愛華網高中物理(必修二)課時教案
7.3功率-教學設計
【教材分析】
本節(jié)講述功率的概念，功率公式的應用。功率的概念、功率的物理意義是本節(jié)的重點內容，如果學生能懂得做功快慢表示的是能量轉化的快慢，自然能感悟出功率實際上是描述能量轉化快慢的物理量。要使學生確切地理解公式P=Fv的意義，要通過例題的教學，使學生會應用基本公式進行計算，對平均功率和瞬時功率有所理解。
瞬時功率的概念學生較難理解，這是難點。學生往往認為，在某瞬時物體沒有位移就沒有做功問題，更談不上功率了。如果學生沒有認識到功率是描述能量轉化快慢的物理量，這個難點就不易突破，因此，在前面講清楚功率的物理意義很有必要，它是理解瞬時功率概念和物理意義的基礎。
關于發(fā)動機的額定功率與汽車的最大速率之間的關系，最好采用課后專題講座的形式進行，以便通過分析汽車由開動到勻速行駛的物理過程，使學生養(yǎng)成分析物理過程的習慣，避免簡單地套用公式。
【教學目標】
㈠知識與技能
1、理解功率的定義及額定功率與實際功率的定義
2、P=W/t，P=Fv的運用
㈡過程與方法
1、P=W/t通常指平均功率，Δt→0為瞬時功率
2、P=Fv，分析汽車的啟動，注意知識的遷移
㈢情感、態(tài)度與價值觀
感知功率在生活中的實際應用，提高學習物理科學的價值觀。
【教學重點】
理解功率的概念，并靈活應用功率的計算公式計算平均功率和瞬時功率。
【教學難點】
正確區(qū)分平均功率和瞬時功率所表示的物理意義，并能夠利用相關公式計算平均功率和瞬時功率。
【教學方法】
教師啟發(fā)、引導，學生自主閱讀、思考，討論、交流學習成果。
【教學工具】
投影儀、投影片、錄相資料、CAI課件。
【教學過程】
㈠、新課導入
教師：人們在生產、生活和工作中使用了大量的機械來做功，這與人力直接做功或畜力做功，在完成功的快慢方面有何不同？請舉例說明。
(引發(fā)學生思考，讓學生從身邊生活尋找做功快慢的事例，并思考機械與人或畜力做功快慢的差異。)
預測學生所舉事例可能有：
1、人上高樓(如8層樓)時，乘電梯比走路要快得多；
2、拖拉機耕地比牛耕地要快得多；
3、挖土機與人，要完成相同的挖土任務，人花的時間要長得多；
4、從水井里提水，使用抽水機比人工要快得多；
5、……
(列舉生產、生活中發(fā)生的事例，使學生體會功率與生活、生產息息相關，無處不在，研究功率具有重要的現實意義，并引導學生注意觀察身邊物理現象，體會到物理知識就在我們身邊，感悟物理規(guī)律研究的價值，激起學生的求知欲。)
功是能量轉化的量度，人們十分關注做功的多少。然而不同的機械或人，其做功的快慢是不同的。
(分析一些生產事例、工作場面，或展示一些做功快慢不同的圖片。有條件的情況下還可通過多媒體手段更生動地展示這些畫面和情景，使學生對做功快慢的情形有更為形象和具體的認識，從而為建立正確的“功率”概念打下良好基礎。)
教師：在建筑工地上分別采用以下三種方式，把1t的貨物從地面運到三樓，
方式一：搬運工分批搬運，需時間3h
方式二：用一臺起重機提升，需時1min
方式三：用另一臺起重機提升，需時30s
上述三種情況下，把貨物由地面運到三樓時，請思考以下問題：
1、用不同的方式，對貨物所做的功是否相同？
2、所用時間不同，三種方式中做功的快慢是否相同？
結論：對重物所做的功相同，但所用時間不同，說明做功快慢不同。
(通過引導學生分析有關事例，形成初步共識：人們選用機械來做功時，不僅要考慮做功多少，還要考慮機械做功的快慢。如挖掘機做功比人快；大卡車比拖拉機做功快；拖拉機耕地比牛耕地要快；起重吊車比搬運工人做功快；抽水機比轆轤提水快，等等。研究做功的快慢有著重要的實際意義。通過實際問題讓學生感性地認識做功的快慢。)
教師：不同的機器或物體做功有快有慢，如何來衡量做功的快慢呢？請同學們思考并提出解決方案。
(引導學生思考：如何比較物體做功快慢？討論中注意培養(yǎng)學生的發(fā)散思維能力和批判思維能力。)
預測學生可能有以下認識：
1、選擇相同時間，比較做功多少，做功多的，做功就快；
2、選擇做相同的功，比較做功的時間長短，時間長的，做功就慢；
3、類比“速度”的定義方法，用做功和完成這些功所花的時間的比值來定義“功率”；
4、……
(對學生提出的各種方案可能有問題或不完整，教師應鼓勵學生在交流中補充完善自己的認識。教學中注意引導學生類比如“速度”、“加速度”概念的定義方法，體會比值法定義功率概念。)
㈡、新課推進
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)
?。簟龉λ脮r間→單位：秒(s)
換算關系：１kw = 1000w１w=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及變化規(guī)律，像我們已經研究過的速度、加速度等物理量就是用這種方法來定義的。
5. 功率是標量，功率表示做功過程中能量轉化的快慢。(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：
?、疟容^不同傾角時的功率，應注意粉筆開始下滑處的高度應相同。討論功率時須指明哪個力的功率。
⑵實驗的分析討論，要注意所分析的是某個力的平均功率。注意引導學生進行受力分析、做功分析，可利用功率的定義式，在理論上進行推演，使思維更加嚴密。
7. 一些常見機械做功功率
?、牌嚢l(fā)動機5×104W～15×104W
?、颇ν熊嚰s2×103W
?、菄姎饪蜋C約2×108W
?、热诵呐K跳動的功率1.5W左右
?、苫鸺陌l(fā)動機約1×1013W
?、嗜f噸巨輪106W以上
?、怂{鯨游動的功率可達350kW
?、倘说钠骄β始s1×102W
⑼優(yōu)秀運動員短時間內的功率可達1000W
二、功率P與力F、速度v的關系(板書)
1. 功率與力、速度的關系推導(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？
預測學生的回答可能有：
?、泡d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，載重車的牽引力做功較多，所以載重汽車的輸出功率較大；
?、戚d重汽車行駛得比空車慢，因此功率較??；
⑶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；
⑷……
說明：上述分析討論的目的是啟發(fā)學生思考功率與力和速度有何關系。學生分析可能會出現片面和不完整回答，教師要參加到學生的討論分析中，幫助、啟發(fā)和引導學生形成正確的認識。得出正確的答案(1)。
接著，教師引導學生思考，如何計算牽引力的功率。(讓學生根據所學知識和功率定義式進行推演，培養(yǎng)良好的科學思維能力和思維習慣)
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)學生思考解決問題的思路，應用功和功率的定義式進行分析和推導。)
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內的平均速度，代入公式P=Fv求出的功率是F在時間ｔ內的平均功率；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：v是平均速度 ，P是平均功率 (F為恒力，且F與 同向)(板書)
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整，才能確保汽車駛到坡頂？為什么？
預測學生的回答可能有：
?、偶哟笥烷T，汽車可順利行駛到達坡頂。
⑵汽車要換檔，才能順利行駛到達坡頂。
?、恰?br /> 師生共同分析：
⑴根據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)動機將因超負荷而過熱損壞。
?、七@是一種正確的操作方式，當司機將發(fā)動機的速度檔位調低后，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。
教師根據課堂需要還可以提出一些問題讓學生進一步討論，如：
?、牌嚿掀碌臅r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。)
?、破嚿掀聲r，要保持速度不變，應如何做？
(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。)
?、瞧鹬貦C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，會產生什么后果呢？汽車超負荷運轉會產生什么后果呢？
(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十倍。在5000m的長跑運動中，運動員不可能長時間超負荷運動，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：讓學生通過思考自己身邊所熟悉的問題，認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？
?、兕~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)動機銘牌上的標稱值。
額定功率是動力機械重要的性能指標，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。
?、趯嶋H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。
?、燮骄β剩何矬w在一段時間內做功功率的平均值叫平均功率。通常用定義式P=W/t描述，只有當物體勻速運動時，才等于瞬時功率。
?、芩矔r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有這臺機器的額定功率，請同學將家里的電器設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？并與同學進行交流。
教師：(課件展示)
?、女敔恳一定時，功率P和速度v之間有什么關系？
?、飘斔俣葀一定時，牽引力F和功率P之間關系如何？
?、钱斴敵龉β蔖一定時，牽引力F和速度v之間有什么關系？
根據公式P=Fv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。課件展示下列關系：
F一定時，P∝v (板書)
據P=Fv可得 v一定時，P∝F (板書)
P一定時，F∝ (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：
?、女擣為合外力時，P為合外力做功的功率；當F為某一外力時，P為該力做功的功率；
?、圃谄嚨冉煌üぞ咭活悊栴}中，式中P為發(fā)動機的實際功率，F為發(fā)動機的牽引力，v為汽車的瞬時速度。
4．學生進行測功率活動。
教師：如何才能知道在某種運動中自己做功的功率呢？請同學設計一個測量方案，并進行實際測量。
(激勵積極思考、設計可行方案，動腦動手，體驗科學探究實驗方法和感受實驗成果的喜悅。)
預測學生的實驗方案可能有：(讓學生結合自己的情況來進行設計實驗)
方案1：學生快速跑上樓，來測量做功的最大功率；
方案2：估算學生自己平時上樓或爬山過程的功率；
方案3：設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(需要同學的幫忙)；
㈢、本課小結
先讓學生總結，教師后補充，用實物投影的形式顯示本節(jié)課的內容和方法。
通過本節(jié)課的學習，我們知道了以下幾個問題：
?。保β适潜硎疚矬w做功快慢的物理量
?。玻β实膯挝挥?W、KW、1KW＝1000W
?。常β实那蠼夤接校篜=W/t，P=Fv其中P=W/t和P=Fv可用來求解平均功率，而P=Fv也可用來求解瞬時功率。
㈣、布置作業(yè)
?。ㄒ唬┱埻瑢W們探究功率這一概念在日常生活中的應用，例汽車以恒定功率起動的過程中各物理量的變化情況和達最大速度的條件等等。
?。ǘ┧伎碱}：
?。保|量為ｍ的物體自高處自由落下，時間ｔ內重力的平均功率為，ｔ秒末重力的瞬時功率為。
?。玻O飛機飛行時所受的阻力與其速度的平方成正比。如果飛機以速度v勻速飛行時其發(fā)動機的功率為P，則飛機以2v的速度勻速飛行時其發(fā)動機的功率為。
３．跳繩是一種健身運動，設某運動員的質量是50kg，他1分鐘跳180次，假定在每次跳躍中，腳與地面的接觸時間占跳躍一次所需時間的，則該運動員跳繩時克服重力做功的平均功率是多少瓦?(ｇ取10ｍ/s2)
【板書設計】
ξ7.3功率
?。保硎咀龉炻奈锢砹?br /> ?。玻Ω瓿蛇@些功所用時間的比值，叫功率
?。常剑?求平均功率
?。校紽ｖ→ｖ是平均速度，Ｐ是平均功率；ｖ是瞬時速度，Ｐ是瞬時功率
?。矗剑校紽ｖ
?、貴一定時，Ｐ∝ｖ
?、冢鲆欢〞r，Ｐ∝F
?、郏幸欢〞r，F∝
【設計說明】
１．本節(jié)講述功率的概念，功率公式的應用。教學的重點是使學生確切地理解公式Ｐ＝Fｖ的意義，教學過程要盡量地展開學生的學習過程，要通過例題的教學，使學生會應用基本公式進行計算，對平均功率和瞬時功率有所理解。
２．功率這一概念日常生活中常用到，如各種家用電器、汽車、火車發(fā)動機等都有標稱的額定功率，所以對額定功率和實際功率做了簡單介紹，以利于學生在物理學習中聯系生產、生活實際。
?。常P于發(fā)動機的額定功率與汽車的最大速率之間的關系，最好采用課后專題講座的形式進行，以便通過分析汽車由開動到勻速行駛的物理過程，使學生養(yǎng)成分析物理過程的習慣，避免簡單地套用公式。
【設計點評】
?。保@節(jié)課對“功率”的概念的教學由淺入深，從功率的初步概念到公式的推導討論，再到公式應用分析，教學結構科學、合理，符合學生的認知水平和知識水平。
?。玻蚱屏顺Ｒ?guī)概念教學的死板，用類比法得出功率的概念和基本公式，又從學生的練習中推導出另一公式，再從例題練習中理解瞬時功率、平均功率的不同，使學生處于主動積極的思維狀態(tài)，從教學設計到教學實踐都體現了“學為主體、教為主導”的教育理念。
?。常芾碚撀撓祵嶋H，把功率直接應用到生產、生活中解析一些現象和解決實際問題，能激發(fā)學生的濃厚的學習興趣和活躍課堂氣氛；并讓學生在課后探究汽車以恒定功率起動的過程，引導有學習興趣的學生進一步自主探究，符合新課程的要求。
