功和功率教學(xué)基本信息課題《功和功率》第二課時學(xué)科物理 年級高一年級教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)重點、難點教學(xué)目標(biāo)：物理觀念：從比值定義法出發(fā)理解功率的概念。了解生產(chǎn)生活中常見機械的功率大小及其意義。理解平均功率和瞬時功率的含義。理解額定功率和實際功率的概念。能用功率的表達(dá)式分析解釋汽車發(fā)動機功率一定時牽引力與速度間的關(guān)系，分析汽車啟動問題，解決一些相關(guān)的實際問題科學(xué)思維：比值定義法科學(xué)探究：能通過理論推導(dǎo)得出平均功率和瞬時功率的表達(dá)式。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過對功率概念的理解，使學(xué)生能利用功率的知識解決實際問題，產(chǎn)生較強的學(xué)習(xí)和研究物理的興趣。教學(xué)重點：功率概念的理解，瞬時功率與平均功率的計算公式推導(dǎo)。用功率的知識解釋汽車上坡?lián)Q擋問題與汽車啟動問題。教學(xué)難點：會用功率的知識解決實際問題，如汽車上坡?lián)Q擋問題與汽車啟動問題。教學(xué)過程(表格描述)教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)活動設(shè)置意圖新課引入 生活中我們會看到這樣的情景，從河里挑水不如用抽水機抽水快，牛耕地不如用拖拉機耕地快，這說明做功除了有多少的問題，還需要比較做功的快慢。用什么物理量來比較做功的快慢呢？大家初中都學(xué)過比較做功快慢的物理量——功率。今天我們就進(jìn)一步學(xué)習(xí)功率的知識。由實際生活中的問題引入，引發(fā)學(xué)生的思考和興趣。一、功率的概念及表達(dá)式 思考：（1）體重相同的甲、乙兩位同學(xué)爬樓梯，在30秒內(nèi)甲爬到了3層，乙爬到了2層。誰克服重力做功更快？答：相同時間內(nèi)做功更多的甲做功更快。（2）體重相同的丙、丁兩位同學(xué)爬樓梯，丙爬到5層用了40秒，丁爬到5層用了60秒。誰克服重力做功更快？答：做相同的功用時短的丙做功更快。（3）甲乙丙丁四人體重相同時，這四人誰克服重力做功更快？我們?nèi)绾伪容^做功時間和做功多少不同的人做功的快慢呢？ 解決這個問題前，我們先回顧速度、加速度的定義，看能否從中獲得啟發(fā)。速度 ，用位移與發(fā)生這段位移所用時間之比表示物體運動的快慢，也就是用單位時間內(nèi)通過多少位移來比較物體位置變化的快慢；加速度 ，用速度變化量與發(fā)生這一變化所用時間之比表示速度變化的快慢，也就是用單位時間內(nèi)速度變化了多少來比較物體速度變化的快慢。這種用兩個物理量比值來定義新物理量的方法叫做比值定義法。對于我們剛才想找的描述做功快慢的物理量，可以用做功多少與時間之比得到單位時間內(nèi)做功多少，進(jìn)行比較。所以我們來看一下這個比值定義的新物理量。一.功率的概念：從開始計時到時刻 t 這段時間內(nèi)，力做的功為W ，則功W 與完成這些功所用時間 t 之比叫作功率表示做功快慢的物理量功率是標(biāo)量單位：瓦特，簡稱瓦，符號是 W。1 W ＝ 1 J/s      千瓦，符號是 kW。 1 kW ＝ 1 000 W功率的概念學(xué)生們在初中已經(jīng)有了初步的了解。這里通過對比速度和加速度定義的方法，回顧比值定義法，從而給出功率的定義式。二、平均功率和瞬時功率    1.平均功率根據(jù)上節(jié)課學(xué)的內(nèi)容我們知道，如果物體所受恒力為 F ，從計時開始到時刻t 這段時間內(nèi)，發(fā)生的位移是l，力與位移的夾角為α，則恒力F在這段時間內(nèi)做的功當(dāng)t對應(yīng)一段時間時，l/t是物體在這段時間內(nèi)的平均速度平均功率α為F與l或的夾角。此外，我們還可以用功率的定義式求t這段時間內(nèi)的平均功率。2.瞬時功率  如果時間間隔非常小，t趨近于0，l/t就可以看作瞬時速度v，瞬時功率α為F與v的夾角。α=0時，cos0°=1，所以P=F v 從上節(jié)課學(xué)習(xí)的功的知識出發(fā)，將功率的定義式和之前學(xué)的平均速度與瞬時速度的概念聯(lián)系起來，推導(dǎo)出平均功率與瞬時功率的表達(dá)式           通過兩道例題讓學(xué)生更好地理解平均功率與瞬時功率之間的聯(lián)系與區(qū)別三、額定功率和實際功率    觀察：機器的銘牌上面顯示額定消耗功率：380W1.額定功率：機器正常工作時所能輸出的最大功率。2.實際功率：機器工作時實際輸出的功率。實際功率不一定總等于額定功率，大多數(shù)情況下輸出的實際功率都比額定功率小，但在需要時，短時間也可以輸出更大的功率，但實際功率若是長時間大于額定功率會對機器有損害。解決問題：汽車上坡因為汽車牽引力與速度方向一致，所以汽車發(fā)動機功率P＝F v ，可以看出，當(dāng)汽車發(fā)動機的輸出功率 P 一定時，牽引力 F 與速度v 成反比。你認(rèn)為應(yīng)該怎樣增大汽車的牽引力呢？因為發(fā)動機輸出的功率不能無限制地增大，所以汽車上坡時司機要用“換擋” 的辦法減小速度，來得到較大的牽引力，以保證沿斜面向上的牽引力F大于沿斜面向下的阻力f與重力G沿斜面向下的分力之和。不過，在發(fā)動機輸出功率一定時，通過減小速度提高牽引力或通過減小牽引力而提高速度，效果都是有限的。所以，要同時提高速度和增大牽引力，必須提高發(fā)動機的額定功率，這就是高速火車、汽車和大型艦船需要大功率發(fā)動機的原因。觀看電動車上坡和平路上行駛的視頻并解釋相應(yīng)現(xiàn)象從視頻中我們可以看到：學(xué)生騎電動自行車從地下室由靜止開始加速上坡，將油門擰到底后，電動自行車上坡的最大速度只能達(dá)到12km/h，而上到平路后維持原有的12km/h的速度油門只需要擰到較小即可。當(dāng)在平路上增大油門，電動自行車的速度增大，最終油門擰到底時，平路上最大速度可以到達(dá)29km/h的速度。大家能否利用功率的知識解釋下面兩個問題：電動車上坡時和在平路上以相同時速行駛，為什么上坡時油門要擰到底而平路上油門可以擰到較小處？為什么電動車上坡時的最大速度比平路上的最大速度要??？與分析汽車受力類似，我們畫出電動車和人作為整體在斜坡上和水平路面上運動的受力圖，受到豎直向下的重力G，垂直于接觸面的支持力N，與運動方向相同的牽引力F，與運動方向相反的阻力f，為了分析問題簡便，我們假設(shè)電動車在斜坡上和水平路面上受到的阻力大小相同。因為上坡時牽引力F需要克服阻力f和重力沿斜面向下的分力做功，而在水平路面上牽引力只需要克服阻力做功，上坡時需要的牽引力較大，平路上需要的牽引力較小，根據(jù)電動車功率 P＝F v ，對于相同的時速v，牽引力F越大時所需要的功率P越大，所以電動車上坡時和在平路上以相同時速行駛，上坡時油門要擰到底而平路上油門可以擰到較小處。當(dāng)油門擰到最大時，電動車的功率達(dá)到了額定功率，根據(jù)剛才的分析可知上坡時所需要的牽引力F比平路上的牽引力F更大，根據(jù)電動車功率 P＝F v ，額定功率P相同時，牽引力F越大，速度v越小。這就是電動車上坡時的最大速度比平路上的最大速度要小的原因。  聯(lián)系生活實際理解額定功率與實際功率。                                  用功率的知識解決汽車上坡?lián)Q擋、電動車上坡和在平路行駛最大速度不同的實際生活中的問題。四、汽車的兩種啟動方式 1.汽車以恒定的功率啟動汽車質(zhì)量為m，以不大于額定功率Pe的恒定的功率P沿直線從靜止開始加速運動，運動過程中受到的阻力f 恒定，在汽車從靜止加速到最大速度的過程中，牽引力F、 速度v和加速度a 分別隨時間怎樣變化？以恒定功率啟動的汽車從靜止開始做加速度減小的加速運動，達(dá)到最大速度vm后做勻速直線運動。2.汽車以恒定的牽引力啟動汽車質(zhì)量為m，以恒定的牽引力F 沿直線從靜止開始加速運動，運動過程中受到的阻力f 恒定，在汽車從靜止加速到最大速度的過程中，汽車速度v、加速度a和汽車功率（假設(shè)不超過額定功率）分別隨時間怎樣變化？以恒定牽引力啟動的汽車從靜止開始做勻加速直線運動，汽車牽引力功率也隨之增大，功率增大到額定功率時速度為v1，此后將在額定功率下加速運動，做加速度減小的加速運動，達(dá)到最大速度vm后做勻速直線運動。本題第（2）問的難點在于汽車在勻加速直線運動階段的牽引力與之后變加速直線運動和勻速直線運動階段的牽引力不同，瞬時功率也不同，我們需要判斷2s末汽車處于哪個運動階段，再去求它的瞬時功率。通過功率與牛頓第二定律的知識分析汽車以恒定功率啟動時牽引力F、 速度v和加速度a 分別隨時間如何變化           通過功率與牛頓第二定律的知識分析汽車以恒定牽引力啟動時牽引力F、 速度v和加速度a 分別隨時間如何變化                   通過解題中的示范，引導(dǎo)學(xué)生思考并解決問題。課堂小結(jié)今天的內(nèi)容我們就講到這里。請同學(xué)們回顧今天所學(xué)的以下問題：1.功率是怎樣定義的？2.平均功率和瞬時功率分別如何計算？3.額定功率和實際功率有什么區(qū)別？4.汽車有哪兩種啟動方式？汽車啟動時速度以怎樣的規(guī)律增大？通過今天的學(xué)習(xí)，希望大家能對功率的知識有新的認(rèn)識。  

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1 功與功率

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