人教版 (2019)必修 第二册1 功与功率第二课时教学设计

这是一份人教版 (2019)必修 第二册1 功与功率第二课时教学设计，共8页。教案主要包含了功率的概念及表达式，平均功率和瞬时功率，额定功率和实际功率，汽车的两种启动方式等内容，欢迎下载使用。


教学基本信息
课题
《功和功率》第二课时
学科
物理
学段： 高一第三学段
年级
高一年级
教材
书名：普通高中教科书物理必修2
出版社：人民教育出版社 出版日期：2019年7月
教学目标及教学重点、难点
教学目标：
物理观念：从比值定义法出发理解功率的概念。了解生产生活中常见机械的功率大小及其意义。理解平均功率和瞬时功率的含义。理解额定功率和实际功率的概念。能用功率的表达式分析解释汽车发动机功率一定时牵引力与速度间的关系，分析汽车启动问题，解决一些相关的实际问题
科学思维：比值定义法
科学探究：能通过理论推导得出平均功率和瞬时功率的表达式。
科学态度与责任：通过对功率概念的理解，使学生能利用功率的知识解决实际问题，产生较强的学习和研究物理的兴趣。
教学重点：
功率概念的理解，瞬时功率与平均功率的计算公式推导。
用功率的知识解释汽车上坡换挡问题与汽车启动问题。
教学难点：
会用功率的知识解决实际问题，如汽车上坡换挡问题与汽车启动问题。
教学过程(表格描述)
教学环节
主要教学活动
设置意图
新课引入
生活中我们会看到这样的情景，从河里挑水不如用抽水机抽水快，牛耕地不如用拖拉机耕地快，这说明做功除了有多少的问题，还需要比较做功的快慢。用什么物理量来比较做功的快慢呢？大家初中都学过比较做功快慢的物理量——功率。今天我们就进一步学习功率的知识。
由实际生活中的问题引入，引发学生的思考和兴趣。
一、功率的概念及表达式
思考：（1）体重相同的甲、乙两位同学爬楼梯，在30秒内甲爬到了3层，乙爬到了2层。谁克服重力做功更快？
答：相同时间内做功更多的甲做功更快。
（2）体重相同的丙、丁两位同学爬楼梯，丙爬到5层用了40秒，丁爬到5层用了60秒。谁克服重力做功更快？
答：做相同的功用时短的丙做功更快。
（3）甲乙丙丁四人体重相同时，这四人谁克服重力做功更快？我们如何比较做功时间和做功多少不同的人做功的快慢呢？

解决这个问题前，我们先回顾速度、加速度的定义，看能否从中获得启发。
速度 ，用位移与发生这段位移所用时间之比表示物体运动的快慢，也就是用单位时间内通过多少位移来比较物体位置变化的快慢；
加速度 ，用速度变化量与发生这一变化所用时间之比表示速度变化的快慢，也就是用单位时间内速度变化了多少来比较物体速度变化的快慢。
这种用两个物理量比值来定义新物理量的方法叫做比值定义法。
对于我们刚才想找的描述做功快慢的物理量，可以用做功多少与时间之比得到单位时间内做功多少，进行比较。所以我们来看一下这个比值定义的新物理量。
一.功率的概念：从开始计时到时刻 t 这段时间内，力做的功为W ，则功W 与完成这些功所用时间 t 之比叫作功率
表示做功快慢的物理量
功率是标量
单位：瓦特，简称瓦，符号是 W。1 W ＝ 1 J/s
千瓦，符号是 kW。 1 kW ＝ 1 000 W
功率的概念学生们在初中已经有了初步的了解。这里通过对比速度和加速度定义的方法，回顾比值定义法，从而给出功率的定义式。
二、平均功率和瞬时功率
1.平均功率
根据上节课学的内容我们知道，如果物体所受恒力为 F ，从计时开始到时刻t 这段时间内，发生的位移是l，力与位移的夹角为α，则恒力F在这段时间内做的功
当t对应一段时间时，l/t是物体在这段时间内的平均速度v
平均功率α为F与l或v的夹角。
此外，我们还可以用功率的定义式求t这段时间内的平均功率。
2.瞬时功率
如果时间间隔非常小，t趋近于0，l/t就可以看作瞬时速度v，
瞬时功率α为F与v的夹角。
α=0时，cs0°=1，所以P=F v
从上节课学习的功的知识出发，将功率的定义式和之前学的平均速度与瞬时速度的概念联系起来，推导出平均功率与瞬时功率的表达式
通过两道例题让学生更好地理解平均功率与瞬时功率之间的联系与区别
三、额定功率和实际功率
观察：机器的铭牌上面显示额定消耗功率：380W
1.额定功率：机器正常工作时所能输出的最大功率。
2.实际功率：机器工作时实际输出的功率。
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，但实际功率若是长时间大于额定功率会对机器有损害。
解决问题：汽车上坡
因为汽车牵引力与速度方向一致，所以汽车发动机功率
P＝F v ，可以看出，当汽车发动机的输出功率 P 一定时，牵引力 F 与速度v 成反比。你认为应该怎样增大汽车的牵引力呢？
因为发动机输出的功率不能无限制地增大，所以汽车上坡时司机要用“换挡” 的办法减小速度，来得到较大的牵引力，以保证沿斜面向上的牵引力F大于沿斜面向下的阻力f与重力G沿斜面向下的分力之和。
不过，在发动机输出功率一定时，通过减小速度提高牵引力或通过减小牵引力而提高速度，效果都是有限的。所以，要同时提高速度和增大牵引力，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。
观看电动车上坡和平路上行驶的视频并解释相应现象
从视频中我们可以看到：学生骑电动自行车从地下室由静止开始加速上坡，将油门拧到底后，电动自行车上坡的最大速度只能达到12km/h，而上到平路后维持原有的12km/h的速度油门只需要拧到较小即可。当在平路上增大油门，电动自行车的速度增大，最终油门拧到底时，平路上最大速度可以到达29km/h的速度。
大家能否利用功率的知识解释下面两个问题：电动车上坡时和在平路上以相同时速行驶，为什么上坡时油门要拧到底而平路上油门可以拧到较小处？为什么电动车上坡时的最大速度比平路上的最大速度要小？
与分析汽车受力类似，我们画出电动车和人作为整体在斜坡上和水平路面上运动的受力图，受到竖直向下的重力G，垂直于接触面的支持力N，与运动方向相同的牵引力F，与运动方向相反的阻力f，为了分析问题简便，我们假设电动车在斜坡上和水平路面上受到的阻力大小相同。
因为上坡时牵引力F需要克服阻力f和重力沿斜面向下的分力做功，而在水平路面上牵引力只需要克服阻力做功，上坡时需要的牵引力较大，平路上需要的牵引力较小，根据电动车功率 P＝F v ，对于相同的时速v，牵引力F越大时所需要的功率P越大，所以电动车上坡时和在平路上以相同时速行驶，上坡时油门要拧到底而平路上油门可以拧到较小处。
当油门拧到最大时，电动车的功率达到了额定功率，根据刚才的分析可知上坡时所需要的牵引力F比平路上的牵引力F更大，根据电动车功率 P＝F v ，额定功率P相同时，牵引力F越大，速度v越小。这就是电动车上坡时的最大速度比平路上的最大速度要小的原因。
联系生活实际理解额定功率与实际功率。
用功率的知识解决汽车上坡换挡、电动车上坡和在平路行驶最大速度不同的实际生活中的问题。
四、汽车的两种启动方式
1.汽车以恒定的功率启动
汽车质量为m，以不大于额定功率Pe的恒定的功率P沿直线从静止开始加速运动，运动过程中受到的阻力f 恒定，在汽车从静止加速到最大速度的过程中，牵引力F、 速度v和加速度a 分别随时间怎样变化？
以恒定功率启动的汽车从静止开始做加速度减小的加速运动，达到最大速度vm后做匀速直线运动。
2.汽车以恒定的牵引力启动
汽车质量为m，以恒定的牵引力F 沿直线从静止开始加速运动，运动过程中受到的阻力f 恒定，在汽车从静止加速到最大速度的过程中，汽车速度v、加速度a和汽车功率（假设不超过额定功率）分别随时间怎样变化？
以恒定牵引力启动的汽车从静止开始做匀加速直线运动，汽车牵引力功率也随之增大，功率增大到额定功率时速度为v1，此后将在额定功率下加速运动，做加速度减小的加速运动，达到最大速度vm后做匀速直线运动。
本题第（2）问的难点在于汽车在匀加速直线运动阶段的牵引力与之后变加速直线运动和匀速直线运动阶段的牵引力不同，瞬时功率也不同，我们需要判断2s末汽车处于哪个运动阶段，再去求它的瞬时功率。
通过功率与牛顿第二定律的知识分析汽车以恒定功率启动时牵引力F、 速度v和加速度a 分别随时间如何变化
通过功率与牛顿第二定律的知识分析汽车以恒定牵引力启动时牵引力F、 速度v和加速度a 分别随时间如何变化
通过解题中的示范，引导学生思考并解决问题。
课堂小结
今天的内容我们就讲到这里。请同学们回顾今天所学的以下问题：
1.功率是怎样定义的？
2.平均功率和瞬时功率分别如何计算？
3.额定功率和实际功率有什么区别？
4.汽车有哪两种启动方式？汽车启动时速度以怎样的规律增大？
通过今天的学习，希望大家能对功率的知识有新的认识。