人教版 (2019)必修 第二册2 万有引力定律第2课时教学设计

导入新课

出示图片：牛耕地和耕地机

一头牛一天能耕地5亩田地，一台耕地机1小时耕地约0.8亩田地。

它们谁做的功快呢?为了表示做功的快慢，我们引入了功率的概念。

学生观察图片思考

为引入功率的概念做铺垫

讲授新课

一、功率

1、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 ，叫做功率，用P表示，即 。

2、物理意义：功率是描述力对物体做功快慢的物理量。

3、功率的单位:瓦特（W）

       1J/s=1w  1kw=103w

力、位移、时间都与功率相联系，这种联系在技术上具有重要意义。

4、功率与速度的关系式

（1）公式：P ＝ Fv

一个沿着物体位移方向的力对物体做功的功率，等于这个力与物体速度的乘积。

（2）推导

由w ＝ F L   得：

因为

于是上式可以写成:   P=Fv

P一定时，F与v成反比；v一定时，F与P成正比；F一定时，v与P成正比。

说明：（1）若v表示物体在时间t内的平均速度，则功率P表示力F在时间t内的平均功率；

（2）若v表示物体在某一时刻的瞬时速度，则功率P表示力F在该时刻的瞬时功率。

（3）适用条件:适用于F与v同向的情况

（4）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__________，要增大牵引力，就要_________速度．

答案：反比；减小

思考讨论1：由P＝W/t求出的是平均功率还是瞬时功率？

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。

思考与讨论2:从 P ＝ Fv 可以看出，汽车、火车等交通工具和各种起重机械，当发动机的输出功率 P 一定时，牵引力 F 与速度v成反比。你认为应该怎样增大它们的牵引力呢？

参考答案：功率 P 一定时，由 P ＝ Fv知牵引力 F 与速度 v 成反比，汽车上坡时司机要使用换成低速档的办法来减小速度，从而得到较大的牵引力。

出示图片：汽车上坡时必须使用低速档

不过要提高速度和增大牵引力由P=Fv可知，必须提高发动机的额定功率，这就是高速火车、汽车和大型舰船需要大功率发动机的原因。

二、额定功率与实际功率

1.额定功率：指机械在长时间正常工作时的最大输出功率。

（1）机械发动机铭牌上的标称值是额定功率。

（2）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。

说明：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。

【例题2】发动机的额定功率是汽车长时间行驶时所能输出的最大功率。某型号汽车发动机的额定功率为 60 kW，在水平路面上行驶时受到的阻力是 1 800 N，求发动机在额定功率下汽车匀速行驶的速度。假定汽车行驶速度为 54 km/h 时受到的阻力不变，此时发动机输出的实际功率是多少？

分析: 实际功率不一定总等于额定功率，大多数情况下输出的实际功率都比额定功率小，但在需要时，短时间也可以输出更大的功率。题目中说“受到的阻力不变”，表明本题对于较低速度行驶时发动机的输出功率只要求估算。

解: 汽车在水平路面上匀速行驶时，受到的牵引力

  F ＝ F 阻 ＝ 1 800 N

由于 P ＝ Fv，所以额定功率下的速度

当汽车以速度 v ＝ 54 km/h ＝ 15 m/s 行驶时，有P ＝ Fv ＝ 1 800×15 W ＝ 27 kW

汽车以额定功率匀速行驶时的速度为 120 km/h。汽车以 54 km/h 的速度行驶时，发动机输出的实际功率为 27 kW。

三、机车启动的两种形式-

思考讨论：你知道机车启动的过程中分别以额定功率P额启动和在恒定的牵引力F作用下启动时机车的速度和加速度如何变化的吗？

1、额定功率P额启动时：由 P ＝ F牵v 知  P一定时，由 知v 增大时， F牵减小，由                     知，加速度a减小， F牵=f阻，a=0 V最大。

即：在额定功率下，物体做加速度逐渐减小的加速运动，a=0时

F牵=f阻，此时速度最，以后机车将做匀速运动。

0-t1机车做加速度逐渐减小的加速运动

2、在恒定的牵引力F牵作用下启动

当P<P额，F牵一定时，由  知，a恒定，机车做匀加速直线运动，速度v增大，由P=Fv知，P增大；达到P额时， F牵 >f阻，保持P额继续加速，机车做变加速直线运动，当F牵=f阻，a=0  ，V最大。

总结：（1）先匀加速再变加速最后匀速。          

（2）当F=f时速度最大。

3、注意事项

对两个启动过程的分析，需要特别注意的是：

①匀加速启动不能达到最大速度，要想达到最大速度，还必须再经过恒定功率启动。

②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，这一点在计算时极易出错。

③ 只有最终匀速运动时P额＝Ff•vm，此时vm＝P额/Ff。

课堂练习

1、关于功和功率，下列说法正确的是(　　)

A．不同物体做相同的功，它们的功率一定相同

B．物体做功越多，它的功率就越大

C．物体做功越快，它的功率就越大

D．发动机的额定功率与实际功率可能相等，也可能不相等　

答案：CD

2、关于功率的概念，以下说法正确的是(　　)

A．功率是描述力对物体做功多少的物理量；

B．由P＝W/t可知，功率与时间成反比；

C．由P＝Fv可知只要F不为零，v也不为零，那么功率P就一定不为零；

D．某个力对物体做功越快，它的功率就一定大

答案：D

3、如图所示，汽车停在缓坡上，要求驾驶员在保证汽车不后退的前提下向上启动，这就是汽车驾驶中的“坡道起步”。驾驶员的正确操作是将变速杆挂入低速挡，徐徐踩下加速踏板，然后慢慢松开离合器，同时松开手刹，汽车慢慢启动。下列说法正确的是(　　)

A．变速杆挂入低速挡，是为了能够提供较大的牵引力；

B．变速杆挂入低速挡，是为了增大汽车的输出功率；

C． 徐徐踩下加速踏板，是为了让牵引力对汽车做更多的功；

D．徐徐踩下加速踏板，是为了让汽车的输出功率保持为额定功率。

答案：A

拓展提高

1、淄博孝妇河湿地公园拥有山东省面积最大的音乐喷泉。一同学在远处观看喷泉表演时，估测喷泉中心主喷水口的水柱约有27层楼高，已知该主喷水管口的圆形内径约有10cm，由此估算用于给主喷管喷水的电动机输出功率最接近（　　）

A．2.4×103W          B．2.4×104W    

C．2.4×105W          D．2.4×106W

答案：C

2、同一恒力按同样方式施于静止物体上，使它分别沿着粗糙水平地面和光滑水平抛面移动相同一段距离时，恒力的功和平均功率分别为w1、p1和w2、p2，则二者的关系是（      ）

A.W1>W2 、 p1>p2  B．W1=W2、p1<p2    

C.W1=W2 、 p1>p2  D. W1<W2 、 p1<p2

答案：B

3、一辆小汽车在水平路面上由静止启动，在前5 s内做匀加速直线运动，5 s末达到额定功率，之后保持额定功率运动，其v—t图象如图2所示．已知汽车的质量为m＝2×103 kg，汽车受到地面的阻力为车重的0.1倍，则(　   　)

 A．汽车在前5 s内的牵引力为4×103 N

B．汽车在前5 s内的牵引力为6×103 N

C．汽车的额定功率为60kW

D．汽车的最大速度为30m/s　

答案： BCD

学生倾听记忆

阅读课文推导功率与速度的关系

阅读说明理解记忆

学生思考讨论

学生思考讨论

并回答

学生记忆理解

额定功率与实际功率

在教师的引导下学生分析计算

学生思考讨论并在教师的引导下回答

学生思考讨论并在教师的引导下回答

学生练习

掌握功率的概念和物理意义

锻炼学生的逻辑思维能力

掌握公式的适用条件以及瞬时功率和平均功率

理解掌握P＝W/t求出的是平均功率

帮助学生透彻理解P ＝ Fv的应用

让学生理解实际功率可以小于额定功率，可以等于其额定功率，但不能大于额定功率

锻炼学生的分析计算能力，并规范学生的解题步骤

理解掌握额定功率P额启动时机车的速度和加速度的变化

理解掌握在恒定的牵引力F牵作用下启动时机车的速度和加速度的变化

巩固本节的知识

课堂小结

1、功率表达式：P＝W/t求出的是平均功率；P＝Fv.若v表示平均速度，P表示平均功率；若v表示瞬时速度，P表示瞬时功率。

2、实际功率可以小于或等于额定功率,但不能大于额定功率。

3、额定功率P额启动，机车先做变加速运动，最后做匀速运动。

4、在恒定的牵引力F牵作用下启动，先匀加速再变加速最后匀速。          

5、匀加速启动不能达到最大速度，要想达到最大速度，还必须再经过恒定功率启动。

梳理自己本节所学知识进行交流

根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。

板书

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＝W/t， P＝Fv.

3．单位：W、kW.

4、功率与速度的关系式： P＝Fv

二、额定功率与实际功率

实际功率可以小于或等于额定功率,但不能大于额定功率。

三、机车启动的两种形式

1、额定功率P额启动

2、在恒定的牵引力F牵作用下启动