2022年高一物理 第七章机械能 二、功率(第一课时) 人教大纲版第一册

2022年高一物理 第七章机械能 二、功率(第一课时) 人教大纲版第一册本节教材分析本节讲述功率的概念.功率公式的应用.教学的重点是使学生确切地理解公式PFv的意义，要通过例题的教学使学生会应用基本公式进行计算，对平均功率和瞬时功率有所理解.关于发动机的额定功率与汽车的最大速率之间的关系，最好采用课后专题讲座的形式进行，以便通过分析汽车由开动到匀速行驶的物理过程，使学生养成分析物理过程的习惯，避免简单地套用公式.教学目标一、知识目标1.知道功率的定义、定义式、单位.2.理解平均功率和瞬时功率.3.理解功率的导出式PFv的物理意义，掌握其用法.二、能力目标1.学会求解各种不同的功率.2.运用功率的不同表达公式分析和解决动力机械的运动问题.三、德育目标1.使学生养成具体问题具体分析和严密思维的习惯.2.提高学生理论联系实际、解决实际问题的能力.教学重点1.理解功率的概念.2.知道功率的种类及其计算.教学难点功率的求解公式PFv的意义和应用.教学方法电教法、理论联系实际归纳法.教学用具投影仪、投影片、录相资料、CAI课件.课时安排1课时教学过程一、导入新课放录像有1 t的货物，准备运到三楼，分别用三种方式起运.方式一：搬运工分批搬，需3 h；方式二：用一台起重机提升，用时1 min；方式三：用另一台起重机提升，用时30 s.思考在上述录像中，把重物由地面运到三楼，用不同的方式，对重物所做的功是否相同？所用时间不同，得到三种方式中做功的快慢是否相同？导入上述三种方式中，对重物所做的功是相同的，但所用时间不同，说明做功的快慢不同.在物理学中，用功率来表示做功的快慢，本节课我们就来学习功率.板书：功率二、新课教学（一）功率程序一投影阅读思考题1.什么叫做功率？：功率是表示什么的物理量？2.功率的定义式是什么？定义式中各个字母分别表示什么物理量？单位是什么？3.功率的单位有哪些？换算关系如何？程序二学生阅读课文相关内容，并解答思考题.程序三抽查学生解答思考题，教师总结.1.功率是表示做功快慢的物理量.2.功跟完成这些功所用时间的比值叫做功率.3.功的定义式是P=，其中：4.功率的国际单位：瓦特（W）或焦/秒（J/s)常用单位：千瓦（kW)换算关系：1 kW=1000 W=1000 J/s程序四讨论：在作用力方向和位移方向相同的情况下，如何用力和速度来表示功率？学生活动：讨论并在硬纸片上写出推导过程.程序五学生在实物投影仪上展示推导过程和结论：推导过程：当作用力方向和位移方向相同时，结论：当力F和位移方向相同时，力F的功率等于力F和物体运动速度v的乘积.拓展：当力F和位移s之间有一夹角时，如何表示功率？推理得到：P=Fvcos程序六教师讲解点拨：通过上述分析，功率有两个求解公式：1.定义式：P=;2.推广式：P=Fvcos关于定义式：P=a.它是普遍适用的，不论恒力做功还是变力做功，它都适用.b.它表示时间t内的平均功率，只有当物体匀速运动时，才等于瞬时功率.c.因为功W有正负之分，所以功率也有正负之分，功率的正负并不表示功率的大小.d.应注意：P、W、t的同一性.关于推广式P=Fvcosa.如果求平均功率时，式中v要用平均速度；求瞬时功率时，式中的v要用瞬时速率，必须注意F、与P的同时性.b.当F为合外力时，P为合外力做功的功率；当F为某一外力时，P为该力做功的功率.c.在汽车等交通工具一类问题中，式中P为发动机的实际功率，F为发动机的牵引力，v为汽车的瞬时速度.（二）功率的应用和计算程序一讨论推广式P=Fv投影关于公式P=Fv当功率P一定时，牵引力F和v之间有什么关系？当速度v一定时，牵引力F和功率P之间关系如何？当牵引力F一定时，功率P和速度v之间有什么关系？P一定时，力F与速度v成反比v一定时，力F与功率P成正比F一定时，功率P与速度v成正比程序二用多媒体展示下列关系：据P=Fv可得 程序三讨论并回答下列问题：1.汽车上坡的时候，司机常用换档的方法来减小速度，为什么？2.汽车上坡时，要保持速度不变，应如何做？3.起重机在竖直方向匀速吊起某一重物时，为什么发动机的输出功率越大，起吊速度就越大？抽查学生回答上述问题：1.汽车上坡的时候，司机常用换档的方法减小速度，来得到较大的牵引力.2.汽车上坡时，要保持速度不变，就必须加大油门，增大输出功率来得到较大的牵引力.3.起重机在竖直方向匀速吊起某一重物时由于牵引力与重物的重量相等，即牵引力保持不变，发动机输出的功率越大，起吊的速度就越大.程序四例题分析1.学生阅读课文例题2.审题a.本题中的物体在水平力的作用下做初速为零的匀加速运动.b.要求解在3 s内对物体做的功，据W=Fs,必须求出物体在3 s内的位移.c.求解平均功率和瞬时功率时应选取合适的求解公式.3.学生在练习本上写出解答过程，并在投影仪上展示.解：a.力F在t=3 s内所做功的求解：在F作用下，产生的加速度为：a=2 m/s2在3 s内物体的位移为：s=at2=29 m=9 m所以力F在3 s内对物体做的功为W=Fs=69 J=54 Jb.力F在t=3 s内对物体做功的平均功率为：方法一：P=18 W方法二：物体在3 s末的速度为：vt=at=23=6 m/s所以P=F=F=6W=18 Wc.在3 s末，力F对物体做功的瞬时功率为P=Fv瞬=6 N6 m/s=36 W三、课堂练习练习题一：质量为m的木块放在光滑水平面上，在水平力F作用下从静止开始运动，则开始运动t s时F的功率是A. B.C. D. 学生解答并在投影仪上展示：学生甲：物体在力F作用下，从静止开始做匀加速直线运动，则在t s内的位移为：s=at2所以W=Fs=Fat2=Ft2=所以P=所以本题选A.学生乙：由题意知，物体在力F的作用下，从静止开始做匀加速直线运动，则：a= v=at=tP=Fv=Ft=t，所以本题选C.师生共同讨论上述两种解法：本题所求是t s时F的功率，即F的瞬时功率，因F和v同方向，由P=Fv即可求得.所以学生甲的解法是错误的，因为他求的是t s内的平均功率.总结：1.由公式P=求出的是t时间内的平均功率，而公式P=Fv，如果v表示的是平均速度，则由公式P=Fv求出的是平均功率；如果v表示的是瞬时速度，则由公式P=Fv求出的是瞬时功率.练习题二：一架自动扶梯以恒定的速度v1运送乘客上同一层楼，乘客第一次站在扶梯上不动，第二次以相对于扶梯的速度v2匀速上走，两次扶梯牵引力做的功分别为W1和W2，牵引力的功率分别为P1和P2，则A.W1W2,P1P2B.W1W2;P1=P2C.W1=W2;P1P2D.W1W2,P1=P2解析：1.两种情况下人对扶梯的压力都等于人的重力，即两种情况下扶梯的牵引力大小相等.2.第一种情况下位移为一层楼高度，第二种情况下人也匀速走了一段位移，故扶梯的位移就比第一次小，故有s1s2,W1W2.3.因为两种情况下牵引力一样大，且牵引力作用下扶梯的运动速度v1也保持不变，由P=Fv,可知P1=P2故本题选D.练习题三：关于汽车的行驶问题1.介绍相关知识（1）机车启动过程中，发动机的功率指牵引力的功率而不是指合外力或阻力的功率.（2）发动机的额定功率指的是该机器正常工作时的最大输出功率，并不是任何时候发动机的功率都等于额定功率，实际输出功率可在零和额定值之间取值.2.用投影片出示巩固训练题汽车发动机的额定功率为60kW，汽车质量为5t，汽车在水平路面上行驶时，阻力是车重的0.1倍，g取10ms2，问：（1）汽车保持以额定功率从静止启动后能达到的最大速度是多少?（2）若汽车保持以0.5ms2的加速度做匀加速运动，这一过程能维持多长时间?3.分析并用CAI课件模拟汽车的两个启动过程.（1）汽车以恒定功率启动后先做变加速运动，最后做匀速直线运动，变化情况如下：速度v此时v达到最大速度vm，此后保持vm做匀速直线运动.（2）当汽车以恒定加速度启动后，过程变化情况如下：a恒定F牵 恒定v将继续增大a此时v达到最大速度vm以后汽车将保持以vm做匀速直线运动.4.据上述分析：学生求解上述巩固训练，在实物投影仪上对过程进行抽查评析.5.用实物投影仪展示正确的解题过程.解：汽车受力情况如图所示（1）据上述分析可知：当牵引力F牵大小等于阻力F阻时，汽车的加速度a0，速度达到最大值vm，据公式PFv可得出汽车最大速度.vm（2）由上述分析可知：以恒定加速度启动后的汽车先做一段匀变速运动，当汽车的功率达到额定功率以后，加速度减小，汽车将做变加速运动，速度继续增大直到加速度a0，这时速度达到最大值vm，以后将保持以vm做匀速直线运动，这样汽车做匀加速运动所能维持的时间应该从开始截止到汽车达到额定功率的时候.设汽车做匀加速运动时的牵引力为F牵，阻力为F阻，据牛顿第二定律，有F牵F阻ma0.1mgma7500N.当汽车的功率增大到额定功率时，汽车做匀加速过程结束，设这时汽车的速度为v1，据功率公式PF牵v1 得：v1ms8ms设汽车能维持匀加速运动的时间为t则：ts16s四、小结(用实物投影的形式)通过本节课的学习，我们知道了以下几个问题：1.功率是表示物体做功快慢的物理量.2.功率的单位有、k、1 k1000.3.功率的求解公式有：P PFv.其中P和PFv可用来求解平均功率，而PFv也可用来求解瞬时功率.4.要会用PFv分析汽车的两种启动过程.五、作业（一）课本P139练习二（二）思考题：1.质量为m的物体自高处自由落下，时间t内重力的平均功率为_，t s末重力的瞬时功率为_.2.设飞机飞行时所受的阻力与其速度的平方成正比.如果飞机以速度v匀速飞行时其发动机的功率为P，则飞机以2v的速度匀速飞行时其发动机的功率为_.3.起重机的钢绳吊着物体由静止开始竖直向上运动，先以加速度a（ag）加速运动再匀速运动，最后减速运动到静止，则关于各段运动中绳的拉力的平均功率，下列说法中正确的是( )A.第一段平均功率最大 B.第二段平均功率最大C.第三段平均功率最小D.第一段平均功率最小4.跳绳是一种健身运动，设某运动员的质量是0kg，他1 min跳180次，假定在每次跳跃中，脚与地面的接触时间占跳跃一次所需时间的，则该运动员跳绳时克服重力做功的平均功率是多少瓦?(g取10ms2)5.在20 m高处以大小相等的初速度v020 ms将三个质量均为0.1kg的小球a、分别竖直上抛、平抛和自由落下，从抛出到落地的全过程中，求重力对三球做的功和平均功率(不计空气阻力，g10 ms2).参考答案：1.，mg2t 2.8P3.BC 4.755.20J、20J、20J 10(1)，10W，10六、板书设计七、本节优化训练设计1.质量为m的汽车在倾角为的斜坡上匀速行驶，上坡时的速度为v1，下坡时的速度为v2，设汽车运动过程中所受阻力不变，且上、下坡时汽车发动机的功率也相同，则汽车的功率等于_.2.起重机在 s内将2 t的货物由静止开始匀加速提升10 m高，若g取10 ms2，则此起重机具备的最小功率应是_kW.3.下列关于功率的说法，正确的是( )A.功率是反映做功快慢的物理量B.据公式P，求出的是力F在t时间内做功的平均功率C.据公式PFv可知，汽车的运动速率增大，牵引力一定减小D.据公式PFvcos，若知道运动物体在某一时刻的速度大小，该时刻作用力F的大小以及二者之间的夹角，便可求出该时间内力F做功的功率4.质量为1kg的物体做自由落体运动，g取10ms2，在下落的前2s内，重力对物体做的功是_，在第2s内，重力做功的平均功率是_，第2s末重力对物体做功的瞬时功率是_.5.汽车在水平面上运动，下列说法中正确的是A.汽车启动后以额定功率行驶，在速度未达到最大速度以前，加速度是不断增大的B.汽车启动后以额定功率行驶，在速度未达到最大速度以前，牵引力是不断减小的C.汽车以最大速度行驶后，若要减速，可减小功率行驶D.汽车以最大速度行驶后，若再减小牵引力，速度反而减小6.物体在水平恒力F作用下，由静止起沿力的方向由A点运动了s到达B点，则A.水平面光滑时，力F对物体做功的平均功率大B.水平面不光滑时，力F对物体做功的平均功率较大C.水平面光滑时，力F对物体做功的即时功率较大D.水平面不光滑时，力F对物体做功的瞬时功率较大7.飞机以速度v水平匀速飞行时，发动机的功率为P，若飞机所受的空气阻力与飞行速度的平方成正比，那么当发动机的功率增为4P时，飞机匀速飞行的速度将增为A. v B. v C.2v D. v8.从空中以40ms的初速度平抛一个重力为10N的物体，物体在空中运动3s落地，不计空气阻力，g取10ms2.则物体落地时重力的瞬时功率为A.400W B.300WC.500WD.700W9.一个质量为m的物体，沿固定的倾角为的光滑斜面由静止下滑，当它在竖直方向下落了h高度时，重力做功的瞬时功率为A.mgsinB.mgcosC.mgtanD.mg10.物体A、B质量相同，A放在光滑的水平面上，B放在粗糙的水平面上，在相同的力F作用下，由静止开始都通过了相同的位移s.那么A.力F对A做功较多，做功的平均功率也较大B.力F对B做功较多，做功的平均功率也较大C.力F对A、B做的功和做功的平均功率都相同D.力F对A、B做功相等，但对A做功的平均功率较大11.质量为4t的汽车，发电机最大输出功率为100kW，当汽车由静止开始以0.5 ms2的加速度做匀加速运动时，运动阻力为2103 N，这辆汽车所能达到的最大速度是_kmh，达到最大速度所需时间为_s.参考答案：1.提示：设摩擦力为Ff，下滑力为1，1sin，则上坡时，牵引力F1FfG1，PF1v1（FfG1）v1；下坡时，牵引力F2G1Ff，PF2v2（G1Ff）v2，即可求得P.2.86.4 提示：起重机的功率PFv，货物匀速上升，F不变，速度不断增大，起重机的功率不断增大，因此当货物被提升到10 m处时起重机的功率就是起重机应具备的最小功率.3.ABD 4.200J ；150W；200W 5.BCD 6.AC7.D 提示：飞机匀速飞行时，FFfkv2，第一次PFvkv3，第二次4PFvv3可得vv8.B 提示：落地时，竖直方向的速度vygt30 ms,物体落地时的重力功率PGvy300W9.A 提示：物体沿斜面下滑的加速度agsin，物体的位移s，利用v22as，得v (也可以用机械能守恒定律求解v)，所以PFscosmgvsinmgsin10.D 11.90；50