高中物理必修2《功率》教案

  高中物理必修2《功率》教案

  教学目标

  1、知识与技能

  (1)理解功率的定义及额定功率与实际功率的定义;

  (2)P=w/t,P=Fv的运用。

  2、过程与方法

  (1)P=w/t通常指平均功率,为瞬时功率;

  (2)P=Fv,分析汽车的启动,注意知识的迁移。

  3、情感、态度与价值观:感知功率在生活中的实际应用,提高学习物理科学的价值观。

  教学重难点

  教学重点:理解功率的概念,并灵活应用功率的计算公式计算平均功率和瞬时功率。

  教学难点:正确区分平均功率和瞬时功率所表示的物理意义,并能够利用相关公式计算平均功率和瞬时功率。

  教学工具

  多媒体、板书

  教学过程

  一、功率、额定功率、实际功率

  1.基本知识

  (1)物理意义:功率是表示做功快慢的物理量.

  (2)定义:功W跟完成这些功所用时间t的比值叫做功率.

  (3)定义式:P=

  (4)单位:在国际单位制中,功率的单位是瓦特,简称瓦,符号是W.

  1 W=1 J/s,1 kW=103 W.

  (5)功率有平均功率和瞬时功率之分,用公式

  计算的一般是一段时间内的平均功率.

  (6)额定功率

  指电动机、内燃机等动力机械在额定转速下可以长时间工作时的输出功率.

  (7)实际功率

  指电动机、内燃机等动力机械工作时实际消耗的功率.

  实际功率往往小于额定功率,但在特殊情况下,如汽车越过障碍时,可以使实际功率在短时间内大于额定功率.

  2.思考判断

  (1)各种机械铭牌上所标功率一般是指额定功率.(√)

  (2)某机械工作时的实际功率一定比额定功率小.(×)

  (3)机械可以在实际功率等于额定功率的情况下长时间工作.(√)

  探究交流

  去过泰山的同学会遇到挑山工,假设挑山工和缆车将相同的货物运至山顶,两者对货物做的功相同吗?做功的功率相同吗?

  【提示】 两者对货物做的功都等于克服重力做的功,由于将相同的货物运往相同高度的山顶,因此两者做相同的功,而用缆车运送货物所用时间远小于挑山工的用时,根据功率定义知缆车的做功功率远大于挑山工的做功功率.

  二、功率与速度

  1.基本知识

  (1)功率与速度的关系式

  P=Fv(F与v方向相同).

  (2)推导

  (3)应用

  由功率速度关系式知,汽车、火车等交通工具和各种起重机械,当发动机的功率P一定时,牵引力F与速度v成反比,要增大牵引力,就要减小速度.

  2.思考判断

  (1)物体的速度为v,则重力的功率一定是mgv.(×)

  (2)汽车的速度越大,牵引力的功率也越大.(×)

  (3)汽车以恒定功率启动时,加速度减小.(√)

  探究交流

  在越野比赛中,汽车爬坡时,常常换用低速挡,这是为什么?

  【提示】 由P=Fv可知,汽车在上坡时需要更大的牵引力,而发动机的额定功率是一定的,换用低速挡的目的是减小速度,进而增大牵引力.

  【问题导思】

  1.什么是平均功率和瞬时功率?

  2.如何求平均功率和瞬时功率?

  3.P=Fv中的三个物理量有什么制约关系?

  1.平均功率

  平均功率表示在一段时间内做功的平均快慢.平均功率与某一段时间(或过程)相关,计算时应明确是哪个力在哪段时间(或过程)内做功的功率.

  2.瞬时功率

  P=Fv·cos α(α表示力F的方向与速度v的方向间的夹角),它表示力在一段极短时间内做功的快慢程度.瞬时功率与某一时刻(或状态)相关,计算时应明确是哪个力在哪个时刻(或状态)做功的功率.

  也可用于计算瞬时功率,此时时间极短,t→0,但在中学阶段较少用到.

  3.P=Fv中三个量的制约关系

  误区警示

  1.求平均功率时必须说明是哪段时间或哪一个过程的平均功率.可由

  或P=F计算.

  2.公式P=Fv仅适用于F与v方向相同的情况,若F与v方向不同,则用P=Fvcos α来计算功率,其中α是F与v的夹角.

  例:如图所示,质量为m=2 kg的木块在倾角θ=37°的斜面上由静止开始下滑,木块与斜面间的动摩擦因数μ=0.5,已知:sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,g取10 m/s2,求:

  (1)前2 s内重力做的功.

  (2)前2 s内重力的平均功率.

  (3)2 s末重力的瞬时功率.

  【审题指导】 解答本题应注意下列问题:

  (1)前2 s内重力方向上物体的位移.

  (2)前2 s内物体的平均速度.

  (3)2 s末物体的速度.

  (4)重力和速度的夹角.

  【答案】 (1)48 J(2)24 W (3)48 W

  规律总结:求解功率时应该注意的问题

  1.首先要明确是求哪个力的功率,是某个力的功率,还是物体所受合力的功率,汽车的功率是指汽车牵引力的功率,起重机的功率是指起重机钢丝绳拉力的功率.

  2.若求瞬时功率,需明确是哪一时刻或哪一位置,再确定该时刻或该位置的速度,应用公式P=Fv,如果F、v不同向,则投影到相同方向再计算.

  四、机动车的两种启动方式

  【问题导思】

  1.如何分析机车恒定功率启动时的运动性质?

  2.机车以恒定加速度启动时,功率怎么变化?

  3.如何用图象描述两种启动过程?

  1.分析机车以恒定功率启动的运动过程

  2.分析机车以恒定加速度启动的运动过程

  汽车先以恒定的加速度启动,达到额定功率P额后再以恒定功率运动,因此启动过程分为两个阶段:

  误区警示

  1.在P=Fv中因为P为机车牵引力的功率,所以对应的F是牵引力,并非合力.

  例:在水平路面上运动的汽车的额定功率为100 kW,质量为10 t,设阻力恒定,且为车重的0.1倍(g取10 m/s2).

  (1)求汽车在运动过程中所能达到的最大速度.

  (2)若汽车以0.5 m/s2的加速度从静止开始做匀加速直线运动,这一过程能维持多长时间?

  (3)若汽车以额定功率不变从静止启动后,当汽车的加速度为2 m/s2时,速度多大?

  【审题指导】 解答该题应注意以下问题:

  (1)汽车达到最大速度时牵引力等于阻力.

  (2)匀加速运动时牵引力恒定,且可用牛顿定律求出.

  (3)匀加速运动结束时汽车达到额定功率.

  【答案】 (1)10 m/s(2)13.4 s(3)3.3 m/s

  规律总结:机车启动问题的求法

  1.机车的最大速度vm的求法:机车达到匀速前进时速度最大,此时牵引力F等于阻力Ff,故

  五、功率问题的实际应用

  例:跳绳是一种健身运动,设某运动员的质量为50 kg,他每分钟跳180个,假定在每次跳跃中,脚与地面的接触时间占跳跃一次所需时间的2/5,则该运动员跳绳时克服重力做功的平均功率是多少?(g取10 m/s2)

  【答案】 75 W

  规律总结:求解本题的关键是求平均功率的时间应是跳跃一次时间T,而非上升过程所用时间2(t),即要明确求的是哪段时间内的平均功率.

  课后小结

  板书

  第三节 功 率

  1、功率

  在物理学中,一个力所做的功W跟完成这些功所用时间t的比值w/t,叫做功率。用p表示

  P = w / t

  功率的单位( J/s)或 瓦特,符号是W。1 kW=1 000W,另外还有一个应该淘汰的常用单位:马力,1马力=735 W。

  (1)p=w/t指平均功率。

  (2)用这个公式也可以表示瞬时功率,当△t→0。时,即表示瞬时功率。

  (3)功率是描述力对物体做功快慢的物理量。

  2、对额定功率和实际功率的学习

  (1)额定功率:指机器正常工作时的最大输出功率,也就是机器铭牌上的标称值。

  (2)实际功率:指机器工作中实际输出的功率。

  3、功率与速度

  根据公式P = F v

  (1)当功率P一定时,F与v成反比,即做功的力越大,其速度就越小。当交通工具的功率一定时,要增大牵引力,就要减小速度。所以汽车上坡时,司机用换档的办法减小速度来得到较大的牵引力。

  (2)当速度v一定时,P与F成正比,即做功的力越大,它的功率就越大。汽车从平路到上坡时,若要保持速率不变,必须加大油门,增大发动机功率来得到较大的牵引力。

  (3)当力F一定时,功率P与速度v成正比,即速度越大,功率越大。起重机吊起同一物体时以不同的速度匀速上升,输出的功率不等,速度越大,起重机输出的功率越大。

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