【同步備課】2020年高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)人教版必修2-7.3-功率

§7.3功率課題7.3功率備課時(shí)間上課時(shí)間總課時(shí)數(shù)課程目標(biāo)學(xué)問與技能1．知道功率的物理意義、定義式、單位。2．理解功率的導(dǎo)出式P=F·v的物理意義，并把握其用法，會(huì)利用功率的兩個(gè)公式來解釋現(xiàn)象和進(jìn)行計(jì)算。3．理解平均功率和瞬時(shí)功率，了解平均功率、瞬時(shí)功率、額定功率、實(shí)際功率的區(qū)分與聯(lián)系。過程與方法1．通過實(shí)例體驗(yàn)功率概念的形成過程及功率的實(shí)際意義，通過功率的定義過程，體會(huì)應(yīng)用比值方法建立物理概念的方法。2．學(xué)會(huì)求解各種不同的功率。3．運(yùn)用功率的不同表達(dá)式分析和解決動(dòng)力機(jī)械的運(yùn)動(dòng)問題。情感態(tài)度與價(jià)值觀1．使同學(xué)養(yǎng)成具體問題具體分析和嚴(yán)密思維的習(xí)慣。2．提高同學(xué)理論聯(lián)系實(shí)際、解決實(shí)際問題的力量。3．培育同學(xué)敢\o"中國訓(xùn)練出版網(wǎng)\""于發(fā)表自己觀點(diǎn)、擅長合作的良好習(xí)慣。教學(xué)重點(diǎn)1．理解功率的概念。2．知道功率的種類及其計(jì)算。教學(xué)難點(diǎn)1．功率的表達(dá)式P=F·v的物理意義和運(yùn)用。2．瞬時(shí)功率和平均功率的計(jì)算。教學(xué)過程二次備課新課導(dǎo)入老師：人們在生產(chǎn)、生活和工作中使用了大量的機(jī)械來做功，這與人力直接做功或畜力做功，在完成功的快慢方面有何不同？請舉例說明。猜測同學(xué)所舉事例可能有：1、人上高樓（如8層樓）時(shí)，乘電梯比走路要快得多；2、拖拉機(jī)耕地\o"中國訓(xùn)練出版網(wǎng)\""比牛耕地要快得多；3、挖土機(jī)與人，要完成相同的挖土任務(wù)，人花的時(shí)間要長得多；4、從水井里提水，使用抽水機(jī)比人工要快得多；5、……功是能量轉(zhuǎn)化的量度，人們格外關(guān)注做功的多少。然而不同的機(jī)械或人，其做功的快慢是不同的。老師：在建筑工地上分別接受以下三種方式，把1t的貨物從地面運(yùn)到三樓，方式一：搬運(yùn)工分批搬運(yùn)，需時(shí)間3h方式二：用一臺(tái)起重機(jī)提升，需時(shí)1min方式三：用另一臺(tái)起重機(jī)提升，需時(shí)30s上述三種狀況下，把貨物由地面運(yùn)到三樓時(shí)，請思考以下問題：1、用不同的方式，對貨物所做的功是否相同？2、所用時(shí)間不同，三種方式中做功的快慢是否相同？結(jié)論：對重物所做的功相同，但所用時(shí)間不同，說明做功快慢不同。說明：通過引導(dǎo)同學(xué)分析有關(guān)事例，形成初步共識：人們選用機(jī)械來做功時(shí)，不僅要考慮做功多少，還要考慮機(jī)械做功的快慢。如挖掘機(jī)做功比人快；大卡車比拖拉機(jī)做功快；拖拉機(jī)耕地比牛耕地要快；起重吊車比搬運(yùn)工人做功快；抽水機(jī)比轆轤提水快，等等。爭辯做功的快慢有著重要的實(shí)際意義。通過實(shí)際問題讓同學(xué)感性地生疏做功的快慢。老師：不同的機(jī)器或物體做功有快有慢，如何來衡量做功的快慢呢？請同學(xué)們思考并提出解決\o"中國訓(xùn)練出版網(wǎng)\""方案。猜測同學(xué)可能有以下生疏：1、選擇相同時(shí)間，比較做功多少，做功多的，做功就快；2、選擇做相同的功，比較做功的時(shí)間長短，時(shí)間長的，做功就慢；3、類比“速度”的定義方法，用做功和完成這些功所花的時(shí)間的比值來定義“功率”；4、……說明：對同學(xué)提出的各種方案可能有問題或不完整，老師應(yīng)鼓舞同學(xué)在溝通中補(bǔ)充完善自己的生疏。教學(xué)中留意引導(dǎo)同學(xué)類比如“速度”、“加速度”概念的定義方法，體會(huì)比值法定義功率概念。新課推動(dòng)一、功率的含義1．定義：功W與完成這些功所用時(shí)\o"中國訓(xùn)練出版網(wǎng)\""間t的比值叫做功率。（板書）2．定義式：P=W/t（板書）3．物理意義：表示物體做功快慢的物理量。（板書）4．單位：（板書）老師請一位同學(xué)正確地說出定義式中各個(gè)字母所表示的物理量及其單位。國際單位：瓦特（w），常用單位：千瓦（kw）或焦耳/秒（J/s）（板書）W→功→單位：焦耳（J）ｔ→做功所用時(shí)間→單位：秒(s)換算關(guān)系：１kw=1000w１w=１J/s（板書）說明：用已知物理量的比值定義新的物理量，是建立物理概念常用的方法。使用該方法能夠進(jìn)一步揭示和表述被探究對象的某些物理性質(zhì)及變化規(guī)律，像我們已經(jīng)爭辯過的速度、加速度等物理量就是用這種方法來定義的。5.功率是標(biāo)量，功率表示做功過程中能量轉(zhuǎn)化的快慢。（板書）6.爭辯與溝通：小試驗(yàn)：把一段粉筆放在書的封面上，打開書的封面形成一個(gè)斜面，并使粉筆開頭下滑。請同學(xué)認(rèn)真分析一下，在下滑的過程中粉筆共受到幾個(gè)力的作用？哪些力做正功？哪些力做負(fù)功？哪些力不做功？假如斜面的傾角增大，狀況會(huì)有什么變化？傾角增大時(shí)，功率是否也增大？提示：（1）比較不同傾角時(shí)的功率，應(yīng)留意粉筆開頭下滑處的高度應(yīng)相同。爭辯功率時(shí)須指明哪個(gè)力的功率。（2）試驗(yàn)的分析爭辯，要留意所分析的是某個(gè)力的平均功率。留意引導(dǎo)同學(xué)進(jìn)行受力分析、做功分析，可利用功率的定義式，在理論上進(jìn)行推演，使思維更加嚴(yán)密。7.一些常見機(jī)械做功功率（1）汽車發(fā)動(dòng)機(jī)5×104W～15×104W

（2）摩托車約2×103W

（3）噴氣客機(jī)約2×108W

（4）人心臟跳動(dòng)的功率1.5W左右（5）火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)約1×1013W

（6）萬噸巨輪106W以上（7）藍(lán)鯨游動(dòng)的功率可達(dá)350kW（8）人的平均功率約1×102W（9）優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員短時(shí)間內(nèi)的功率可達(dá)1000W

二、功率P與力F、速度v的關(guān)系（板書）1.功率與力、速度的關(guān)系推導(dǎo)（板書）老師：一部汽車載重時(shí)和空車時(shí)，在大路上以相同的速度行駛，試爭辯這兩種狀況下汽車的輸出功率是否相同？為什么？猜測同學(xué)的回答可能有：（1）載重汽車與地摩擦力較大，牽引力也大，由于行駛速度一樣，故相同時(shí)間內(nèi)，載重車的牽引力做功較多，所以載重汽車的輸出功率較大；（2）載重汽車行駛得比空車慢，因此功率較?。唬?）載重汽車比空車費(fèi)勁，因此載重車的輸出功率較空車時(shí)要大些；（4）……說明：上述分析爭辯的目的是啟發(fā)同學(xué)思考功率與力和速度有何關(guān)系。同學(xué)分析可能會(huì)消滅片面和不完整回答，老師要參與到同學(xué)的爭辯分析中，掛念、啟發(fā)和引導(dǎo)同學(xué)形成正確的生疏。得出正確的答案(1)。接著，老師引導(dǎo)同學(xué)思考，如何計(jì)算牽引力的功率。老師：某汽車在平直大路上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，已知其牽引力大小為F，運(yùn)行速度為v，試求此時(shí)汽車牽引力F的功率為多少？2.公式：P=Fv（F與位移s或v同方向）（板書）即力F的功率等于力F和物體運(yùn)動(dòng)速度v的乘積.。留意F是速度v方向上的作用力。分析爭辯：由v=s/t求出的是物體在時(shí)間ｔ內(nèi)的平均速度，代入公式P=Fv求出的功率是F在時(shí)間ｔ內(nèi)的平均功率；假如ｔ取得足夠小，則v表示瞬時(shí)速度，此時(shí)由Ｐ＝Fv求得的功率就是F在該時(shí)刻的瞬時(shí)功率。即當(dāng)v為平均速度時(shí)，求得的功率就是平均功率，v為瞬時(shí)速度時(shí)，求得的功率就是瞬時(shí)功率?？偨Y(jié)：v是平均速度，P是平均功率（F為恒力，且F與同向）P=Fvv是瞬時(shí)速度，P是瞬時(shí)功率（板書）說明：假如物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)，由于瞬時(shí)速度與平均速度相等，故此時(shí)平均功率等于瞬時(shí)功率。老師：汽車以額定功率在平直大路行駛時(shí)，若前方遇到了一段較陡的上坡路段，汽車司機(jī)要做好什么調(diào)整，才能確保汽車駛到坡頂？為什么？猜測同學(xué)的回答可能有：（1）加大油門，汽車可順當(dāng)行駛到達(dá)坡頂。（2）汽車要換檔，才能順當(dāng)行駛到達(dá)坡頂。（3）……師生共同分析：（1）依據(jù)P=Fv知，汽車以額定功率行駛，因遇上坡路段，汽車所需的牽引力增大了，若要保持行駛速度不變，這是不行能的；加大油門，只會(huì)增加發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率（超過額定功率），發(fā)動(dòng)機(jī)將因超負(fù)荷而過熱損壞。（2）這是一種正確的操作方式，當(dāng)司機(jī)將發(fā)動(dòng)機(jī)的速度檔位調(diào)低后，速度減小了，牽引力加大了，只要牽引力足夠，汽車便可順當(dāng)上坡。老師依據(jù)課堂需要還可以提出一些問題讓同學(xué)進(jìn)一步爭辯，如：（1）汽車上坡的時(shí)候，司機(jī)常用換擋的方法來減小速度，為什么？（2）汽車上坡時(shí)，要保持速度不變，應(yīng)如何做？（3）起重機(jī)在豎直方向勻速吊起某一重物時(shí)，為什么發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率越大，起吊速度就越大？思考：汽車等交通工具，如何才能獲得更大的行駛速度？老師：由P=W/t求出的是瞬時(shí)功率還是平均功率\o"中國訓(xùn)練出版網(wǎng)\""?同學(xué)小組爭辯后得出：由公式P=W/t求出的功率，反映了該力在t時(shí)間內(nèi)做功的平均快慢，故由公式P=W/t求出的功率是平均功率。老師：人力直接做功能否像汽車做功那樣快呢？汽車做功能否像飛機(jī)做功那樣快呢？人假如做功過快，會(huì)產(chǎn)生什么后果呢？汽車超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生什么后果呢？（人做功過快，會(huì)引起疲憊、甚至受傷、生病等，汽車超負(fù)荷工作會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)熄火或燒毀。）老師：奧運(yùn)長跑運(yùn)動(dòng)員能否用100m短跑的速度來完成5000m的賽跑路程呢？為什么？（奧運(yùn)競賽是一種挑戰(zhàn)運(yùn)動(dòng)局限的競賽，人與機(jī)器一樣，不能長時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)動(dòng)，短跑運(yùn)動(dòng)員在100m賽跑中，時(shí)間不過是十幾秒，能以最大的速度跑完全程，此時(shí)運(yùn)動(dòng)員的輸出功率是正常時(shí)的數(shù)十倍。在5000m的長跑運(yùn)動(dòng)中，運(yùn)動(dòng)員不行能長時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)動(dòng)，因此長跑運(yùn)動(dòng)員不行能始終保持百米賽跑那樣的速度。）說明：讓同學(xué)通過思考自己身邊所生疏的問題，生疏額定功率和實(shí)際功率的概念以及概念的意義。老師：你對“額定功\o"中國訓(xùn)練出版網(wǎng)\""率和實(shí)際功率以及平均功率和瞬時(shí)功率”是怎樣理解的？①額定功率：指動(dòng)力機(jī)械在長時(shí)間正常工作時(shí)最大輸出功率。也是機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)銘牌上的標(biāo)稱值。額定功率是動(dòng)力機(jī)械重要的性能指標(biāo)，一個(gè)動(dòng)力機(jī)械的額定功率是肯定的，機(jī)器不肯定都在額定功率下工作。②實(shí)際功率：機(jī)械在運(yùn)行過程中實(shí)際輸出的功率是實(shí)際功率。實(shí)際功率可以小于額定功率，可以等于其額定功率（稱滿負(fù)荷運(yùn)行），但不能大于額定功率，否則簡潔將機(jī)械損壞。機(jī)車啟動(dòng)過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率指牽引力的功率而不是合外力或阻力的功率。③平均功率：物體在一段時(shí)間內(nèi)做功功率的平均值叫平均功率。通常用定義式P=W/t描述，只有當(dāng)物體勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，才等于瞬時(shí)功率。④瞬時(shí)功率：物體在某一時(shí)刻的功率叫做瞬時(shí)功率。通常用P=Fv表示，必需留意F、v與P的同時(shí)性。很多機(jī)械的銘牌上都標(biāo)有這臺(tái)機(jī)器的額定功率，請同學(xué)將家里的電器設(shè)備上的額定功率都記錄下來，計(jì)算家里的每部機(jī)器每天要做多少功？要消耗多少電能？哪一部機(jī)器最耗電？并與同學(xué)進(jìn)行溝通。老師：（課件呈現(xiàn)）（1）當(dāng)牽引力F肯定時(shí)，功率P和速度v之間有什么關(guān)系？（2）當(dāng)速度v肯定時(shí)，牽引力F和功率P之間關(guān)系如何？（3）當(dāng)輸出功率P肯定時(shí)，牽引力F和速度v之間有什么關(guān)系？依據(jù)公式P=Fv可知，物體的運(yùn)動(dòng)速度v與牽引力F成反比，假如汽車需要較大的牽引力，就必需減小運(yùn)動(dòng)速度。課件呈現(xiàn)下列關(guān)系：F肯定時(shí)，P∝v（板書）據(jù)P=Fv可得v肯定時(shí)，P∝F（板書）P肯定時(shí)，F(xiàn)∝（板書）3.推廣式：\o"中國訓(xùn)練出版網(wǎng)\""P=Fvcosα（α為力F與瞬時(shí)速度v方向間的夾角）說明：（1）當(dāng)F為合外力時(shí)，P為合外力做功的功率；當(dāng)F為某一外力時(shí)，P為該力做功的功率；（2）在汽車等交通工具一類問題中，式中P為發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率，F(xiàn)為發(fā)動(dòng)機(jī)的牽引力，v為汽車的瞬時(shí)速度。二、例題講解1、功率的計(jì)算例1、從空中以40m/s的初速度沿著水平方向拋出一個(gè)重為10N的物體，不計(jì)空氣阻力，取g=10m/s2，求(1)在拋出后3s內(nèi)重力的功率。(2)在拋出后3s時(shí)重力的功率(設(shè)3s時(shí)未落地)。解析(1)3s內(nèi)的功率是指平均功率，3s內(nèi)重力做功，故。(2)3s時(shí)的功率是指瞬時(shí)功率，應(yīng)用求解，結(jié)合平拋學(xué)問得mg·gt=10×10×3=300W。例2、一個(gè)質(zhì)量為m的物體，從高度為h，長度為L的光滑斜面頂端由靜止開頭下滑，求物體到達(dá)斜面底端時(shí)重力做功的功率？θ2-3-1解析：本題所求重力做功的功率，應(yīng)為瞬時(shí)功率P=mgvcosα，而速度v是沿著斜面對下的。如圖2-3-1，設(shè)斜面的傾角為θ，依據(jù)而α＝（90○－θ），θ2-3-1所以點(diǎn)評：本題主要考查對瞬時(shí)功率的計(jì)算，要求同學(xué)們對三角關(guān)系理解通徹，并且機(jī)敏運(yùn)用公式.（引發(fā)同學(xué)思考，讓同學(xué)從身邊生活查找做功快慢的事例，并思考機(jī)械與人或畜力做功快慢的差異。）（列舉生產(chǎn)、生活中發(fā)生的事例，使同學(xué)體會(huì)功率與生活、生產(chǎn)息息相關(guān)，無處不在，爭辯功率具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，并引導(dǎo)同學(xué)留意觀看身邊物理現(xiàn)象，體會(huì)到物理學(xué)問就在我們身邊，感悟物理規(guī)律爭辯的價(jià)值，激起同學(xué)的求知欲。）（分析一些生產(chǎn)事例、工作場面，或呈現(xiàn)一些做功快慢不同的圖片。有條件的狀況下還可通過多媒體手段更生動(dòng)地呈現(xiàn)這些畫面和情景，使同學(xué)對做功快慢的情形有更為形象和具體的生疏，從而為建立正確的“