高考物理总练习教学案第23讲功率.docx

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高考物理总练习教学案第23讲功率

2019高考物理总练习教学案第23讲-功率

7.2功率 

7.3功和能 

【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，在以下条件下，哪个力做功快？

A、W1＝W2，t1＞t2；

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：

那么做功快慢恰能说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）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，那么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

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。

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。

例3、课本p、113上的例题，先让学生自己看。

让学生注意船速增大的物理过程分析，然后结合图3再做讲解。

指明船在额定功率条件下行驶，牵引力F与速度v的乘积为一定值，在图中为双曲线，设阻力f正比v，那么这两条线的交点P的横坐标值即为最大速度vm。

【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。

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，说明它每秒钟可以将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。

7.3功和能 

【一】教学目标

1、在学习机械能守恒定律的基础上，研究有重力、弹簧弹力以外其它力做功的情况，学习处理这类问题的方法。

2、对功和能及其关系的理解和认识是本章教学的重点内容，本节教学是本章教学内容的总结。

通过本节教学使学生更加深入理解功和能的关系，明确物体机械能变化的规律，并能应用它处理有关问题。

3、通过本节教学，使学生能更加全面、深入认识功和能的关系，为学生今后能够运用功和能的观点分析热学、电学知识，为学生更好理解自然界中另一重要规律——能的转化和守恒定律打下基础。

【二】重点、难点分析

1、重点是使学生认识和理解物体机械能变化的规律，掌握应用这一规律解决问题的方法。

在此基础上，深入理解和认识功和能的关系。

2、本节教学实质是渗透功能原理的观点，在教学中不必出现功能原理的名称。

功能原理内容与动能定理的区别和联系是本节教学的难点，要解决这一难点问题，必须使学生对“功是能量转化的量度”的认识，从笼统、肤浅地了解深入到十分明确认识“某种形式能的变化，用什么力做功去量度”。

3、对功、能概念及其关系的认识和理解，不仅是本节、本章教学的重点和难点，也是中学物理教学的重点和难点之一。

通过本节教学应使学生认识到，在今后的学习中还将不断对上述问题作进一步的分析和认识。

【三】教具

投影仪、投影片等。

【四】主要教学过程

（一）引入新课

结合复习机械能守恒定律引入新课。

提出问题：

1、机械能守恒定律的内容及物体机械能守恒的条件各是什么？

评价学生回答后，教师进一步提问引导学生思考。

2、如果有重力、弹簧弹力以外其它力对物体做功，物体的机械能如何变化？

物体机械能的变化和哪些力做功有关呢？

物体机械能变化的规律是什么呢？

教师提出问题之后引起学生的注意，并不要求学生回答。

在此基础上教师明确指出：

机械能守恒是有条件的。

大量现象说明，许多物体的机械能是不守恒的。

例如从车站开出的车辆、起飞或降落的飞机、打入木块的子弹等等。

分析上述物体机械能不守恒的原因：

从车站开出的车辆机械能增加，是由于牵引力（重力、弹力以外的力）对车辆做正功；射入木块后子弹的机械能减少，是由于阻力对子弹做负功。

重力和弹力以外的其它力对物体做功和物体机械能变化有什么关系，是本节要研究的中心问题。

（二）教学过程设计

提出问题：

下面我们根据已掌握的动能定理和有关机械能的知识，分析物体机械能变化的规律。

1、物体机械能的变化

问题：

质量m的小滑块受平行斜面向上拉力F作用，沿斜面从高度h1上升到高度h2处，其速度由v1增大到v2，如下图，分析此过程中滑块机械能的变化与各力做功的关系。

引导学生根据动能定理进一步分析、探讨小滑块机械能变化与做功的关系。

归纳学生分析，明确：

选取斜面底端所在平面为参考平面。

根据动能定理∑W＝ΔEk，有

由几何关系，有sinθ·L＝h2-h1

即FL-fL＝E2-E1＝ΔE

引导学生理解上式的物理意义。

在学生回答的基础上教师明确指出：

（1）有重力、弹簧弹力以外的其它力对物体做功，是使物体机械能发生变化的原因；

（2）重力和弹簧弹力以外其它力对物体所做功的代数和，等于物体机械能的变化量。

这是物体机械能变化所遵循的基本规律。

2、对物体机械能变化规律的进一步认识

（1）物体机械能变化规律可以用公式表示为W外＝E2-E1或W外＝ΔE

其中W外表示除重力、弹簧弹力以外其它力做功的代数和，E1、E2分别表示物体初、末状态的机械能，ΔE表示物体机械能变化量。

（2）对W外＝E2-E1进一步分析可知：

（i）当W外＞0时，E2＞E1，物体机械能增加；当W外＜0时，E2＜E1，物体机械能减少。

（ii）假设W外＝0，那么E2＝E1，即物体机械能守恒。

由此可以看出，W外＝E2-E1是包含了机械能守恒定律在内的、更加普遍的功和能关系的表达式。

（3）重力、弹簧弹力以外其它力做功的过程，其实质是其它形式的能与机械能相互转化的过程。

例1、质量4.0×103kg的汽车开上一山坡。

汽车沿山坡每前进100m，其高度升高2m。

上坡时汽车速度为5m/s，沿山坡行驶500m后速度变为10m/s。

车行驶中所受阻力大小是车重的0.01倍，试求：

（1）此过程中汽车所受牵引力做功多少？

（2）汽车所受平均牵引力多大？

取g＝10m/s2。

此题要求用物体机械能变化规律求解。

引导学生思考与分析：

（1）如何依据W外＝E2-E1求解此题？

应用该规律求解问题时应注意哪些问题？

（2）用W外＝E2-E1求解此题，与应用动能定理∑W＝Ek2-Ek1有什么区别？

归纳学生分析的结果，教师明确给出例题求解的主要过程：

取汽车开始时所在位置为参考平面，应用物体机械能变化规律W外＝E2-E1解题时，要着重分析清楚重力、弹力以外其它力对物体所做的功，以及此过程中物体机械能的变化。

这既是应用此规律解题的基本要求，也是与应用动能定理解题的重要区别。

例2、将一个小物体以100J的初动能从地面竖直向上抛出。

物体向上运动经过某一位置P时，它的动能减少了80J，此时其重力势能增加了60J。

物体在运动中所受空气阻力大小不变，求小物体返回地面时动能多大？

引导学生分析思考：

（1）运动过程中（包括上升和下落），什么力对小物体做功？

做正功还是做负功？

能否知道这些力对物体所做功的比例关系？

（2）小物体动能、重力势能以及机械能变化的关系如何？

每一种形式能量的变化，应该用什么力所做的功量度？

归纳学生分析的结果，教师明确指出：

（1）运动过程中重力和阻力对小物体做功。

（2）小物体动能变化用重力、阻力做功的代数和量度；重力势能的变化用重力做功量度；机械能的变化用阻力做功量度。

（3）由于重力和阻力大小不变，在某一过程中各力做功的比例关系可以通过相应能量的变化求出。

（4）根据物体的机械能E＝Ek+Ep，可以知道经过P点时，物体动能变化量大小ΔEk＝80J，机械能变化量大小ΔE＝20J。

例题求解主要过程：

上升到最高点时，物体机械能损失量为

由于物体所受阻力大小不变，下落过程中物体损失的机械能与上升过程相同，因此下落返回地面时，物体的动能大小为

E′k＝Ek0-2ΔE′＝50J

本例题小结：

通过本例题分析，应该对功和能量变化有更具体的认识，同时应注意学习综合运用动能定理和物体机械能变化规律解决问题的方法。

思考题（留给学生课后练习）：

（1）运动中物体所受阻力是其重力的几分之几？

（2）物体经过P点后还能上升多高？

是前一段高度的几分之几？

【五】课堂小结

本小结既是本节课的第3项内容，也是本章的小结。

3、功和能

（1）功和能是不同的物理量。

能是表征物理运动状态的物理量，物体运动状态发生变化，物体运动形式发生变化，物体的能都相应随之变化；做功是使物体能量发生变化的一种方式，物体能量的变化可以用相应的力做功量度。

（2）力对物体做功使物体能量发生变化，不能理解为功变成能，而是通过力做功的过程，使物体之间发生能量的传递与转化。

（3）力做功可以使物体间发生能的传递与转化，但能的总量是保持不变的。

自然界中，物体的能量在传递、转化过程中总是遵循能量守恒这一基本规律的。

六、说明

本节内容的处理应根据学生具体情况而定，学生基础较好，可介绍较多内容；学生基础较差，不一定要求应用物体机械能变化规律解题，只需对功和能关系有初步了解即可。