第1课时 功率的初步认识

第 2 节 功率 第 1 课时 功率的初步认识 教学目标 一 知识与技能 1 知道功率的概念 2 结合实例理解功率的概念 能用功率的计算公式进行简单的计算 二 过程与方法 1 通过实例结合已学的物理规律理解功率的物理意义和概念 2 学会如何比较功率的大小 掌握功率的计算公式 P 和 P Fv W t 3 了解功率在实际生活中的应用 三 情感 态度与价值观 具有对科学的求知欲 乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理 有 将科学技术应用于日常生活 社会实践的意识 教学重点 功率的计算 教学难点 理解功率的物理意义 教具准备 磅秤 皮尺 秒表 多媒体课件等 教学课时 1 5 课时 巩固复习 教师 引导学生复习上一课时所学内容 并讲解学生所做的课后作业 加强 学生对知识的巩固 新课引入 师 以讲故事的形式导出 上个周末 我到小明家家访 小明家正在装修 新房子 小明非常高兴 帮助爸爸搬材料 看到小明和他爸爸一起搬砖 小明干 得非常火热 小明要和他爸爸比赛 楼脚地面放有两堆相同的砖块 40 块 每块 重约 50N 小明一次最多搬起 4 块 爸爸一次可以搬起 8 块 结果爸爸用了 20 分钟 小明用了 30 分钟才搬完了 同学们想一想 小明和爸爸做功相同吗 谁赢了 为什么呢 生 一样多 爸爸赢了 因为搬一样多的砖块到相同的高度 对砖块做功 相同 小明用的时间多 爸爸耗费的时间少 所以 小明做功慢 爸爸做功快 师 大家分析很好 由此可见 做功有快慢之分 这正是我们今天要探究的问题 如何描述做功的快慢 进行新课 功率的定义式和功率大小的比较 1 功率的定义式和功率大小的比较 师 刚才 我们分析了做相同多的功 比较所用的时间的长短 就可以判 断做功的快慢 即用的时间越少 做功就越快 再看一种情况 如果 20min 内 小明搬了 30 块砖到楼上 他爸爸搬了 40 块砖到楼上 那谁做功快呢 为什么 生 爸爸做功快 因为爸爸做功多 小明做功少 师 可见 相同时间 比较做功的多少 可以看出做功的快慢 即相同时间 内做功多的 表明做功就快 反之 做功少的做功慢 师 那如果这种情况 又如何比较呢 多媒体展示问题 问题 10min 小明搬完 20 块砖到楼上 6min 爸爸搬完 18 块砖到楼上 谁 做功快呢 学生积极发言 有的说小明做功快 有的说爸爸做功快 各抒己见 讨论 非常激烈 师 引导 启发学生 请大家回忆 前面我们学习哪些比较快慢的物理量 如何定义的 有何特点 生 描述运动的快慢用速度表示 用通过的路程与所用的时间的比值来定义 速度 比值越大 运动越快 速度越大 师 同学们说的正确 我们不妨也采用这种方法 用做的功与所用的时间的 比值来定义 因此 描述做功的快慢用功率表示 注意 做功快慢与运动快慢的类比 用多媒体展示 板书 1 功率是表示物体做功快慢的物理量 2 功率的定义 功与做功所用时间之比叫做功率 3 功率的定义式 2 功率的单位 瓦 师 功率的单位由功的单位和时间的单位组合而成 在国际单位制中 功的 单位是焦耳 时间的单位是秒 则功率的单位是焦耳每秒 功率的单位有个专门 的名称叫做 瓦特 简称瓦 用符号 W 表示 正体书写作为单位 要注意 功作为物理量也是用 W 表示 但必须是斜体 这一点 书写时要区别 另外 工 程技术上 功率的单位还有 千瓦 kW 兆瓦 MW 它们之间的换算关系 1kW 103W 1MW 106W 师 功率 1 瓦表示的物理意义是物体在 1 秒钟内完成的功是 1 焦 同学们 你想了解我们身边的一些运动物体的功率多大吗 请大家阅读教材 P66页第 2 段 并说说你的看法 生思考 讨论 并发表看法 教师 也可以参与讨论 并举一些大家熟悉的 例子 引导学生课后通过上网搜集一些相关资料 3 功率的计算 W P t 师 下面 我们看看如何计算物体的功率 例题 1 用多媒体展示教材 P66页例题 师 引导学生分析 要计算起重机的功率 P 已经知道了所用的时间 t 根据 功率的定义式 P W t 就必须计算出所做的功 W 根据功 W Fs 分析 匀速提 起重物时 所用的拉力 F 等于重力 G 移动的距离 s 即是物体上升的高度 h 已 经知道了 因此 所做的功 W 即可求出 教师板书演算计算过程 师 请大家思考 起重机的电动机做功的功率也是 4 103W 吗 为什么 生 不是的 因为起重机的电动机除了提升物体做功外 还要克服起重机 自身部分重力 如钢绳重力做功 还有机器部件间的摩擦力做功 这些功合起来 肯定要大于 4 103W 师 分析正确 有道理 起重机提升物体做的功为有用功 而它的电动机所 做功为总功 这些物理量我们将在下一章中学习 例题 2 用多媒体展示 在今年的抗旱工作中 某单位帮助一个扶贫村打了 一口地下水井 并在地面上修建了一个深 2m 能储存 30t 水的水池 已知水井中 的水面距离水池进水口的竖直距离是 30m g 取 10N kg 求 1 将 30t 水从井里刚好抽到水池里 抽水机对水做的功 2 水池装满水后 水对池底的压强 3 将 30t 的水从井中抽到水池中需要 1h 则这台抽水机的功率不得低于 多少瓦 解析 本题是一道综合性较强的题目 不仅涉及了功和功率的计算 还涉 及了液体压强的计算 在分析本题时 应从以下三点入手 1 知道水的质量 利用重力公式求水受到的重力 又知道水提升的高度 再利用功的公式 W Gh 求抽水机对水做的功 2 水池装满水后 知道水深 利用液体压强公式求水 对池底的压强 3 知道抽水机抽水的时间 再利用功率公式求抽水机的功率 解 1 水的质量 m 30t 30 103kg 3 104kg 水受到的重力 G mg 3 104kg 10N kg 3 105N 抽水机对水做的功 W Gh 3 105N 30m 9 106J 2 水池中水深 h 2m 则水对池底的压强 p gh 1 0 103kg m3 10N kg 2m 2 104Pa 3 抽水机抽水的时间 t 1h 3600s 则抽水机的功率至少是 6 9 10 2500 3600 WJ PW ts 功率的计算 P Fv 教师给学生推导功率的计算公式 P Fv 当物体在力 F 的作用下 以速度 v 做匀速直线运动时 由 W Fs v s t 可 得公式 P Fv 教师在黑板上板书公式 P Fv 表示的物理意义 板书 1 当物体的功率一定时 它受到的牵引力越大 速度越小 2 当物体的牵引力一定时 功率与速度成正比 3 当物体速度一定时 牵引力越大 它的功率越大 提示 若 F 和 v 为定值 则 P 为定值 若 F 和 v 在变化 则 P 也在变化 所 以公式 P Fv 反映的是瞬时功率 例题 3 用多媒体展示 某汽车在平直公路上做匀速直线运动 已知其水平 牵引力大小恒为 F 运行速度为 v 问 1 此时汽车牵引力 F 的功率为多少 2 如果汽车发动机的实际输出功率是 90kW 匀速行驶速度是 30m s 汽车受到的阻力是多少 解 1 在一段时间 t 内 汽车行驶的距离 s vt 水平牵引力做功 W Fs Fvt 牵引力做功的功率 P Fv WFvt tt 2 P 90kW 9 104W v 30m s 由 P Fv 得 F 3 103N 4 9 10 30 PW vm s 因为汽车在水平路上匀速行驶 故牵引力与阻力二力平衡 所以阻力 f F 3 103N 课堂交流 小结与延展 师 同学们 我们通过类比方法 由描述运动快慢的物理量 速度 知道 了表示做功快慢的物理量 功率 理解功率的物理意义 你们有哪些收获呢 请相互交流 讨论 生 1 通过学习 我明白了 功与功率是两个完全不同的概念 功是力与 距离的乘积 功率是单位时间内完成的功 生 2 描述做功的快慢用功率表示 功率的大小不仅取决于做功的多少 而且还与完成这些功所用时间的长短有关 也就是说 功率是由功和时间共同 决定的 做功多的物体 功率不一定就大 同样做功时用的时间少的物体 功率 也不一定就大 生 3 描述一个物理量变化的快慢 必须是单位时间内完成该物理量的多 少 生 讨论 老师 机器铭牌上的功率是指什么意思 师 机器铭牌上标示的功率指的是机器的额定功率 如 125 型号 摩托车 车架铭牌上标定为 7 8kW 指的就是摩托车输出的额定功率为 7 8kW 这些内 容以后将学 生 4 汽车的输出功率与牵引力 速度之间有什么关系 师 这个问题提得好 我们一起来探讨下 我们知道功率 而 W P t W Fs v s t 则功率 P Fv 作为汽车来说 最大输出功率 P 是一定的 因此 Fv P 定值 可见 牵引力与速度成反比 所以 汽车上坡时因需要的牵引 力越来越大 速度越来越小 司机要换挡减速 换句话说 如果需要同等大小 的牵引力的条件下 功率大的汽车 上坡速度快些 由公式计算出的功率是一段时间内的平均功率 由公式 P Fv 计算 W P t 功率时 如果 v 是某时刻的速度 则计算出的功率为某时刻的功率 如果 v 是 一段时间内的平均速度 则计算出的功率为平均功率 当然 在匀速直线运动中 瞬时速度与平均速度相等 师 最后 请同学设计实验测量各自爬楼的最大功率 同学们可以参照教 材 P65页图 11 2 1 中的情景思考 教师结束语 通过这节课的类比方法学习 大家收获确实不少 我们理解了功率的概念 明白了物理学中描述快慢的物理量的定义方法 知道了功率的物理意义 同时还 了解了一些常见运动物体的功率 使我们在估测物体功率的大小时有一定的理 论依据 好 谢谢大家 课后作业 完成本课时对应练习 1 在帮助学生理解功率的概念时 可以由速度的定义 电功率的定义来类 比分析 引出描述做功快慢的物理量 也可以让学生由平时生活中表示某个快慢 的比较入手 如小学时练习写字的快慢等等 总之 让学生自己去领悟它的实 质 促进学生更加深入理解功率是所做的功与完成功所用时间共同决定的 这样 更能充分发挥学生的学习主动性 积极性 让学生体会到物理并不难学 2 可以组织学生到操场上进行爬杆 做俯卧撑 引体向上等活动比赛 比 较做功的快慢 来理解功率的概念 人消耗的功率 人要维持生命和进行活动 包括体力和脑力的活动 就必须消耗能量做功 在 不同情况下消耗的功率大小是不同的 一个成年人在熟睡的时候 消耗的功率大约是 80 瓦特 这个功率用来维持 其身体的代谢 因此把这个功率叫做基本代谢率 在进行一般脑力劳动时 例如 学生在上课时 消耗的功率约为 150 瓦特 其中约 80 瓦特为基本代谢率 约 40 瓦特消耗在脑的活动中 在中等激烈的运动中 例如以 5 米 秒的速度骑自行 车时 骑车人消耗的功率约为 500 瓦特 在比较剧烈的运动