1、3 功率功率 整体设计整体设计 “理解功率， 关心生产和生活中常见机械功率的大小及其意义”是 普通高中物理课程标准 共同必修模块“必修 2”中对于功率一节的内容标准要求.旨在要求学生理解功率的概念， 会进行 功率的计算；会分析汽车发动机功率一定时，牵引力和速度的关系；尝试自己设计实验，测 量机械在工作中的功率.由于功率在生活、生产中应用很广，教学中可充分利用这一优势，指 导多举实例，使抽象的物理概念变得容易接受.发展学生应用知识解决实际问题的能力，树立 正确的价值观. “功率”概念的建立， 采用了物理学中经常使用的比值定义法， 所以本节课的教学应立足于 培养学生的思维能力，通过学习物理研究方法
2、，使学生学会思考问题.在机车启动过程的分析 着重培养学生的逻辑思维，引导学生认识物理与社会生活的密切联系，综合运用动力学知识 和功率概念分析问题和解决问题的能力.通过学生设计测量机械功率的实验，达到学以致用的 目的，培养学生运用科学知识解决实际问题的能力. 功率的概念、功率的物理意义是本节的重点内容，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.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
3、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，最好采用课后专题讲座的形式进 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. 教学重点教学重点 理解功率的概念. 教学难点教学难点 理解功率与力、速度的关系，瞬时功率和平均功率的计算. 课时安排课时安排 1 课时 三维目标三维目标 知识与技能 1.理解功率的概念. 2.知道功率的定义和定义式 P= t W ，能够用公式 P= t W 解答有关的问题. 3.知道公式 P=Fv 的物理意义，能够用公式 P=Fv 解答有关的问题. 4.区
4、别理解额定功率、实际功率和最大功率. 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，培养学生学以致用的思想. 教学过程教学过程 导入新课导入新课 多媒体导入多媒体导入 用多媒体分别演示两幅画面，并进行对比. 画面一：一台起重机在 1 分钟内把 1 吨重的货物匀速提到预定
5、的高度. 画面二：另一台起重机在 30 秒内把 1 吨货物体匀速提到相同的高度. 教师指导学生观察刚才画面上展示的两个过程中，起重机都对物体做了功，且做的功是 相同的，但是它们完成这些功所用的时间不同，第一台起重机做功所用时间长，我们说它做 功慢；第二台起重机做同样的功，所用的时间短，我们说它做功快.通过上述例子，我们知道 力对物体做功有快慢之分，今天我们就来学习表示物体做功快慢的物理量功率. 情景导入情景导入 教师指导学生回忆日常生活中人们劳动时的情景，并分组让学生举例，讨论分析人和机 械做功有什么区别，教师归纳. 1.挖土机与人，要完成相同的挖土任务，人花的时间要长得多. 2.建筑工地上要
6、把砖块或水泥等建筑材料搬到楼顶上，起重机和搬运工相比，起重机要比工人 快得多. 3.从水井里提水，使用抽水机比人工要快得多 4.家住在高楼（如 9 层） ，乘电梯比走路要快得多. 5.拖拉机耕地比牛耕地要快得多，等等. 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，研究功率具有重要 的现实意义.引出本节课的学习内容功率. 图片导入图片导入 大屏幕投影有关功率的几幅图片，并提供相应的性能参数，让同学们仔细观察，体会即 将学习的物理量功率，是衡量机械的重要参数. 自行车长时间前进功率约 70 W；优秀运动员短时间功率可达到 1 kW 韶山型电力机车输出功率为 4 200 kW 通
7、过观察图片，引导学生体会，在不同的机械装置中，功率这一参数的数值是不同的， 它就是用来描述物体做功快慢的.学习了本节课，我们会对“功率”这一参数，有更加深刻的理 解. 推进新课推进新课 一、功率 首先以提问方式复习上一节所学习的主要内容，重点是功的概念和功的物理意义.然后提 出力对物体做功的实际问题中，不但存在着做功多少的问题，还有做功快慢的区别.做功多少 的计算我们上节课已经讨论了功的计算公式，引导学生思考：物理学中又是如何来描述做功 快慢的呢？物理学中为了描述力对物体做功的快慢， 引入了“功率”这一物理量， 本节课我们就 来研究这个问题. 情境设置 1：现有甲、乙两人摘棉花，甲 6 天摘了
8、 500 kg，乙 8 天摘了 600 kg，你打算怎样比 较谁摘得快,并说出你的方法. 情境设置 2：力 F1对甲物体做功为 W1，所用时间为 t1；力 F2对乙物体做功为 W2，所用时间 为 t2，在下列条件下，哪个力做功快（ ） AW1=W2，t1t2 BW1=W2，t1t2 CW1W2，t1=t2 DW1W2，t1=t2 学生能够想到利用工作量与时间的比值来衡量甲、 乙两人的工作快慢.用比值来反映快慢， 比值大的快，比值小的慢. 在以上基础上，继续创设情境，引出“功率”的概念. 对于功率的概念，初中已经作了初步的学习，因此学生在理解上较为容易.教师直接创设 情景主要是让学生感受“功率”
9、这一概念提出的必要性. 总结：做功快慢的比较有两种方式：一是比较完成相同的功所用的时间；另一是比较在 相同的时间内完成的功. 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 t W ，叫做功率.用 P 表 示，即 P= t W . 物理意义：功率是描述力对物体做功快慢的物理量. 上式是功率的定义式，也是功率的量度式，P 与 W、t 间无比例关系，做功的快慢由做功 的物体本身决定.根据这一公式求出的是平均功率，同时这个公式变形后给我们提供了一种求 功的方法：W=Pt. 指导学生说出公式中各个字母所表示的物理量和单位.并概括功率的单位，国际单位：瓦 特，常用单位有千瓦. 【讨论与
10、交流】 小实验：把一枚硬币放在书的封面上，打开书的封面形成一个斜面，并使硬币开始下滑.请同 学仔细分析一下，在下滑的过程中硬币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？ 提示：提示：比较不同倾角时的功率，应注意硬币开始下滑处的高度应相同.讨论功率时须指明哪 个力的功率. 实验的分析讨论，要注意所分析的是某个力的平均功率.注意引导学生进行受力分析、做功 分析，可利用功率的定义式，在理论上进行的推演，使思维更加严密. 开拓视野：认识一些常见机械做功功率 汽车发动机：5 104 W15 104 W 摩托车约 2
11、 103 W 喷气客机约 2 108 W 火箭的发动机约 1 1013W 人的平均功率约 1 102 W，优秀运动员短时间内的功率可达 1 000 W 人心脏跳动的功率 1.5 W 左右 万吨巨轮 106 W 以上 蓝鲸游动的功率可达 350 kW 等等. 例例 一个物体在 F 的作用下，在时间 t 内发生的位移为 s，已知作用力 F 的方向和位移方向相 同，求： （1）力 F 所做的功;（2）力 F 的功率. 解答解答：略. 由此得到功率的另一种求解公式 P=Fv， 即力 F 的功率等于力 F 和物体运动速度 v 的乘积.由于 v=s/t 求出的是物体在时间 t 内的平均速度.则 P=Fv
12、求出的是 F 在时间 t 内的平均功率.如果 t 取得足够小，则 v 就可以为某一时刻的瞬时速度,据 P=Fv 求出的就是 F 在该时刻的瞬时功率. 讨论：由 P=W/t 求出的是平均功率还是瞬时功率？ 综合学生讨论得到：由于据 P=W/t 求出的功率反映的是做功的平均快慢程度，所以，据P=W/t 求出的是平均功率. 总结：P=W/t 求平均功率 P=Fv 可求瞬时速度（v 是瞬时速度） P=Fv 可求平均速度（v 是平均速度） 课堂训练课堂训练 1.一台机器用 2 分钟时间做了 6 104 J 的功，这台机器的功率是多少？ 2.关于功率，下列说法中正确的是（ ） A.功率是说明做功多少的物理
13、量 B.功率是说明力做功快慢的物理量 C.做功时间越长，功率一定小 D.力做功越多，功率一定大 答案：答案：1.500 W 2.B 二、额定功率与实际功率 问题 1： 人用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？ 问题 2:长跑运动员能否用 100 米短跑的速度来完成 5 000 米的赛跑路程呢?为什么? 提示：提示：1.人做功过快，会引起疲劳,甚至受伤、生病等，汽车超负荷工作会造成发动机熄火或 烧毁. 2.奥运比赛是一种挑战运动极限的比赛，人与机器一样，不能长时间超负荷运动，短跑运动员 在 100
14、米赛跑中，时间不过是十几秒，能以最大的速度跑完全程，此时运动员的输出功率是 正常时的数十倍.在 5 000 米的长跑运动中，运动员不可能长时间超负荷运动，因此长跑运动 员不可能一直保持百米赛跑那样的速度. 总结： 1.额定功率：指机械在长时间正常工作时的最大输出功率,也是机械发动机铭牌上的标称值， 额定功率是动力机械重要的性能指标，一个动力机械的额定功率是一定的. 2.实际功率：机械在运行过程中的功率是实际功率，实际功率可以小于额定功率，可以等于其 额定功率（称满负荷运行） ，但不能大于额定功率，否则会损坏机械. 课外作业：很多机械的铭牌上都标有这台机器的额定功率，请同学将家里的电器设备上的额
15、 定功率都记录下来，并计算家里的每部机器每天要做多少功？要消耗多少电能？哪一部机器 最耗电？并与同桌进行交流. 三、功率与速度 根据力、位移、时间与功率之间的联系，指导学生推导出功率与速度的关系式. 自主活动：学生结合课本内容，推导功率与速度的关系式. 教师巡回指导，发现问题及时帮助学生解决;投影学生的推导过程，点评、总结;分析公式 的意义. 问题：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. 学生阅读教材，讨论、推理、作答. 结论:根据公式 P=Fv. 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.
16、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，司机用换挡的办法减小速度来得到较大 的牵引力. 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. 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. 教师投影教材上的例题，引导学生独立审题，分析后写出解题过程. 投影学生的求解过程，总结点评. 例例 2 如图所示， 位于水平面上的物体 A 的质量 m=5
17、 kg， 在 F=10 N 的水平拉力作用下从静止 开始向右运动，位移为 s=36 m 时撤去拉力 F.求：在下述两种条件下，力 F 对物体做功的平均 功率各是多大？(取 g=10 m/s2) (1)水平面光滑； (2)物体与水平面间的动摩擦因数 =0.15. 解题思路 1:可分为三个阶段：第一步让学生计算力 F 在 36 m 位移中所做的功，强调功只由 F 和 s 这两个要素决定，与其他因素无关，因而两种情况下力 F 做的功相同，均为 W=360 J; 第二步由同学计算这两次做功所用的时间.用牛顿第二定律求出 a1=2 m/s2,a2=0.5 m/s2;用 s= 2 2 1 at分别求出 t
18、1=6 s，t2=12 s. 第三步用功率的定义式即平均功率的计算公式求得 P1=60 W，P2=30 W. 解题思路 2:用公式 vt2=2as 分别求出每次的末速度，再用公式=vt/2 求出每次的平均速度1和2, 最后用 P1=F1和 P2=Fv2求最后结果,这是解决问题的另一思路. 课堂训练课堂训练 质量 m=3 kg 的物体，在水平力 F=6 N 的作用下，在光滑的水平面上从静止开始运动，运 动时间 t=3 s，求： (1)力 F 在 t=3 s 内对物体所做的功； (2)力 F 在 t=3 s 内对物体所做功的平均功率； (3)在 3 s 末力 F 对物体做功的瞬时功率. 解答：解答
19、：物体在水平力 F 的作用下，在光滑水平面上做初速度为零的匀加速直线运动，根据牛 顿第二定律可求出加速度 a=F/m=2 m/s2 则物体在 3 s 末的速度 v=at=6 m/s. 物体在 3 s 内的位移 s= 2 2 1 at= 2 1 2 32 m=9 m (1)力 F 做的功 W=Fs=54 J (2)力 F 在 3 s 内的平均功率 P= t W =18 W (3)3 s 末力 F 的瞬时功率 P=Fv=36 W. 课堂小结课堂小结 引导学生回顾本节主要内容. 1.功率是表示物体做功快慢的物理量. 2.功率的单位有 W、kW，1 kW=1 000 W. 3.功率的求解公式有：P=W
20、/t、P=Fv 其中 P=W/t 和 P=Fv 可用来求解平均功率，而 P=Fv 也可 用来求解瞬时功率. 4.要会用 P=Fv 分析汽车的两种启动过程. 布置作业布置作业 1.教材“问题与练习”第 1、2 题. 2.认真观察身边的电器铭牌，记录电器的额定功率，并与同学交流. 板书设计板书设计 3 功率 一、功率 1.定义：功和完成这些功所用时间的比值. 2.表达式：P= t W ,变形式:P=Fv. 3.单位：W、kW. 二、额定功率与实际功率 1.额定功率：正常条件下可以长时间工作的功率. 2.实际功率：机车实际输出的功率. 三、功率与速度的关系 P=Fv. 活动与探究活动与探究 课题：探
21、究某种运动中人做功的功率，让学生设计一个测量方案，并进行实际测量. 目的：培养学生应用物理知识解决实际问题能力，并通过亲身的实验，达到内化知识，提升 能力的目的,同时也在实验过程中培养学生严谨的科学态度. 过程：教师激励学生积极思考,设计可行方案，动脑动手，体验科学实验方法和感受实验成果 的喜悦.放手让学生自行讨论、分工，这样才能培养学生的实验能力，给学生以合作交流的机 会.方案选定后， 要注意引导学生如何求功和功率， 需要选择哪些实验器材， 测量哪些物理量？ 测量是否存在误差问题，如何才能较准确地测量.根据学生设计的方案，组织学生进行实验.最 后实验结果，让学生通过实物展台进行交流汇报，师生
22、共同观看，最后还可以进行评选活动. 实验方案举例： （让学生结合自己的情况来进行设计实验） 方案 1：学生提一桶水上楼时的平均功率. 方案 2：设计沿某一竹竿和树干上爬一定的高度，来测量做功功率. 方案 3：运动会上，百米比赛的同学的最大功率. 方案 4：测算自己举起杠铃时的最大功率. 习题详解习题详解 1解答：解答：在货物匀速上升时，电动机对货物的作用力大小为 F=G=27 105 N 由 P=Fv 可得 v= 5 3 107 . 2 1010 F P m/s=37 10-2m/s. 2解答：解答：这台抽水机的输出功率为 P= 1 101030 t mgh t W W=3 103 W 它半小
23、时能做功 W=Pt=3 103 1 800 J=5.4 106 J. 3解答：解答：此人推导的前提不明确.当 F 增大时，根据 P=Fv 推出，P 增大的前提应是 v 不变， 从 v= F P 推出，P 增大则 v 增大的前提是 F 不变，从 F= v P 推出，v 增大 F 减小的前提是 P 不 变. 说明：说明：对这类物理问题的方向，应注意联系实际，有时机械是以一定功率运行的，这时 P 一 定，则 F 与 v 成反比.有时机械是以恒定牵引力工作的，这时 P 与 v 成正比. 4解答：解答： （1）汽车的加速度减小，速度增大.因为，此时开始发动机在额定功率下运动，即 P=F牵v.v 增大则
24、F牵减小，而 a= m FF 牵 ，所以加速度减小. （2）当加速度减小到零时，汽车做匀速直线运动，F牵=F，所以 v= F P ，此为汽车在功率 P 下 行驶的最大速度. 设计点评设计点评 “功率”这一概念在日常生活中与人们的联系较为密切， 学生也有接触， 因此在实际的教学 中，教学设计立足于实际生活，采用让学生“自主举例、自主提问、自主探讨、自主总结”的探 究方式.加强了与生产生活的结合，体现了物理知识学以致用的思想.“功率”与生活、生产联系 密切，在引入功率、额定功率、实际功率等概念时，注意通过生产、生活的具体实例引入， 增强了学生学习的趣味性与知识性， 使学生便于认识和理解“功率”概念， 有利于激发学生的学 习热情.在知识形成过程中，教学设计注重引导学生学习科学思维方法，体会比值法在定义“功 率”概念的作用， 提高学生的应用科学思维方法解决问题的能力.通过设计测定人在某种运动中 做功功率实验，来达到内化和强化物理概念和物理规律的理解，实现知识由理论向实践的转 化，加强物理与生活、生产和科技的联系.本教学设计在实际的教学过程中，能够充分地发挥 学生的主观能动性，体现新课标的知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观的三维设计 目标.
