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第3節(jié) 功率 進行新課 一、功率的含義 1．定義：功W與完成這些功所用時間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）教師請一位同學(xué)正確地說出定義式中各個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→做功所用時間→單位：秒(s) 換算關(guān)系：１kw = 1000 w１w=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)研究過的速度、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. 討論與交流： 小實驗：把一段粉筆放在書的封面上，打開書的封面形成一個斜面，并使粉筆開始下滑。請同學(xué)仔細分析一下，在下滑的過程中粉筆共受到幾個力的作用？哪些力做正功？哪些力做負(fù)功？哪些力不做功？如果斜面的傾角增大，情況會有什么變化？傾角增大時，功率是否也增大？ 提示： （1）比較不同傾角時的功率，應(yīng)注意粉筆開始下滑處的高度應(yīng)相同。討論功率時須指明哪個力的功率。 （2）實驗的分析討論，要注意所分析的是某個力的平均功率。注意引導(dǎo)學(xué)生進行受力分析、做功分析，可利用功率的定義式，在理論上進行推演，使思維更加嚴(yán)密。 7. 一些常見機械做功功率 （1）汽車發(fā)動機5104 W～15104 W （2）摩托車約2103 W （3）噴氣客機約2108 W （4）人心臟跳動的功率1.5W左右 （5）火箭的發(fā)動機約11013 W （6）萬噸巨輪106W以上 （7）藍鯨游動的功率可達350kW （8）人的平均功率約1102 W （9）優(yōu)秀運動員短時間內(nèi)的功率可達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） 教師：一部汽車載重時和空車時，在公路上以相同的速度行駛，試討論這兩種情況下汽車的輸出功率是否相同？為什么？ 預(yù)測學(xué)生的回答可能有： （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??； （3）載重汽車比空車費力，因此載重車的輸出功率較空車時要大些； （4）…… 說明：上述分析討論的目的是啟發(fā)學(xué)生思考功率與力和速度有何關(guān)系。學(xué)生分析可能會出現(xiàn)片面和不完整回答，教師要參加到學(xué)生的討論分析中，幫助、啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生形成正確的認(rèn)識。得出正確的答案(1)。 接著，教師引導(dǎo)學(xué)生思考，如何計算牽引力的功率。（讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識和功率定義式進行推演，培養(yǎng)良好的科學(xué)思維能力和思維習(xí)慣） 教師：某汽車在平直公路上做勻速直線運動，已知其牽引力大小為F，運行速度為v，試求此時汽車牽引力F的功率為多少？ （注意引發(fā)學(xué)生思考解決問題的思路，應(yīng)用功和功率的定義式進行分析和推導(dǎo)。） 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和物體運動速度v的乘積.。注意F是速度v方向上的作用力。 分析討論：由v = s / t求出的是物體在時間ｔ內(nèi)的平均速度，代入公式P=F v求出的功率是F在時間ｔ內(nèi)的平均功率；如果ｔ取得足夠小，則v表示瞬時速度，此時由Ｐ＝Fv求得的功率就是F在該時刻的瞬時功率。即當(dāng)v為平均速度時，求得的功率就是平均功率，v為瞬時速度時，求得的功率就是瞬時功率。 總結(jié)： v是平均速度，P是平均功率（F為恒力，且F與同向）（板書） P=Fv v是瞬時速度，P是瞬時功率（板書） 說明：如果物體做勻速直線運動，由于瞬時速度與平均速度相等，故此時平均功率等于瞬時功率。 教師：汽車以額定功率在平直公路行駛時，若前方遇到了一段較陡的上坡路段，汽車司機要做好什么調(diào)整，才能確保汽車駛到坡頂？為什么？ 預(yù)測學(xué)生的回答可能有： （1）加大油門，汽車可順利行駛到達坡頂。 （2）汽車要換檔，才能順利行駛到達坡頂。 （3）…… 師生共同分析： （1） 根據(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，這是不可能的；加大油門，只會增加發(fā)動機的輸出功率（超過額定功率），發(fā)動機將因超負(fù)荷而過熱損壞。 （2） 這是一種正確的操作方式，當(dāng)司機將發(fā)動機的速度檔位調(diào)低后，速度減小了，牽引力加大了，只要牽引力足夠，汽車便可順利上坡。 教師根據(jù)課堂需要還可以提出一些問題讓學(xué)生進一步討論，如： （1）汽車上坡的時候，司機常用換擋的方法來減小速度，為什么？ （汽車上坡的時候，司機常用換擋的方法來減小速度，來得到較大的牽引力。） （2）汽車上坡時，要保持速度不變，應(yīng)如何做？ （汽車上坡時，要保持速度不變，就必須加大油門，增大輸出功率來得到較大的牽引力。） （3）起重機在豎直方向勻速吊起某一重物時，為什么發(fā)動機的輸出功率越大，起吊速度就越大？ （起重機在豎直方向勻速吊起某一重物時，由于牽引力與重物的重力相等，即牽引力保持不變，發(fā)動機輸出的功率越大，起吊的速度就越大。） 思考：汽車等交通工具，如何才能獲得更大的行駛速度？ 教師：由P = W / t求出的是瞬時功率還是平均功率? 學(xué)生小組討論后得出：由公式P = W / t求出的功率，反映了該力在t時間內(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。 教師：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做功那樣快呢？人如果做功過快，會產(chǎn)生什么后果呢？汽車超負(fù)荷運轉(zhuǎn)會產(chǎn)生什么后果呢？ （人做功過快，會引起疲勞、甚至受傷、生病等，汽車超負(fù)荷工作會造成發(fā)動機熄火或燒毀。） 教師：奧運長跑運動員能否用100m短跑的速度來完成5000m的賽跑路程呢？為什么？ （奧運比賽是一種挑戰(zhàn)運動局限的比賽，人與機器一樣，不能長時間超負(fù)荷運動，短跑運動員在100m賽跑中，時間不過是十幾秒，能以最大的速度跑完全程，此時運動員的輸出功率是正常時的數(shù)十倍。在5000m的長跑運動中，運動員不可能長時間超負(fù)荷運動，因此長跑運動員不可能一直保持百米賽跑那樣的速度。） 說明：讓學(xué)生通過思考自己身邊所熟悉的問題，認(rèn)識額定功率和實際功率的概念以及概念的意義。 教師：你對“額定功率和實際功率以及平均功率和瞬時功率”是怎樣理解的？ ① 額定功率：指動力機械在長時間正常工作時最大輸出功率。也是機械發(fā)動機銘牌上的標(biāo)稱值。 額定功率是動力機械重要的性能指標(biāo)，一個動力機械的額定功率是一定的，機器不一定都在額定功率下工作。 ②實際功率：機械在運行過程中實際輸出的功率是實際功率。 實際功率可以小于額定功率，可以等于其額定功率（稱滿負(fù)荷運行），但不能大于額定功率，否則容易將機械損壞。 機車啟動過程中，發(fā)動機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)物體勻速運動時，才等于瞬時功率。 ④瞬時功率：物體在某一時刻的功率叫做瞬時功率。通常用P=Fv表示，必須注意F、v與P的同時性。 很多機械的銘牌上都標(biāo)有這臺機器的額定功率，請同學(xué)將家里的電器設(shè)備上的額定功率都記錄下來，計算家里的每部機器每天要做多少功？要消耗多少電能？哪一部機器最耗電？并與同學(xué)進行交流。 教師：（課件展示） （1）當(dāng)牽引力F一定時，功率P和速度v之間有什么關(guān)系？ （2）當(dāng)速度v一定時，牽引力F和功率P之間關(guān)系如何？ （3）當(dāng)輸出功率P一定時，牽引力F和速度v之間有什么關(guān)系？ 根據(jù)公式P =F v可知，物體的運動速度v與牽引力F成反比，如果汽車需要較大的牽引力，就必須減小運動速度。課件展示下列關(guān)系： F一定時，P∝v （板書） 據(jù)P=Fv可得 v一定時，P∝F （板書） P一定時，F(xiàn)∝ （板書） 3.推廣式：P=Fvcosα （α為力F與瞬時速度v方向間的夾角） 說明： （1）當(dāng)F為合外力時，P為合外力做功的功率；當(dāng)F為某一外力時，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)動機的實際功率，F(xiàn)為發(fā)動機的牽引力，v為汽車的瞬時速度。 4．學(xué)生進行測功率活動。 教師：如何才能知道在某種運動中自己做功的功率呢？請同學(xué)設(shè)計一個測量方案，并進行實際測量。 （激勵積極思考、設(shè)計可行方案，動腦動手，體驗科學(xué)探究實驗方法和感受實驗成果的喜悅。） 預(yù)測學(xué)生的實驗方案可能有：（讓學(xué)生結(jié)合自己的情況來進行設(shè)計實驗） 方案1：學(xué)生快速跑上樓，來測量做功的最大功率； 方案2：估算學(xué)生自己平時上樓或爬山過程的功率； 方案3：設(shè)計沿某一竹桿或樹桿上爬一定的高度，來測量做功功率； 方案4：利用跳繩運動，來測量做功功率； 方案5：測算自己舉起杠鈴時的最大功率（需要同學(xué)的幫忙）； 方案5：…… 說明： （1）有關(guān)實驗方案、原理、器材、數(shù)據(jù)的測定及同學(xué)協(xié)作等，都應(yīng)放手讓學(xué)生自行討論、分工，這樣才能培養(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰?，提供學(xué)生合作交流的機會。 （2）方案選定后，要注意引導(dǎo)學(xué)生如何求功和功率，需要選擇哪些實驗器材，測量哪些物理量？測量是否存在誤差問題，如何才能較準(zhǔn)確地測量。 （3）根據(jù)學(xué)生設(shè)計的方案，組織學(xué)生進行實驗。實驗結(jié)果可讓學(xué)生通過實物展臺進行交流匯報，師生共同觀看，最后還可以進行評選活動。 （4）通過親身的實驗活動，達到內(nèi)化知識，提升能力，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理知識解決實際問題能力，同時也在實驗過程中培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。 （在應(yīng)用物理規(guī)律時，不僅要做鞏固性練習(xí)，而且要結(jié)合實際問題情景，讓學(xué)生在實施的過程中體驗如何應(yīng)用物理知識解決問題，特別是方案設(shè)計的討論有助于促進學(xué)生各方面的發(fā)展，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，建議課后安排學(xué)生測功率。） 【案例評析】 本節(jié)課教學(xué)設(shè)計不僅注重學(xué)生新知識的形成過程，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)知識的同時體會如何進行科學(xué)的思維，使學(xué)生養(yǎng)成具體問題具體分析和嚴(yán)密思維的習(xí)慣，而且在教學(xué)過程中注重調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性和主動性，教學(xué)設(shè)計注意體現(xiàn)物理學(xué)的價值，提高學(xué)生理論聯(lián)系實際、解決實際問題能力，在教與學(xué)過程中促進學(xué)生科學(xué)的價值觀和世界觀形成。 本設(shè)計從學(xué)生日常生活中的例子出發(fā)引導(dǎo)學(xué)生進一步的思考，發(fā)現(xiàn)問題，然后通過實例分析揭示問題的本質(zhì)；在此過程教師留給學(xué)生獨立思考的空間和時間，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中充滿問題意識和創(chuàng)新意識，有效培養(yǎng)了學(xué)生的觀察能力和探究問題的能力。在得出功率P與力F、速度v的關(guān)系之后，教師利用身邊常見的現(xiàn)象，應(yīng)用關(guān)系式分析機動車常見的啟動問題，突出體現(xiàn)生活中的物理，讓學(xué)生體驗到物理現(xiàn)象就在身邊，物理知識不僅有趣，而且還是很有價值的。 課堂小結(jié)板書設(shè)計 一、功率的含義 1.功率的定義：功跟完成這些功所用時間的比值叫做功率 2.功率的公式：P=（適用求平均功率） 3.功率的物理意義：功率是表示做功快慢的物理量 國際單位：瓦（w） 4.功率的單位： 常用單位：千瓦（kw）或焦/秒（J/s） 換算關(guān)系：1kw=1000w=1000J/s 5.功率是標(biāo)量，表示做功過程中能量轉(zhuǎn)化的快慢 二、功率與力、速度的關(guān)系 1.功率與力、速度的關(guān)系的推導(dǎo) 2.公式：P=Fv （F與位移s或v同方向） v是平均速度，P是平均功率（F為恒力，且F與同向） P=Fv v是瞬時速度，P是瞬時功率 F一定時，P∝v 據(jù)P=Fv可得 v一定時，P∝F P一定時，F(xiàn)∝ 3.推廣式：P=Fvcosα （α為力F與瞬時速度v方向間的夾角） 布置作業(yè)：完成課后題 gk. gk.