第07节 功率第二课时教案

2019-11-09 08:45:04 | 11人点❤ | 1Y币
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功率

一、教学目标

1.理解功率的概念:

(1)知道功率是表示做功快慢的物理量。

(2)知道功率的定义和定义式P=W/t;知道在国际单位制中,功率的单位是瓦特(W)。

(3)知道公式P=Fv的物理意义。

2.掌握功率的计算:

(1)能够用公式P=W/t解答有关的问题。

(2)能够用公式P=Fv解答有关的问题。

二、重点、难点分析

1.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。

2.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。

三、主要教学过程

(一)引入课题

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,有做功快慢之分,物理学中又是如何来描述的?这节课我们就来研究这个问题。

(二)教学过程设计

1.功率

初中同学们学习过功率的有关知识,都知道功率是用来描述力做功快慢的物理量。我们一起讨论一些问题。

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?

A.W1=W2,t1>t2;

1

B.W1=W2,t1<t2;

C.W1>W2,t1=t2;

D.W1<W2,t1=t2。

上述条件下,哪个力做功快的问题学生都能作出判断,其实都是根据W/t这一比值进行分析判断的。让学生把这个意思说出来,然后总结并板书如下:

功率是描述做功快慢的物理量。

功和完成这些功所用的时间之比,叫做功率。如果用W表示功,t

明确告诉学生上式即为功率的定义式,然后说明P的单位,W用J、t用s作单位,P的单位为J/s,称为瓦特,符号为W。最后分析并说明功率是标量。

接下来着重说明,功率的大小与单位时间内力所做的功为等值。

至此,再将功的定义式与速度v的定义式作类比,使学生理解,虽然研究的是不同性质的问题,但是研究方法是相同的(同时也为后面讲瞬时功率做了些准备)。然后提出问题,与学生一起讨论功率的物理意义。

上一节我们讲了功的概念、功的公式之后,经过分析和讨论,对功的物理意义已有所了解。谁能复述一下?

在学生说出做功过程是能量转化过程之后,立即启发:那么做功快慢恰能表明能量转化的快慢吗?因此,应该将功率理解为是描述做功过程中能量转化快慢的物理量,并将这一认识进行板书。

2.平均功率与瞬时功率

举例一个质量是1.0kg的物体,从地面上方20m高处开始做自由落体运动,第1s时间内下落的位移是多少?(与学生一块算出是5m,g取10m/s2)这1s内重力对物体做多少功?(与学生一起算出W1=50J)第2s时间内物体下落的位移是多少?(15m)这1s内重力对物体做多少功?(W2=150J)前1s和后1s重力对物体做功的功率各是多大?(P1=50W,P2=150W)这2s时间内重力对物体做功的功率是多大?(P=100W) 指出即使是同一个力对物体做功,在不同时间内做功的功率也可能是有变化的。因而,用P=W/t求得的功率只能反映t时间内做功的快慢,只具有平均的意义。板书如下:

(1)平均功率

2

(2)瞬时功率

为了比较细致地表示出每时每刻的做功快慢,引入了瞬时功率的概念,即瞬时功率是表示某个瞬时做功快慢的物理量。

提出瞬时功率如何计算的问题后,作如下推导:

一段较短时间内的平均功率可以写成如下公式(P=ΔW/Δt),而Δ

P=F·v此为瞬时功率计算公式

讨论:

①如果作用于物体上的力F为恒力,且物体以速度v匀速运动,则力对物体做功的功率保持不变。此情况下,任意一段时间内的平均功率与任一瞬时的瞬时功率都是相同的。

②很多动力机器通常有一个额定功率,且通常使其在额定功率状态工作(如汽车),根据P=Fv可知:

当路面阻力较小时,牵引力F也小,v可以大,即汽车可以跑得快些;

当路面阻力较大,或爬坡时,需要比较大的牵引力,v必须小。这就是爬坡时汽车换低速挡的道理。

③如果动力机器原来在远小于额定功率的条件下工作,例如汽车刚刚起动后的一段时间内,速度逐渐增大过程中,牵引力仍可增大,即F和v可以同时增大,但是这一情况应以二者乘积等于额定功率为限度,即当Fv=P额。以后,这种情况不可能实现。

应用公式P=Fv计算m=1kg的物体做自由落体运动中下落1s末和2s末的瞬时功率。

由v1=10m/s按公式求得P1=100J;由v2=20m/s按公式求得P2=200J。

根据上述结果启发学生思考瞬时功率的物理意义。最后指出,此题中是重力对物体做功,使重力势能逐渐向动能转化。随着时间的延续,重力势能向动能转化加快。

3.例题讲解

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例1.如图1所示,位于水平面上的物体A的质量m=5kg,在F=10N的水平拉力作用下从静止开始向右运动,位移为s=36m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=10m/s2)

(1)设水平面光滑;(2)设物体与水平面间的动摩擦因数μ=0.15。

解答过程可分为三个阶段:①让学生计算力F在36m位移中所做的功,强调功只由F和s这两个要素决定,与其它因素无关,因而两种情况下力F做的功相同,均为W=360J。②由同学计算这两次做功所用

分别求出t1=6s,t2=12s。③用功率的定义式即平均功率的计算公式求得P1=60W,P2=30W。

如果有的同学用公式vt2=2αs分别求出每次的末速度,再用公式

例2.如图2所示,位于水平面上的物体A,在斜向上的恒定拉力作用下,正以v=2m/s的速度向右做匀速直线运动。已知F的大小为100N,方向与速度v的夹角为37°,求:

(1)拉力F对物体做功的功率是多大?(2)物体向右运动10s的过程中,拉力F对它做多少功?(sin37°=0.6,cos37°=0.8) 通过此例题的解答,让学生掌握功率的计算公式P=Fvcosα,并提醒学生,不要认为F与v总是在同一直线上;并且知道,在功率已知的条件下,可以用W=P·t计算一段时间内力所做的功。第(1)问的结果为P=160W;第(2)问的结果为W=1600J。

四、课堂小结

1.我们讲了功率概念之后,得到了两个公式,定义式P=W/t和瞬时功率的公式P=F·v。

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2.公式P=W/t中的t趋近于零时,P即为瞬时功率。不过此公式主要用来计算平均功率。公式P=Fv中,当v为瞬时速度时,P即为瞬

应的时间段。

五、说明

1.将功率理解为表示能量转化快慢的物理量具有普遍意义。如一台电动机的额定功率是10kW,表明它每秒钟可以将10kJ的电能转化为机械能,不管它是否工作。因而机器的功率实际上可以表示它进行能量转化的能力大小。

2.力可以做负功,自然也有负功率。学生不问到时可以不讲。课本上也没讲。重要的不是功率的正负问题,而是要结合实际问题说清楚能量转化的方向和快慢。例如,一物体沿粗糙水平面向前滑动,根据P=f·v可知其机械能向内能转化,转化的快慢与速度v成正比,这就表达清楚了,没有强调负功率的必要。

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