高一物理 第七章机械能 三功和能第一课时 人教大纲版第一册.docx

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高一物理第七章机械能三功和能第一课时人教大纲版第一册

2019-2020年高一物理第七章机械能三、功和能（第一课时）人教大纲版第一册

●本节教材分析

本节讲述功和能之间的关系，属于过渡性一节，目的在于阐述本章的基本线索，使学生知道如何定量地研究机械能，为后面两节定量地讲述能和重力势能做好准备.

在本节的教学中，要结合初中学过的知识，通过实例使学生理解做功的过程是能量转化的过程，做了多少功，就有多少能量发生转化，功是能量转化的量度，知道了功和能的这种关系，就可以通过做功的多少，定量地研究能量及其转化的问题，但是对于功和能的关系的认识要有一个过程，要通过本章的学习以及今后的学习，使学生逐步加深体会，这一节只要求有个初步理解就可以了.

●教学目标

一、知识目标

1.知道能量的定义，知道对应于不同的运动形式具有不同的能量.

2.知道物体能够对外做功是因为物体具有能量.

3.理解功是能量转化的量度.

4.理解不同能量之间的转化，知道转化中总能量守恒.

二、能力目标

1.能从能量转化的角度来分析物体的运动，解决有关能量问题.

2.知道功和能之间的区别和联系.

三、德育目标

通过学习功和能之间的关系，使学生了解事物之间是相互联系的，并学会从功能角

度去探索自然规律.

●教学重点

1.理解功和能的关系.

2.知道能量的转化用做功来量度.

●教学难点

在具体的问题中如何得到能量的具体转化情况，并用做功来定量地反映这种转化.

●教学方法

实验法、举例法.

●教学用具

投影片、CAI课件.

●课时安排

1课时

●教学过程

一、复习导入

1.初中我们学过能量守恒定律，同学们回忆一下该定律的内容：

能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移过程中，能的总量保持不变.

2.导入新课

初中我们已初步学会功和能的有关知识，对功和能有了一个简单的认识，并能定性地分析某些物理现象，本节课我们进一步来研究能的基本知识以及功和能的关系.

二、新课教学

（一）能的概念

1.用多媒体展示下列物理情景，并把四幅图对比在同一画面上

（1）流动的河水冲走小石块.

（2）飞行的子弹穿过木板.

（3）自由下落的重物在地上砸了一个坑.

（4）压缩的弹簧把物体弹出去.

2.分析概括图片中流动的河水、飞行的子弹、下落的重物、压缩的弹簧都各自对物体做了功.

3.总结：

一个物体能够对外做功，则这个物体具有能.（板书）

4.请同学们结合生活，举些物体具有能量的例子.

张紧的弓能够做功，所以它具有能.

电动机通电后能够做功，它具有能.

打夯机能做功，它具有能.

流动的空气能做功，它具有能.

5.结合学生所举的例子总结：

物质的不同运动形式对应着不同的能.例如：

有形变的弹簧

具有弹性势能，流动的空气具有动能等.

6.

（1）演示：

把弹簧固定在铁架台上，下端挂一物体，用力向下拉物体，使弹簧伸长后释放，物体将向上运动.

（2）分析：

拉下物体，弹簧发生弹性形变具有弹性势能.

松手释放后，弹簧缩短，对物体做功使物体具有了动能，同时弹簧的弹性势能减小，即把弹性势能转化为动能.

（3）总结：

各种不同形式的能量可以相互转化，而且在转化过程中守恒.

7.用多媒体展示几种现象，学生分析能量的转化情况.

（1）水冲击水轮发电机发电.机械能电能

（2）太阳出来，照耀森林.太阳能生物能

（3）傍晚，电灯亮了.电能光能（内能）

过渡：

上边我们分析了几个能量转化过程，并且在能量转化过程中与之紧密相关的是做

功.那么功和能之间到底有什么关系呢?

（二）功和能的关系

1.用多媒体展示下边几个过程

（1）人拉重物在光滑水平面上由静止而运动.

（2）在水力发电厂中，水流冲击水轮机，带动水轮机转动.

（3）火车在铁路上前进.

2.师生共同分析

（1）在人对重物做功的过程中，人的生物能转化为物体的动能.

（2）在水力发电厂中，水流冲击水轮机冲击，带动水轮机转动.从而带动发电机转动而做功，水流的机械能转化为电能.

（3）火车前进而做功，把油和煤的化学能转化为内能，又把内能转化为火车的机械能.

在上述过程中，发生了能量转化且都伴随着做功过程，（板书）做功使不同形式的能量发生转化.

过渡：

那么在能量转化中，能量的转化和所做的功之间有什么关系呢?

3.举例说明

（1）举重运动员把重物举起来，对重物做了功，重物的重力势能增加，同时运动员消耗了体内的化学能，且运动员做了多少功就有多少化学能转化为重力势能.

（2）被压缩的弹簧放开时把一个小球弹出去，小球的动能增加，同时弹簧的弹性势能减小，且弹簧对小球做了多少功，就有多少化学能转化为重力势能.

类似的例子还很多，归纳得到：

做了多少功，就有多少能量发生转化.（板书）功是能量转化的量度.

过渡：

通过上述分析，功和能之间有着密切的联系，那么它们之间有什么不同呢?

4.教师概括功和能的不同

（1）功是和物体的运动过程有关的物理量，是一个过程量.能是和物体的运动状态有关的物理量，是一个状态量.

（2）做功可以使物体具有的能量发生变化，而且物体能量变化的大小是用做功的多少来量度的.但功和能不能相互转化.

三、巩固练习

1.关于功和能，下列说法正确的是

A.功就是能，功可以转化为能

B.做功越大，物体的能越大

C.能量转化中，做的功越多，能量转化越多

D.功是物体能量的量度

2.运动员将质量为150　kg的杠铃举高2m：

（1）运动员做了多少功?

（2）有多少化学能转化为杠铃的重力势能?

参考答案：

1.C2.

（1）3×103　J

（2）3×103　J

四、小结

通过本节课的学习，我们知道了做功的过程就是能量转化的过程，并且做了多少功

就有多少能量发生了转化.在以后的学习中，要注意运用功和能的观点、能的转化与守恒定律来分析和解决问题.

五、作业

（一）阅读课文，掌握功和能的关系

（二）思考题

1.一个质量分布均匀的长方形木块，放在粗糙的水平地面上，长为2a，宽为a，若要把它从图中所在的位置直立起来，外力至少要做多少功?

2.挂在竖直墙壁上的长1.80　m的画，画面质量为100　g，下面画轴质量为200　g，将它沿墙缓慢卷起，g取10　m／s2，需做_______J的功.

参考答案：

1.mga2.54

六、板书设计

七、本节优化训练设计

1.做功的过程是_________的过程，功是__________的量度.

2.一根重为G，长为ｌ的均匀链条平放在水平面上，将链条的一端竖直向上慢慢提起，直到另一端刚离地为止，外力所做的功为___________.

3.一个人用10　m／s的速度踢出质量为0.2　kg的足球，g取10　m／s2，足球在地面上运动一段距离后，滚上斜面，在斜面上1　m高处速度变为零.人踢球做功是______________J.足球运动中克服阻力所做的功是_________J.

4.质量为20　kg的小孩，平推一个质量为4　kg的物体使它得到对地4　m／s的速度，若小孩背靠着墙，则小孩做功为______________J；若小孩是站在光滑的冰面上，则小孩做功为______________J.

5.长为a，高为h，重为G的均匀长方体放在水平桌面上，开始时长方体右侧面与桌面的边缘对齐.现在左侧面中心加水平力推长木块.使其沿桌面匀速移动，设长方体与桌面间的动摩擦因数为μ，那么从开始到长方体下翻，水平力做的功为多少?

6.质量为m的物体从距地面高度H处以速度v0被竖直向上抛出，已知它运动时受到的阻力大小恒为Ff，且Ff＜mg，假定每次与地面碰撞时损失的机械能可忽略不计，它在停止运动以前在空中通过的路程s＝______________.

7.如图所示，重为G的物体静止于倾角为α的粗糙斜面上，现使斜面向右做匀速直线运动，位移为s，求：

（1）弹力做的功为多少?

（2）静摩擦力做的功为多少?

（3）重力做的功为多少?

8.如图所示，A、B是位于水平桌面上的两个质量相等的小木块（可视为质点），离墙壁的距离分别为L和ｌ，与桌面间的动摩擦因数分别为μA和μB.今给A以某一初速度，使之从桌面的右端向左端运动.假定A、B之间、B与墙之间碰撞时间都很短.且碰撞时无动能损失.若要使木块A最后不从桌面上掉下来，则A的初速度最大为多少?

9.如图所示，A、B两物体质量分别为m和M，B静止在光滑的水平面上，若A以速度v0与B碰撞后又与右边的墙壁发生碰撞，且碰后两物体的速度相等，若碰撞过程中无机械能损失.求M：

m＝？

参考答案：

1.能量转化；能量转化2.Ｇｌ3.10；8

4.32；38.4提示：

小孩在光滑的水平冰面上时，利用动量守恒求得小孩获得的速度：

小

孩做的功等于物体与小孩获得的动能之和.

5.μＧ（a－μh）提示：

设长方体的位移为x时开始翻倒，由力矩平衡得μＧ＝Ｇ（－x），解得

x＝（a－μh），因此W＝μＧx＝.

6.提示：

在运动过程中Ｗf＝E，E＝mv02＋mgＨＷf＝Ff·s

7.

（1）－G·ssinθ·cosθ

（2）Gssinθcosθ（3）0

8.2

提示：

质量相等的木块相碰无动能损失，若要使A恰不离开桌面，物体在运动的过程中克服摩擦力做功应恰等于A的初动能，即mvA2＝2μAmg（Ｌ－l）＋2μBgl，可解得vA.

9.3∶1

提示：

应用动量守恒和机械能守恒，即：

mv0＝（M－m）v；Mv02＝Mv2＋mv2，即可解得.

2019-2020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P＝F·v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P＝F·v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P＝Fv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1t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3h；

方式二：

用一台起重机提升，用时1min；

方式三：

用另一台起重机提升，用时30s.

［思考］在上述录像中，把重物由地面运到三楼，

①用不同的方式，对重物所做的功是否相同？

②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：

1kW=1000W=1000J/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α时，如何表示功率？

推理得到：

P=Fvcosα

［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=Fvcosα

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=Fvcosα

a.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、α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

①当功率P一定时，牵引力F和v之间有什么关系？

②当速度v一定时，牵引力F和功率P之间关系如何？

③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3s内对物体做的功，据W=Fs,必须求出物体在3s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=3s内所做功的求解：

在F作用下，产生的加速度为：

a==2m/s2

在3s内物体的位移为：

s=at2=×2×9m=9m

所以力F在3s内对物体做的功为

W=Fs=6×9J=54J

b.力F在t=3s内对物体做功的平均功率为：

方法一：

P===18W

方法二：

物体在3s末的速度为：

vt=at=2×3=6m/s

所以P=F=F×=6×W=18W

c.在3s末，力F对物体做功的瞬时功率为

P=Fv瞬=6N×6m/s=36W

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ts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ts内的位移为：

s=at2

所以W=Fs=F·at2=F···t2=

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=t

P=Fv=F·t=t，所以本题选C.

师生共同讨论上述两种解法：

本题所求是ts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ts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.W1＜W2,P1＜P2B.W1＜W2;P1=P2

C.W1=W2;P1＜P2D.W1＞W2,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s1＞s2,W1＞W2.

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60　kW，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10　m／s2，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0.5　m／s2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a＝0，速度达到最大值vm，据公式P＝Fv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a＝0，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＋ma＝0.1mg＋ma＝7500　N.

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

P＝F牵v1得：

v1＝　m／s＝8　m／s

设汽车能维持匀加速运动的时间为t

则：

t＝s＝16　s

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Ｗ、kＷ、1kＷ＝1000　Ｗ.

3.功率的求解公式有：

P＝P＝Fv.

其中P＝和P＝Fv可用来求解平均功率，而P＝Fv也可用来求解瞬时功率.

4.要会用P＝Fv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________，ts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（a＜g）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５0　kg，他1min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10　m／s2）

5.在20m高处以大小相等的初速度v0＝20m／s将三个质量均为0.1　kg的小球a、ｂ、ｃ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，g＝10m／s2）.

参考答案：

1.，mg2t2.8P

3.BC4.75　Ｗ

5.20　J、20　J、20　J10（－1）Ｗ，10　W，10　Ｗ

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θ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５s内将2t的货物由静止开始匀加速提升10m高，若g取10m／s2，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P＝Fv可知，汽车的运动速率增大，牵引力一定减小

D.据公式P＝Fvcosα，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1　kg的物体做自由落体运动，g取10　m／s2，在下落的前2　s内，重力对物体做的功是______________，在第2　s内，重力做功的平均功率是__________________，第2　s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.vB.vC.2vD.v

8.从空中以40　m／s的初速度平抛一个重力为10　N的物体，物体在空中运动3　s落地，不计空气阻力，g取10　m／s2.则物体落地