Pv，即速度越大，功率越大。如：起重机吊同一货物以不同的速度匀速上升，牵引力保持不变(大小等于物重)，起吊的速度越大，起重机的输出功率就越大。教师：汽车以额定功率在平直公路行驶时，若前方遇到了一段较陡的上坡路段，汽车司机要做好什么调整，才能确保汽车驶到坡顶？为什么？学生的回答可能有：加大油门，汽车可顺利行驶到达坡顶。汽车要换档，才能顺利行驶到达坡顶。师生共同分析：是一种正确的操作方式，当司机将发动机的速度档位调低后，速度减小了，牵引力加大了，只要牵引力足够，汽车便可顺利上坡。教师根据课堂需要还可以提出一些问题让学生进一步讨论，如：（1）汽车上坡时，要保持速度不变，应如何做？（2）起重机在竖直方向匀速吊起某一重物时，为什么发动机的输出功率越大，起吊速度就越大？通过对生活实际的讨论，使学生进一步加深理解功率与牵引力和速度的关系。为实际应用和分析问题打好基础。（六）具体应用：汽车等交通工具的动力学分析：（设汽车受到的摩擦阻力大小保持恒定）（1）.汽车以恒定功率启动汽车以恒定功率启动后，若运动过程中所受阻力f不变，由于牵引力F=Pv，根据牛顿第二定律可得 F-f=ma，汽车的加速度 a=1m（Pv-f），可见，随着汽车速度的增大，加速度减小，当加速度 a=0时，汽车的速度达到最大vm=P定f，以后汽车将做匀速直线运动，所以汽车做加速度位逐渐减小的加速运动，最终匀速运动。要提高汽车在给定路面上的最大速度值，应选用额定功率较大的发动机。（2）汽车以恒定牵引力启动汽车以恒定牵引启动后，开始加速度不变，汽车做匀加速运动，当其速度增大至一定值v时，其功率达到额定功率P，此时有 Pv-f=ma，以后速度再增加，由于汽车的功率不变（已达额定功率），所以牵引力减小，加速度随之减小，直至a=0时，汽车的速度达最大值，接着做匀速运动。分析关键是抓住两个关系式：P=Fv 和F-f=ma。教师：汽车等交通工具在启动和行驶过程中，其牵引力和行驶速度是怎样变化的？请同学们阅读教材相关内容，用自己的话加以解释。学生讨论后得出结论：（1）.P固定时，由P=Fv，P定=Fv，且F-f摩=ma当a=0时，F=f摩此时有vm=P定f。（2）.F固定时，由P=Fv，P=F定v，且F定-f摩=ma定汽车做匀加速运动。当速度增大到v额时，P=P额，此后汽车做P定的变加速运动直到达到最大速度vm。教师引导学生画出v-t图像教师指导学生画出相应的v-t图像能力迁移例 汽车的质量为m=6.0103kg，额定功率为Pm=90Kw, 沿水平道路行驶时，阻力恒为重力的0.05倍(取g=10m/s2)。求：(1)汽车沿水平道路匀速行驶的最大速度；(2)设汽车由静止起匀加速行驶，加速度为a=0.5m/s2, 求汽车维持这一加速度运动的最长时间。教师与学生一起分析题目、图形，得出正解。解析 ： （1）汽车匀速运动时F-0.05mg=0汽车的额定功率Pm=Fvm代入数据得vm=30m/s。（）汽车匀加速行驶时，动力学方程为F-0.05mg=ma汽车的瞬时功率为P=Fv汽车的瞬时速度为v=at要求瞬时功率小于或等于额定功率PPm代入数据得t30s通过立体巩固对汽车启动时的动力学分析随堂检测1关于功率，以下说法正确的是（ ）A据P=W/t可知，机器做功越多，其功率就越大。B据P=Fv可知，汽车的牵引力一定与其速率成反比。C据P=Fv可知，发电机的功率一定时，交通工具的牵引力与运动速率成反比。D据P=W/t可知，只要知道时间t内机器所做的功，就可求得这段这段时间内任一时间机器做功的功率。2汽车上坡时，司机必须换档，其目的是（ ）A减小速度，得到较小的牵引力 B增大速度，得到较小的牵引力C减小速度，得到较大的牵引力 D增大速度，得到较大的牵引力3额定功率为80kW的汽车，在平直公路上行驶的最大速度为20m/s，汽车的质量m=2103kg。如果汽车从静止开始做匀加速直线运动，加速度大小为2m/s2。运动过程中阻力不变，求：（1）汽车所受的恒定阻力；（提示：先求V=20m/s的F牵,此时F牵=F阻)（2）3s末汽车的瞬时功率；（提示：判断3s末汽车处于加速阶段，还是匀速阶段）（3）经过多长时间汽车功率达到额定值？（提示：P额，对应的是V额，即V=V额）学生：当堂学完本节知识，立即做完对应练习。（强化对知识的理解与认识）教师：和学生一起做题，并对部分学生提问，根据学生问答情况，及时点拨、总结。学生在学完本节内容后通过几个典型例题来巩固已学知识。【板书设计】：7.3 功率一、功率 1定义：功和完成这些功所用时间的比值。 2定义式：P=w/t，变形式：PFv。 3国